涡轮分子泵抽气系统的组成

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以忱

  典型的涡轮分子泵抽气系统如图所示,抽气系统设置分开的粗抽管道和前级管道,这种系统和常用的扩散泵抽气系统类似,其粗抽管道和前级管道的基本配置与扩散泵抽气系统相同,然而它对前级泵大小的要求却和扩散泵不同。扩散泵的正常运转要求前级泵具有足够大的抽速,以便在最大排气量时前级压力能低于临界前级压力,在涡轮分子泵抽气系统中要选择具有足够容量的前级泵,使最靠近前级管道的叶片在最大排气量时处于分子流或者正好处于过渡流。大多数涡轮分子泵的最大稳态进气口压力P1在0.5到1Pa之间,而最大前级压力P2 约为30Pa。因为排气量为一常数,即P1S1=P2S2,或为

  式(3)表明,涡轮分子泵抽速和前级泵抽速之比S1/S2 应该在30到60的范围内,对于最大的对氢压缩比小于500的泵来说,其级配比应该为20∶1。

典型涡轮分子泵抽气系统

1.涡轮分子泵 2.液氮冷阱 3.放气阀 4.电离规 5.热传导规 6.粗抽阀 7.机械泵 8.前级管路阀 9.高真空阀

图 典型涡轮分子泵抽气系统

  涡轮分子泵抽气系统一般不需要用常见的液氮冷阱来阻止轴承润滑油或机械泵泵液的返流。只要泵是以额定角速度旋转,那么泵对除最轻的气体—氢以外的所有气体都具有比较高的压缩比,足以阻止这些气体从前级管道端返流到高真空端。液氮冷却的表面不能捕集因压缩比低而返流到真空室的少量的氢。液氮冷阱可用来提高系统对水蒸气的抽速,其最好的安装位置是在高真空阀的后面,也就是直接设置在涡轮分子泵的喉部上方。还可以考虑在高真空阀后面装一个三通管,把涡轮分子泵接在它的一个接口上,而把液氮冷却的表面接在另一个接口上。而三通的任何两个接口之间的流导都要小于液氮冷阱的通导。然而要使分子泵对水蒸气和空气都具有最大抽速,最佳的安排还是将液氮冷阱安装在涡轮分子泵和高真空阀门之间。

  涡轮分子泵抽气系统既不需要用粗抽阱也不需要用前级管道冷阱。粗抽与主抽系统之间较高的切换压力能防止机械泵油通过粗抽管道迁移到真空室中去,而泵对碳氢化物馏分的高压缩比也阻止它们从前级管道通过泵反扩散到真空室中去。

  图40 给出不单独设置粗抽管道,不设置高真空阀门的涡轮分子泵抽气系统,这个系统的真空室是直接通过涡轮分子泵进行粗抽的。因为系统上没有粗抽管道,所以就不存在因粗抽管道而带来的污染和切换区域不适当等问题。从结构上看系统也变得更简单了。它没有粗抽阀、管道和冷阱。也不需要高真空阀,只需要一个电离规和一个热传导规。每当打开真空室暴露大气时,就必须把整个系统停机,尔后再重新启动。这就使得液氮冷却表面使用起来不方便,因为每当系统停机时必须将冷却表面升温。

  同时启动涡轮分子泵和机械泵,通过涡轮分子泵进行粗抽,必须正确选配前级机械泵。如果机械泵的抽速小,它是不能在涡轮分子泵达到最大转速以前把真空室抽到过渡区的。当出现这种情况时,电动机的过流保护电路就会把涡轮分子泵关掉。抽速大小合适、运转适当的机械真空泵应该是在涡轮分子泵达到其额定转速的75%左右时就能把真空室抽到20~200 Pa,这样也可防止机械泵油的返流。大多数涡轮分子泵所设计的启动加速时间为5 到10 min。

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