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分子泵原理

  • 时间: 2016/11/7 18:21:13
 

 

    分子泵的抽气机理与机械泵靠泵腔容积变化进行抽气的机理不同,利用了动量传递原理,使分子定向流动而被排出泵外,从而达到抽气的目的。
  分子泵在电机的带动下高速旋转,采用变频电源驱动电机,目的是得到较高的转速。在分子流区域内,气体分子与高速转到的叶片表面碰撞,动量传递给气体分子,使部分气体分子在刚体表面的运动方向上,产生定向流动而被排出泵外,从而达到抽气的目的。通常把用高速运动的刚体表面携带气体分子,并使其按一定方向运动的现象称为分子牵引现象,利用这一现象制成的真空泵称为牵引分子泵(盖德泵)。牵引分子泵的优点是启动时间短,在分子流态下有很高的压缩比,能抽除各种气体和蒸气,特别适于抽除较重的气体。但由于牵引分子泵抽速小,密封间隙太小,工作可靠性较差,易出机械故降,而且制造困难,实际上很少应用。后来对牵引分子泵进行了改进,出现了涡轮分子泵。

涡轮分子泵内有多组相间动轮叶和定轮叶,每一个轮叶上有许多按一定角度斜置的叶片。实际的涡轮分子泵都是由多级叶列串联组成,即按动片、定片、动片等依次交替排列。动叶片转动时又类似于电风扇叶片的作用,能将气体从一侧抽到另一侧。提高分子泵的转速,有利于提高分子泵的抽速。由于叶片转速限制,如果气体分子运动速度较大,泵抽真空就比较困难。

涡轮分子泵的抽气原理是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。分子泵输送气体应满足二个必要条件:

1). 涡轮分子泵必须在分子流状态下工作。因为当将一定容积的容器中所含气体的压力降低时,其中气体分子的平均自由程则随之增加。在常压下空气分子的平均自由程只有 0.06 μm ,即平均看一个气体分子只要在空间运动 0。06 μm ,就可能与第二个气体分子相碰。而在 1.3Pa 时,分子间平均自由程可达 4.4mm 。若平均自由程增加到大于容器壁间的距离时,气体分子与器壁的碰撞机会将大于气体分子之间的碰撞机会。在分子流范围内,气体分子的平均自由程长度远大于分子泵叶片之间的间距。当器壁由不动的定子叶片与运动着的转子叶片组成时,气体分子就会较多地射向转子和定子叶片,为形成气体分子的定向运动打下基础。

2)。 分子泵的转子叶片必须具有与气体分子速度相近的线速度。具有这样的高速度才能使气体分子与动叶片相碰撞后改变随机散射的特性而作定向运动。分子泵的转速越高,对提高分子泵的抽速越有利。实践表明,对不同分子量的气体分子其速度越大,泵抽除越困难。

分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为

1)牵引分子泵 气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口。

2)涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的,这种泵通常在分子流状态下工作。

3)复合分子泵 它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。

可以看出,涡轮分子泵也是一种机械式真空泵,通过高速旋转的多级涡轮转子叶片和静止叶片的组合进行抽气的,在分子流区域内对被抽气体产生很高的压缩比,从而获得所需要的真空性能。涡轮分子泵极限真空比扩散泵高,可达10-7 pa,复合刀口分子泵真空度可达10-8 pa,正常工作时需要一定的前级真空度,其真空度高低视泵不同略有差异,一般在1-50pa之间,可采用机械泵作为前级泵,就是由分子泵和机械泵组成的高真空机组。由于涡轮分子泵的转速高,通常用中频电机带动,中频电源的频率在400HZ左右。涡轮分子泵一般采用水冷方式。

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