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真空泵常識

概述

1.1 真空的獲得方法

    人們通常把能夠從密閉容器中排出氣體或使容器中的氣體分子數目不斷減少的設備稱為真空獲得設備或真空泵。目前在真空技術中,采用各種不同的方法,已經能夠獲得和測量從大氣壓力105Pa10-13Pa,寬達18個數量級的壓力范圍。顯然,只用一種真空泵,獲得這樣寬的低壓空間的氣體狀態,是十分困難的。

    在真空獲得技術中,目前用以獲得真空的技術方法有兩種,一種是通過某此機構的運動把氣體直接從密閉容器中排出;另一種是通過物理、化學等方法將氣體分子吸附或冷凝在低溫表面上。利用這兩種方法所制造的各種真空泵種類較多,分類方法各異,但是,最常用的方法還是按泵的工作原理或其結構特點加以分類。這一點,我們將在下一節中介紹。



2  真空泵的分類

    按真空泵的工作原理,真空泵基本上可以分為兩種類型,即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真空應用技術在生產和科學研究領域中對其應用壓強范圍的要求越來越寬,大多需要由幾種真空泵組成真空抽氣系統共同抽氣后才能滿足生產和科學研究過程的要求,因此選用不同類型真空泵組成的真空抽氣機組進行抽氣的情況較多。為了方便起見,將這些泵按其工作原理或其結構特點進行一些具體的詳細的分類是必要的。現分述如下:

2.1 氣體傳輸泵

    氣體傳輸泵是一種能使氣體不斷的吸入和排出,借以達到抽氣目的的真空泵,這種泵基本上有兩種類型:

    1)變容真空泵

    變容真空泵是利用泵腔容積的周期性變化來完成吸氣和排氣過程的一種真空泵。氣體在排出前被壓縮。這種泵分為往復式及旋轉式兩種:

    ⑴往復真空泵:是利用泵腔內活塞做往復運動,將氣體吸入、壓縮并排出。因此,又稱為活塞式真空泵。

    ⑵旋轉真空泵:是利用泵腔內活塞做旋轉運動,將氣體吸入,壓縮并排出。旋轉真空泵又有如下幾種型式:

    ①油封式真空泵:它是利用油類密封各運動部件之間的間隙,減少有害空間的一種旋轉變容真空泵。這種泵通常帶有氣鎮裝置,故又稱氣鎮式真空泵。按其結構特點分為如下五種型式。

    a)旋片式真空泵:轉子以一定的偏心距裝在泵殼內并與泵殼內表面的固定面靠近,在轉子槽內裝有兩個(或兩個以上)旋片,當轉子旋轉時旋片能沿其徑向槽往復滑動且與泵殼內壁始終接觸,此旋片隨轉子一起旋轉,可將泵腔分成幾個可變容積。

    b)滑閥式真空泵:在偏心轉子外部裝有一個滑閥,轉子旋轉帶動滑閥沿泵殼內壁滑動和滾動,滑閥上部的滑閥桿能在可擺動的滑閥導軌中滑動,而把泵腔分成兩個可變容積。

c)定片式真空泵:在泵殼內裝有一個與泵內表面靠近的偏心轉子,泵殼上裝有一個始終與轉子表面接觸的徑向滑片,當轉子旋轉時,滑片能上、下滑動將泵腔分成兩個可變容積。

 d)余擺線式真空泵:在泵腔內偏心裝有一個型線為余擺線的轉子,它沿泵腔內壁轉動并將泵腔分成兩個可變容積。

    e)多室旋片式真空泵:在一個泵殼內并聯裝有由同一個電動機驅動的多個獨立工作室的旋片真空泵。

    ②干式真空泵:它是一種不用油類(或液體)密封的變容真空泵。

    ③液環式真空泵:帶有多葉片的轉子偏心裝在泵殼內,當它旋轉時,把液體(通常為水或油)拋向泵殼形成泵殼同心的液環,液環同轉子葉片形成了容積周期變化的幾個小容積,故亦稱旋轉變容真空泵。

④羅茨真空泵:泵內裝有兩個相反方向同步旋轉的雙葉形或多葉形的轉子,轉子間、轉子同泵殼內壁之間均保持一定的間隙。它屬于旋轉變真空泵。機械增壓泵即為這種型式的真空泵。

 

2.2動量傳輸泵

    這種泵是依靠高速旋轉的葉片或高速射流,把動量傳輸給氣體或氣體分子,使氣體連續不斷地從泵的入口傳輸到出口。具體可分為下述幾種類型。

    ⑴分子真空泵:它是利用高速旋轉的轉子把能量傳輸給氣體分子,使之壓縮、排氣的一種真空泵。它有如下幾種型式:

    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,被送到出口,因此,是一種動量傳輸泵。

    ②渦輪分子泵:泵內裝有帶槽的圓盤或帶葉片的轉子,它在定子圓盤(或定片)間旋轉。轉子圓周的線速度很高。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式分子真空泵。

    ⑵噴射真空泵:它是利用文丘里(Venturi)效應的壓力降產生的高速射流把氣體輸送到出口的一種動量傳輸泵,適于在粘滯流和過渡流狀態下工作。這種泵又可詳細地分成以下幾種:

    ①液體噴射真空泵:以液體(通常為水)為工作介質的噴射真空泵。

    ②氣體噴射真空泵:以非可凝性氣體作為工作介質的噴射真空泵。

    ③蒸氣噴射真空泵:以蒸氣(水、油或汞等蒸氣)作為工作介質的噴射真空泵。

    ⑶擴散泵:以低壓高速蒸氣流(油或汞等蒸氣)作為工作介質的噴射真空泵。氣體分子擴散到蒸氣射流中,被送到出口。在射流中氣體分子密度始終是很低的,這種泵適于在分子流狀態下工作。可分為:

    ①自凈化擴散泵:泵液中易揮發的雜質經專門的機械輸送到出口而不回到鍋爐中的一種油擴散泵。

    ②分餾式擴散泵:這種泵具有分餾裝置,使蒸氣壓強較低的工作液蒸氣進入高真空工作的噴嘴,而蒸氣壓強較高的工作液蒸氣進入低真空工作的噴嘴,它是一種多級油擴散泵。

    ⑷擴散噴射泵:它是一種有擴散泵特性的單級或多級噴嘴與具有噴射真空泵特性的單級或多級噴嘴串聯組成的一種動量傳輸泵。油增壓泵即屬于這種型式。

⑸離子傳輸泵:它是將被電離的氣體在電磁場或電場的作用下,輸送到出口的一種動量傳輸泵。

 

2.3 氣體捕集泵

    這種泵是一種使氣體分子被吸附或凝結在泵的內表面上,從而減小了容器內的氣體分子數目而達到抽氣目的的真空泵,有以下幾種型式。

    1)吸附泵

    它主要依靠具有大表面的吸附劑(如多孔物質)的物理吸附作用來抽氣的一種捕集式真空泵。

    2)吸氣劑泵

    它是一種利用吸氣劑以化學結合方式捕獲氣體的真空泵。吸氣劑通常是以塊狀或沉積新鮮薄膜形式存在的金屬或合金。升華泵即屬于這種型式。

    3)吸氣劑離子泵

    它是使被電離的氣體通過電磁場或電場的作用吸附在有吸氣材料的表面上,以達到抽氣的目的。它有如下幾種型式。

    ⑴蒸發離子泵:泵內被電離的氣體吸附在以間斷或連續方式升華(或蒸發)而覆在泵內壁的吸氣材料上,以實現抽氣的一種真空泵。

    ⑵濺射離子泵:泵內被電離的氣體吸附在由陰極連續濺射散出來的吸氣材料上,以實現抽氣目的的一種真空泵。

    4)低溫泵

    利用低溫表面捕集氣體的真空泵



3  真空泵的性能參數及使用范圍

3.1 真空泵的性能參數

    1)真空泵的極限壓強

    泵的極限壓強單位是Pa,是指泵在入口處裝有標準試驗罩并按規定條件工作,在不引入氣體正常工作的情況下,趨向穩定的最低壓強。

    2)真空泵的抽氣速率

    泵的抽氣速率單位是m3/sl/s,是指泵裝有標準試驗罩,并按規定條件工作時,從試驗罩流過的氣體流量與在試驗罩指定位置測得的平衡壓強之比。簡稱泵的抽速。

    3)真空泵的抽氣量

    真空泵的抽氣量單位是Pa m3/sPa l/s。是指泵入口的氣體流量。

    4)真空泵的起動壓強

    真空泵的起動壓強單位為Pa,它是指泵無損壞起動并有抽氣作用時的壓強。

    5)泵的前級壓強

    真空泵的前級壓強單位是Pa,它是指排氣壓強低于一個大氣壓的真空泵的出口壓強。

    6)真空泵的最大前級壓強

    真空泵口最大前級壓強單位是Pa,它是指超過了能使泵損壞的前級壓強。

    7)真空泵的最大工作壓強

    真空泵的最大工作壓強單位是Pa,它是指對應最大抽氣量的入口壓強。在此壓強下,泵能連續工作而不惡化或損壞。

    8)壓縮比

    壓縮比是指泵對給定氣體的出口壓強與入口壓強之比。

    9)何氏系數

    泵抽氣通道面積上的實際抽速與該處按分子瀉流計算的理論抽速之比。

    10)抽速系數

    泵的實際抽速與泵入口處按分子瀉流計算的理論抽速之比。

    11)返流率

    泵的返流率單位是g/cm2.s。它是指泵按規定條件工作時,通過泵入口單位面積的泵流質量流率。

    12)水蒸氣允許量

    水蒸氣的允許量單位是kg/h,它是指泵在正常環境條件下,氣鎮泵在連續工作時能抽除的水蒸氣質量流量。

    13)最大允許水蒸氣入口壓強

    最大允許水蒸氣入口壓強單位是Pa 。它是指在正常環境條件下,氣鎮泵在連續工作時所能抽除的水蒸氣的最高入口壓強。

 

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