渦輪分子泵的結構和工作原理

  1958年，德意志聯(lián)邦共和國的W. Baker首先提出了具有應用價值的渦輪分子泵，隨后相繼提出了各種不同結構的分子泵，主要是立式和臥式。 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)組成。 葉輪外緣的線速度與氣體分子的熱運動速度一樣高（通常為150~400 m/s）。 單個葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵由十多個動葉輪和靜葉輪組成。 動葉輪和靜葉輪交替布置。 動靜葉輪的幾何尺寸基本相同，但葉片的傾角相反。 圖 2 顯示了一個由 20 個移動葉輪組成的整體轉(zhuǎn)子。 每兩個動葉輪之間安裝一個靜葉輪。 靜葉輪外緣用圓環(huán)固定，動葉輪與靜葉輪之間保持1mm左右的間隙，動葉輪可以在靜葉輪之間自由轉(zhuǎn)動。

 
  動葉片兩側(cè)的氣體分子呈彌散分布。 在葉輪的左側(cè)（見下圖3a），當氣體分子到達A點附近時，以角度a1反射的氣體分子返回左側(cè)； 在角度 β1 反射的氣體分子部分返回左側(cè)，另一部分返回左側(cè)。 向右穿過葉片：在角度 γ1 內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片向右。 同理，在葉輪右側(cè)（見下圖 3b），當氣體分子在 B 點附近入射時，以 a2 角反射的氣體分子將返回右側(cè)； 在角度 β2 反射的氣體分子將部分到達左側(cè)，另一部分 A 部分返回右側(cè)； 在 y2 角內(nèi)反射的氣體分子通過葉片向左移動。 傾斜葉片的運動導致氣體分子從左到右通過葉片的頻率比從右到左的頻率要高得多。 葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體分子時不時地從左向右流動，從而產(chǎn)生吸力作用。

分子泵性能和特點

  泵的排氣壓力與進氣壓力之比稱為壓縮比。 壓縮比不僅與泵的級數(shù)和轉(zhuǎn)速有關，還與氣體的種類有關。 具有高分子量的氣體具有高壓縮比。 氮氣（或空氣）的壓縮比為108～109； 氫氣為 102 ~ 104； 對于油蒸氣等分子量較大的氣體，大于1010。泵的極限壓力為10-9 Pa，工作壓力范圍為10-1～10-8 Pa，抽氣量為數(shù)十～ 每秒數(shù)千升（1 升 = 10-3 立方米）。 渦輪分子泵必須工作在分子流動狀態(tài)（氣體分子均勻自由距離遠大于導管截面最大尺寸的流動狀態(tài)）才能顯示其優(yōu)越性，因此需要配備一個 工作壓力1～10-2 Pa.級真空泵。 分子泵本身由中頻電機直接驅(qū)動，轉(zhuǎn)速為10,000至60,000 rpm。

  渦輪分子泵是利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將動量傳遞給氣體分子，使氣體沿一個方向流動而抽氣的真空泵。
  渦輪分子泵的優(yōu)點是啟動快，耐各種射線的照射，耐大氣沖擊，無儲氣和解吸作用，無油蒸氣污染或污染極少，可獲得潔凈的超高真空 . 渦輪分子泵廣泛應用于需要高真空度的高能加速器、可控熱核反應堆、重粒子加速器以及真空鍍膜工藝等領域。

分子泵的優(yōu)缺點

為了利用渦輪分子泵獲得潔凈真空，國外常采用干式機械泵作為其前級泵，形成無油真空系統(tǒng)。 但目前國內(nèi)大部分渦輪分子泵都采用油封機械泵作為前級泵，構成油基真空系統(tǒng)。 如果操作不當，很難避免油蒸汽倒流和污染真空系統(tǒng)。 利用油路系統(tǒng)獲得清潔真空，國內(nèi)外已有一些有效的防止回流的措施和成功的運行經(jīng)驗。

當今使用的分子泵

今天，渦輪分子泵越來越多地用于現(xiàn)代半導體工業(yè)。 濺射、蝕刻、蒸發(fā)、注入、分子束外延和離子處理等設備都需要在真空環(huán)境中運行。 又如電子顯微鏡、表面分析儀器、殘余氣體分析儀和氦質(zhì)譜檢漏儀等，常使用渦輪分子泵抽真空。 此外，空間模擬設備、核聚變裝置、太陽能集熱管涂裝生產(chǎn)線等也采用大型渦輪分子泵或低溫泵替代油擴散泵系統(tǒng)，防止油蒸氣污染。 因此，近十年來，國內(nèi)外渦輪分子泵得到了顯著的改進和發(fā)展。 在渦輪分子泵的應用日益增多的情況下，干式前級泵并沒有得到廣泛的推廣和應用，有時不得不使用油封機械泵作為渦輪分子泵的前級泵。 因此，針對這種情況，渦輪分子泵的合理選擇和正確運行顯得非常重要。