渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)和工作原理|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(diǎn)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(yīng)，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 用于高能加速器、可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置、重粒子加速器和高級電子器件制造等方面。
結(jié)構(gòu)和工作原理
1958年，聯(lián)邦德國的W.貝克首次提出有實(shí)用價值的渦輪分子泵，以后相繼出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(dá)氣體分子熱運(yùn)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(yùn)動葉片兩側(cè)的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(cè)(圖3a),當(dāng)氣體分子到達(dá)A點(diǎn)附近時，在角度α1內(nèi)反射的氣體分子回到左側(cè)；在角度β1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側(cè)，另一部分穿過葉片到達(dá)右側(cè)；在角度γ1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片到達(dá)右側(cè)。同理，在葉輪右側(cè)(圖3b),當(dāng)氣體分子入射到B點(diǎn)附近時，在α2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側(cè)；在β2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達(dá)左側(cè)，另一部分返回右側(cè)；在γ2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過葉片到達(dá)左側(cè)。傾斜葉片的運(yùn)動使氣體分子從左側(cè)穿過葉片到達(dá)右側(cè)，比從右側(cè)穿過葉片到達(dá)左側(cè)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(cè)流向右側(cè)，從而產(chǎn)生抽氣作用。
性能和特點(diǎn)
泵的排氣壓力與進(jìn)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(guān)外，還與氣體種類有關(guān)。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(yuǎn)大于導(dǎo)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(jī)直聯(lián)驅(qū)動。