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分子泵原理

  • 時間: 2016/11/7 18:21:13
 

 

    分子泵的抽氣機理與機械泵靠泵腔容積變化進行抽氣的機理不同,利用了動量傳遞原理,使分子定向流動而被排出泵外,從而達到抽氣的目的。
  分子泵在電機的帶動下高速旋轉,采用變頻電源驅動電機,目的是得到較高的轉速。在分子流區域內,氣體分子與高速轉到的葉片表面碰撞,動量傳遞給氣體分子,使部分氣體分子在剛體表面的運動方向上,產生定向流動而被排出泵外,從而達到抽氣的目的。通常把用高速運動的剛體表面攜帶氣體分子,并使其按一定方向運動的現象稱為分子牽引現象,利用這一現象制成的真空泵稱為牽引分子泵(蓋德泵)。牽引分子泵的優點是啟動時間短,在分子流態下有很高的壓縮比,能抽除各種氣體和蒸氣,特別適于抽除較重的氣體。但由于牽引分子泵抽速小,密封間隙太小,工作可靠性較差,易出機械故降,而且制造困難,實際上很少應用。后來對牽引分子泵進行了改進,出現了渦輪分子泵。

渦輪分子泵內有多組相間動輪葉和定輪葉,每一個輪葉上有許多按一定角度斜置的葉片。實際的渦輪分子泵都是由多級葉列串聯組成,即按動片、定片、動片等依次交替排列。動葉片轉動時又類似于電風扇葉片的作用,能將氣體從一側抽到另一側。提高分子泵的轉速,有利于提高分子泵的抽速。由于葉片轉速限制,如果氣體分子運動速度較大,泵抽真空就比較困難。

渦輪分子泵的抽氣原理是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子,使之獲得定向速度,從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。分子泵輸送氣體應滿足二個必要條件:

1). 渦輪分子泵必須在分子流狀態下工作。因為當將一定容積的容器中所含氣體的壓力降低時,其中氣體分子的平均自由程則隨之增加。在常壓下空氣分子的平均自由程只有 0.06 μm ,即平均看一個氣體分子只要在空間運動 0。06 μm ,就可能與第二個氣體分子相碰。而在 1。3Pa 時,分子間平均自由程可達 4。4mm 。若平均自由程增加到大于容器壁間的距離時,氣體分子與器壁的碰撞機會將大于氣體分子之間的碰撞機會。在分子流范圍內,氣體分子的平均自由程長度遠大于分子泵葉片之間的間距。當器壁由不動的定子葉片與運動著的轉子葉片組成時,氣體分子就會較多地射向轉子和定子葉片,為形成氣體分子的定向運動打下基礎。

2). 分子泵的轉子葉片必須具有與氣體分子速度相近的線速度。具有這樣的高速度才能使氣體分子與動葉片相碰撞后改變隨機散射的特性而作定向運動。分子泵的轉速越高,對提高分子泵的抽速越有利。實踐表明,對不同分子量的氣體分子其速度越大,泵抽除越困難。

分子泵是利用高速旋轉的轉子把動量傳輸給氣體分子,使之獲得定向速度,從而被壓縮、被驅向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為

1)牽引分子泵 氣體分子與高速運動的轉子相碰撞而獲得動量,被驅送到泵的出口。

2)渦輪分子泵 靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現抽氣的,這種泵通常在分子流狀態下工作。

3)復合分子泵 它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯組合起來的一種復合型的分子真空泵。

可以看出,渦輪分子泵也是一種機械式真空泵,通過高速旋轉的多級渦輪轉子葉片和靜止葉片的組合進行抽氣的,在分子流區域內對被抽氣體產生很高的壓縮比,從而獲得所需要的真空性能。渦輪分子泵極限真空比擴散泵高,可達10-7 pa,復合刀口分子泵真空度可達10-8 pa,正常工作時需要一定的前級真空度,其真空度高低視泵不同略有差異,一般在1-50pa之間,可采用機械泵作為前級泵,就是由分子泵和機械泵組成的高真空機組。由于渦輪分子泵的轉速高,通常用中頻電機帶動,中頻電源的頻率在400HZ左右。渦輪分子泵一般采用水冷方式。

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