旋片式機(jī)械真空泵、渦輪分子泵和低溫泵獲得真空的方式
發(fā)布時(shí)間:2015年08月12日 11:52 閱讀:7466
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澤德
真空一般都是利用各種真空泵將被抽容器中的氣體抽出,使該空間的壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓而獲得。目前常用獲得真空的設(shè)備主要有旋轉(zhuǎn)式機(jī)械真空泵、油擴(kuò)散泵、分子泵、分子篩吸附泵、鈦升華泵、濺射離子泵和
低溫泵等。其中前三種屬于氣體傳輸泵,即通過(guò)將氣體不斷吸人并排出真空泵從而達(dá)到排氣的目的;后四種真空泵屬于氣體捕獲泵,是利用各種吸氣材料所特有的吸氣作用將被抽空間的氣體吸除,以達(dá)到所需真空度。由于捕獲泵工作時(shí)不使用油作為介質(zhì),又稱之為無(wú)油類泵。實(shí)際使用中,將真空泵和別的裝置組合起來(lái)使用,可以獲得更高的真空度。
1.旋片式機(jī)械真空泵
凡是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng))以獲得真空的泵稱為機(jī)械泵。它是一種可以從大氣壓開(kāi)始工作的典型的真空泵,既可以單獨(dú)使用,又可作為高真空泵或超高真空泵的前級(jí)泵。由于這種泵是用油來(lái)進(jìn)行密封的,所以又屬于有油類型的真空泵。這類機(jī)械泵常見(jiàn)的有旋片式、定片式和滑閥式(又稱柱塞式)幾種,其中以旋片式機(jī)械泵最為常見(jiàn)。
旋片式真空泵是用油來(lái)保持各運(yùn)動(dòng)部件之間的密封,并靠機(jī)械的辦法,使該密封空間的容積周期性地增大(抽氣)、縮小(排氣),從而達(dá)到連續(xù)抽氣和排氣的目的。泵體主要由定子、轉(zhuǎn)子、旋片、迸氣管和排氣管等組成。定子兩端被密封形成一個(gè)密封的泵腔。泵腔內(nèi),偏心地裝有轉(zhuǎn)子,它們相當(dāng)于兩個(gè)內(nèi)切圓。沿轉(zhuǎn)子的軸線開(kāi)一個(gè)通槽,槽內(nèi)裝有兩塊旋片,旋片中間用彈簧相連,彈簧使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)旋片始終沿定子內(nèi)壁滑動(dòng)。
由于泵工作時(shí),定子、轉(zhuǎn)子全部浸在油中,在每一吸氣、排氣周期中將會(huì)有少量的油進(jìn)入到容器內(nèi)部,因此要求機(jī)械泵油要具有較低的飽和蒸氣壓及一定的潤(rùn)滑性、粘度和較高的穩(wěn)定性。
2.渦輪分子泵
渦輪分子泵屬于氣體傳輸泵,其工作原理是依靠高速運(yùn)動(dòng)的物體表面把定向速度傳遞給入射表面的氣體分子,造成泵出口、入口的氣體分子正向、反向傳輸幾率的差異而產(chǎn)生抽氣作用以實(shí)現(xiàn)高真空。葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的平均平移速度與空氣分子的平均熱運(yùn)動(dòng)速度可比擬,氣體分子與葉輪相碰獲得定向速度,而葉輪開(kāi)槽的角度保證分子由入口到出口的傳輸幾率大于相反方向的幾率。為了獲得高真空,分子泵中裝有多級(jí)葉片,轉(zhuǎn)子葉片與定子葉片交互布置。分子泵的壓縮比和氣體分子量的平方根成正比,氣體分子越輕,壓縮比越小。分子泵的殘氣主要由氫組成,而重的碳?xì)浠衔锸菢O少的,因此分子泵油蒸氣污染較輕,通常也將其當(dāng)作無(wú)油泵。渦輪分子泵的極限真空度可達(dá)10-8Pa,抽速可達(dá)1000L/s。其工作范圍_般在1~10-8Pa之間,因而需要以旋片式機(jī)械泵作為其前級(jí)泵。
3.低溫泵
低溫泵是目前具有最高極限真空的抽氣泵,它是利用20K以下的低溫表面來(lái)凝聚(吸附)氣體分子以實(shí)現(xiàn)抽氣的一種泵。主要用于如高能物理,超導(dǎo)材料的制備,宇航空間模擬站等要求高清潔、無(wú)污染、大抽速、高真空和超高真空?qǐng)龊系拇笮驼婵障到y(tǒng)。
低溫泵又稱冷凝泵、深冷泵,按工作原理又可分為低溫吸附泵、低溫冷凝泵和制冷機(jī)低溫泵。前兩種泵直接使用低溫液體(液氮、液氦等)來(lái)進(jìn)行冷卻,成本較高,通常僅作為輔助抽氣手段。制冷機(jī)低溫泵是利用制冷機(jī)產(chǎn)生的深低溫來(lái)進(jìn)行抽氣的泵。在制冷機(jī)的第一級(jí)冷頭上裝有輻射屏和輻射擋板,溫度處于50~77K,用以冷凝、抽除水蒸氣和二氧化碳等氣體,同時(shí)還能屏蔽真空室的熱輻射,保護(hù)第二級(jí)冷頭和深冷板;深冷板裝在第二級(jí)冷頭上,溫度為10~20K,板正面光滑的金屬表面可以去除氮、氧等氣體,反面的活性炭可以吸附氫、氦、氖,達(dá)到去除各種氣體的目的,從而獲得超高真空狀態(tài)。
低溫泵作為捕獲泵,能用來(lái)捕集各種包括有害的或易燃易爆氣體,使其凝結(jié)在制冷板上,成為低溫凝層以達(dá)到抽氣的目的。但是,工作一段時(shí)間后,低溫泵的低溫排氣能力會(huì)降低,因此必須將這些低溫凝層清除。
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