如何选择和使用涡轮分子泵——结构型式与工作原理

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:杨乃恒

  首先介绍了涡轮分子泵的工作原理,结构型式及其优缺点。为了利用涡轮分子泵,获得清洁真空,国外多利用干式机械泵作其前级泵,构成无油的真空系统。然而,目前国内涡轮分子泵多以油封机械泵为其前级泵,构成了有油真空系统,如果操作不当,很难避免油蒸汽返流,对真空系统的污染。利用有油系统获得清洁真空,国内外都有一些有效防止返流的措施和成功的操作经验。这些对用户正确选择和使用涡轮分子泵有油系统获得清洁真空,有一定的参考价值。

  当今,现代化的半导体行业中,越来越多地应用涡轮分子泵。如溅射、刻蚀、蒸发、注入、分子束外延、离子加工等设备都需要在真空环境下运行。又如电子显微镜,表面分析仪器,残余气体分析仪氦质谱检漏仪等也经常使用涡轮分子泵来抽真空。此外,在宇宙模拟设备、核聚变装置、太阳能集热管镀膜生产线上也都改用大型涡轮分子泵或低温泵来代替油扩散泵系统,以防止油蒸汽的污染。因此,最近十几年来,涡轮分子泵,在国内、外都得到了显著的改进和发展。在涡轮分子泵的应用日益增加干式的前级泵还没有大量普及和应用的情况下,有时还不得不用油封机械泵来作涡轮分子泵的前级泵。因此,针对这种现状,对涡轮分子泵的合理选用和正确操作是很重要的。弄清楚涡轮分子泵的特点和使用方法,对用户是很必要的。

涡轮分子泵的结构型式与工作原理

  涡轮分子泵在结构上有立式和卧式之分,如图1(a、b)为立式泵结构示意图,图2 为卧式泵结构示意图。

立式涡轮分子泵结构示意图

图1(a)立式涡轮分子泵结构示意图

图1(b)带磁轴承的立式涡轮分子泵结构示意图

卧式涡轮分子泵结构泵意图

图2 卧式涡轮分子泵结构泵意图

  涡轮分子泵的工作原理很简单。当气体分子以VP1 碰撞到运转速度为VB(400 m/s)的表面上,就会被携带转向到叶片的运动方向上如VP2。(如图3) 典型的涡轮分子泵是在分子流范围内工作的。入口压力可以1×10- 3 Torr 延至10- 11 Torr。涡轮分子泵叶片在非常高的速度下,使气体分子被连续不断地折射,转向和压缩,气体分子被叶列压缩到前级侧后被前级泵排出。典型的前级泵多为小型的油封式旋片泵或干式机械泵。

涡轮分子泵的工作原理示意图

图3 涡轮分子泵的工作原理示意图

  泵中的这种旋转的涡轮叶列称为转子,被装在由轴承支撑的轴上。两个转子叶片圆盘之间有静止的涡轮叶片称作定子。它安装在泵壳内,每一对转子和定子构成一级压缩。气体分子通过泵的入口经多级叶列压缩后排到出口处,多级压缩可有很高的压缩比,故在入口处可获得非常低的压力(非常高的真空度)。

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