渦輪分子泵的結構和工作原理|最新資料

利用高速旋轉(zhuǎn)的動葉輪將動量傳給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流動而抽氣的真空泵。渦輪分子泵的優(yōu)點是啟動快，能抗各種射線的照射，耐大氣沖擊，無氣體存儲和解吸效應，無油蒸氣污染或污染很少，能獲得清潔的超高真空。渦輪分子泵廣泛用于高能加速器、可控熱核反應裝置、重粒子加速器和高級電子器件制造等方面。
結構和工作原理
1958年，聯(lián)邦德國的W.貝克首次提出有實用價值的渦輪分子泵，以后相繼出現(xiàn)了各種不同結構的分子泵，主要有立式和臥式兩種,圖1為立式渦輪分子泵的結構圖。渦輪分子泵主要由泵體、帶葉片的轉(zhuǎn)子(即動葉輪)、靜葉輪和驅(qū)動系統(tǒng)等組成。動葉輪外緣的線速度高達氣體分子熱運動的速度(一般為150～400米／秒)。單個葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵要由十多個動葉輪和靜葉輪組成。動葉輪和靜葉輪交替排列。動、靜葉輪幾何尺寸基本相同,但葉片傾斜角相反。圖2為20個動葉輪組成的整體式轉(zhuǎn)子。每兩個動葉輪之間裝一個靜葉輪。靜葉輪外緣用環(huán)固定并使動、靜葉輪間保持1毫米左右的間隙,動葉輪可在靜葉輪間自由旋轉(zhuǎn)。


圖3為一個動葉片的工作示意圖。在運動葉片兩側的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(圖3a),當氣體分子到達A點附近時，在角度α1內(nèi)反射的氣體分子回到左側；在角度β1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側，另一部分穿過葉片到達右側；在角度γ1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片到達右側。同理，在葉輪右側(圖3b),當氣體分子入射到B點附近時，在α2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側；在β2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達左側，另一部分返回右側；在γ2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過葉片到達左側。傾斜葉片的運動使氣體分子從左側穿過葉片到達右側，比從右側穿過葉片到達左側的幾率大得多。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣體分子便不斷地由左側流向右側，從而產(chǎn)生抽氣作用。
性能和特點
泵的排氣壓力與進氣壓力之比稱為壓縮比。壓縮比除與泵的級數(shù)和轉(zhuǎn)速有關外，還與氣體種類有關。分子量大的氣體有高的壓縮比。對氮(或空氣)的壓縮比為108～109;對氫為102～104；對分子量大的氣體如油蒸氣則大于1010。泵的極限壓力為10-9帕,工作壓力范圍為10-1～10-8帕,抽氣速率為幾十到幾千升每秒(1升＝10-3米3)。渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)(氣體分子的平均自由程遠大于導管截面最大尺寸的流態(tài))下工作才能顯示出它的優(yōu)越性,因此要求配有工作壓力為1～10-2帕的前級真空泵。分子泵本身由轉(zhuǎn)速為10000～60000轉(zhuǎn)／分的中頻電動機直聯(lián)驅(qū)動。