真空物理技术~涡轮分子泵

分子泵进化史
20世纪70年代末开始，人们对真空装置提出更高的要求，既除了能获得高真空之外，还需要能够在排气之后导入各种各样的气体，并使其在真空装置中发生化学反应。所采用的泵应能高抽速地排除这类富于反应性的气体，需要的排气能力甚至比低温冷凝泵还要高。为了满足这种日益增长的需求，涡轮分子泵逐渐推广普及。
早期分子泵
1912年，德国人发明了世界上第一台分子泵，它的转子直径为50mm，转子上切有8个尺寸不同的槽，转速为12000r/min，抽速约为1.5L/s。这种泵的工作原理与现代分子泵的工作原理一致，但由于故障多很快被淘汰，未能普及。
1926年，在瑞典的大学实验室中开发了一种盘型分子泵，其结构与现代牵引式分子泵相似，泵体上开有螺旋槽，转子为一圆盘。1939年，LEBOLD公司生产制造过两台，直径540mm，槽的尺寸：内侧为22mm×22mm，外侧为22mm×1mm，转速3700r/min，抽速可达73L/s。
早期的分子泵均为牵引式分子泵，这种泵的体积大，抽速小，间隙小，故障多，应用时受到很多限制，所以只能在一些特殊领域使用，未能普及。
涡轮分子泵的出现
1957年，德国PFEIFFER公司的发明了一种新型的分子泵，命名为涡轮分子泵。其结构为卧式，泵腔内装有动、静叶列，气体由位于泵中央的吸气口进入，经抽气通道流至泵体两侧，被叶列压缩最终由排气口排出。此涡轮分子泵转子由19级叶列组成，直径170mm，转速为16000r/min，抽速为140L/s。
1966年，法国SENCMA公司开发了一种14级叶列的立式涡轮分子泵，其转子直径为286mm，转速为12000r/min，抽速为650L/s，开创了立式涡轮分子泵的先河。
当前，现代分子泵的基本结构基本定型为为卧式和立式两种。卧式分子泵具有抽气时转子受力均匀，轴承定位受力状态好，使用寿命长，轴承更换过程中转子位置不动，维修方便等特点。立式分子泵的装配工艺要比卧式分子泵简单，所以近些年立式分子泵的发展速度很快。
现代分子泵
现代分子泵更是朝着智能、灵活、高效的方向发展。
近些年随着控制理论与计算机技术的飞速发展并应用于分子泵上，使分子泵实现了电脑控制，从而实现了远距离控制泵的起动、停车及调速，同时基于信息技术可建立完善的安全及监控系统，使分子泵朝向智能化方向发展。
抽速是分子泵的核心参数，提高转速是加大抽速最为直接的方法之一，随着动平衡技术的发展，分子泵转子可顺利地在超高转速下稳定运转。随着材料科学的发展，分子泵转子材料也发生了变化，可用硬铝合金、碳纤维、钛合金等高硬度材料制成，这使转子的转速得到进一步提高。
除此之外，近些年还出现了多种新型分子泵，如可有效抽取水分子的低温型分子泵，可在强磁场、强腐蚀条件下工作的陶瓷分子泵，以及可实现无接触支撑、高效率、高寿命的磁悬浮分子泵等。
轴承的分类

涡轮分子泵结构原理

立式涡轮分子泵结构图

卧式涡轮分子泵结构图
工作原理
涡轮分子泵的转子叶片具有特定的形状，在它以20000~30000r/min的高速旋转的同时，叶片将动量传给气体分子。叶片高速旋转，其周边的线速度一般200~300m/s，相当于空气分子平均速率的一半。为了获得高真空，涡轮分子泵中装有多级。上级叶片输送过来的气体分子又会收到下级叶片的作用继续被压缩到更下级。因此，涡轮分子泵的的一个特点是对一般气体的抽出极为有效。例如对于氮气，其压缩比可以达到109但是涡轮分子泵抽除分子质量较小的气体能力较差，例如氢气，其压缩比仅有103。
由于涡轮分子泵对于气体的压缩比很好，因此工作时油蒸汽的回流问题基本可以忽略不计。涡轮分子泵的极限真空度能达到10-8Pa的数量级，抽速可以达到1000L/s，达到最大抽速的压力区间是1~10-8Pa之间，因此在使用时要以旋片机械泵作为其前级泵。
涡轮分子泵注意事项
1、不能在前级泵工作时（前级管路接通）和真空室处于真空状态时将涡轮分子泵停掉，否则将会使油蒸气迅速从前级管路返流到泵的清洁端。
2、分子泵系统在停机充干燥气体前，一定要先将分子泵冷却水关闭，且要从泵的高真空端充气。决不能从泵的前级管路进行充气。
3、选择系统前级泵的大小时，应使涡轮分子泵的前级保持在分子流状态下。
4、不能让涡轮分子泵在低于额定工作转速下运行。
5、分子泵入口应装设防护网，以避免异物进入泵内损坏泵转子和定子叶片。
最后感谢李同学对此知识点的总结，喜欢的朋友麻烦点个订阅哟！