培训系列之7(杨乃恒)：高真空与超高真空获得设备.pptVIP

高真空与超高真空获得设备;《真空技术》;１〕概述;泵的实际抽速小于理论抽速，并与入口压强有关。泵口在一个有限的工作压强范围内工作，超过此范围抽速减少到零。目前还没有一种泵能从大气压到超高真空的整个压强范围内工作。如工作在高真空区域内就称作高真空获得设备，或工作在超高真空区域的就称超高真空获得设备。由于工作压强范围不同就出现了各种不同的真空获得设备。

;据文献报道：英国BOCEdwards公司的EPX干泵，德国pfeiffer公司的OnTool干泵，利用牵引分子泵及旋涡泵的工作原理组成多级的单体泵，可实现高真空到直排大气。抽速140l/s，极限真空10-4Pa。

因此，通常选用适当的多泵串联的机组来对系统抽气。;普通型扩散泵与机械泵组成的机组可使系统压强降到10-5Pa，即到达高真空状态。改进型扩散泵与机械泵组成的机组，可使系统压强降低到10-8Pa，即超高真空状态。这说明一种泵有可能既是高真空获得设备，又是超高真空获得设备。现代的离子泵、升华泵、吸附泵和低温泵等，能使很大的被抽系统抽到超高真空状态，且可以满足不同气体种类的要求。

涡轮分子泵与机械泵的组合，既能获得高真空也能非常迅速地抽到10-8Pa的超高真空。

本节课介绍各种高真空泵和超高真空泵的性能和使用规那么;2〕高真空获得设备;扩散泵不能直接将气体排入大气中，要求机械泵先将真空系统中的压强降低到符合要求的压力区域，这一工作称为粗抽。在到达适当的工作压强条件后，扩散泵方可接着工作。此时，在前级管道上连接的机械泵为扩散泵维持适当的排气压强条件。这一工作被称为前级抽空。

扩散泵在本质上是专门用于高真空的蒸汽喷射泵。以前过分强调了气体向蒸汽流中扩散和蒸汽被冷凝。因此定名它为扩散泵〔或冷凝泵〕。;最初的扩散泵设计是在1915年。约在10年后确定了其根本结构形式。现代扩散泵的特点是蒸汽流是按抽气方向高速运动，被抽气体被蒸汽流带走。其原理与蒸汽喷射泵没有太大的差异。最初用的工作流体是汞。第一次用油类作为工作流体是在1928年。下面主要讨论油扩散泵及其附件。;〔１〕泵的抽气机理;喷射系统〔导管系统〕安置???泵体中。它由顶部盖帽的同轴圆管组成，并与张开的末端配合形成喷嘴，泵工作液蒸汽经过喷嘴可以高速按预定方向喷出。这里没有机械运动部件。

工作时，由固定在泵底下部的电炉元件加热，将锅炉中的工作液体变成蒸汽。蒸汽流在导流管中上升，通过环形喷嘴间隙向由水冷却的泵内壁喷射。;到达泵入口的气体分子为泵工作蒸汽流所携带，并获得向下的动量。蒸汽流通常以超音速流动。气体蒸汽混合物向前级管道方向运动。喷射流中的油蒸汽碰到水冷却泵壁后冷凝，以液体形式重新回到锅炉。而被携带的气体分子那么继续流向出口，在泵出口处被机械泵抽走排到大气中。

冷凝的油蒸汽沿泵内壁流回锅炉，再加热后又被蒸发，以维持到喷嘴处的蒸汽流和抽气的连续性。图2是典型的多级扩散泵的剖视图。;扩散泵的抽气作用是由蒸汽与气体分子的碰撞，动量交换形成的。气体分子难于逆流方向上穿越蒸汽流，回到泵的入口处。由于蒸汽射流两侧出现了压强差〔分子密度差〕，由蒸汽射流形成的压缩比可以近似地表示为下式．式中为蒸汽流密度，u为蒸汽流速度，L为蒸汽流的宽度，D为扩散系数，它与蒸汽和气体分子的直径和及分子量M1和M2有关。;式中下标1为被抽气体，2为抽气流体。由此可知，较轻的气体压缩比是很低的。

;;;扩散泵的工作压力范围：扩散泵的适用压强范围在10-8—10Pa之间。无辅助的低温抽气在不加烘烤的情况下所能到达的入口压强约为10-6Pa。对运用的泵结构，高压强端的稳态压强〔在泵入口处〕一般不超过1×10-1Pa，如果借助低温抽气，如用冷阱〔液氮〕可以获得约10-8Pa的入口压强。;扩散泵的级数，或喷嘴的数量，取决于其性能标准。单级泵不能同时有高抽速和高压缩比。一般来说，入口处的第一级具有高的抽速和低的压缩比，最后一级〔排气级〕正好相反。小泵常常有2—3级，大泵有5—6级。开头几级有环形喷嘴，排气级有时有一个圆喷嘴。有时为了获得某种性能，将两个扩散泵串联使用。这样，有增加压缩级数的作用，而且允许两个泵使用不同的工作液。;蒸汽和气体分布：工作液在锅炉内蒸发升高了蒸汽压强，〔势能〕经过喷嘴射出高速蒸汽流〔势能转化成动能〕，气体在抽气方向上被蒸汽分子碰撞，动量传递给气体分子而被抽除。因为扩散泵用的工作液在室温下容易冷凝，所以可在一个紧凑的空间内安装一个多级喷嘴的导流系统。

蒸汽流与被抽气体的相互作用，可通过实验来测其密度分布〔如图3〕，即分子密度及蒸汽到达泵壁的分布〔图4〕，喷嘴出口处气体相对减少，可以排放气体被逐渐压缩的状态。以下各级以次类推。;扩散泵的特性曲线。扩散泵的抽速与入口压强的关系用曲线图表示。如图3所示。曲