渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)的組成

2010-01-08 張以忱 東北大學(xué)

  典型的渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)如圖所示,抽氣系統(tǒng)設(shè)置分開(kāi)的粗抽管道和前級(jí)管道,這種系統(tǒng)和常用的擴(kuò)散泵抽氣系統(tǒng)類(lèi)似,其粗抽管道和前級(jí)管道的基本配置與擴(kuò)散泵抽氣系統(tǒng)相同,然而它對(duì)前級(jí)泵大小的要求卻和擴(kuò)散泵不同。擴(kuò)散泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求前級(jí)泵具有足夠大的抽速,以便在最大排氣量時(shí)前級(jí)壓力能低于臨界前級(jí)壓力,在渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)中要選擇具有足夠容量的前級(jí)泵,使最靠近前級(jí)管道的葉片在最大排氣量時(shí)處于分子流或者正好處于過(guò)渡流。大多數(shù)渦輪分子泵的最大穩(wěn)態(tài)進(jìn)氣口壓力P1在0.5到1Pa之間,而最大前級(jí)壓力P2 約為30Pa。因?yàn)榕艢饬繛橐怀?shù),即P1S1=P2S2,或?yàn)?/p>

  式(3)表明,渦輪分子泵抽速和前級(jí)泵抽速之比S1/S2 應(yīng)該在30到60的范圍內(nèi),對(duì)于最大的對(duì)氫壓縮比小于500的泵來(lái)說(shuō),其級(jí)配比應(yīng)該為20∶1。

典型渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)

1.渦輪分子泵 2.液氮冷阱 3.放氣閥 4.電離規(guī) 5.熱傳導(dǎo)規(guī) 6.粗抽閥 7.機(jī)械泵 8.前級(jí)管路閥 9.高真空閥

圖 典型渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)

  渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)一般不需要用常見(jiàn)的液氮冷阱來(lái)阻止軸承潤(rùn)滑油或機(jī)械泵泵液的返流。只要泵是以額定角速度旋轉(zhuǎn),那么泵對(duì)除最輕的氣體—氫以外的所有氣體都具有比較高的壓縮比,足以阻止這些氣體從前級(jí)管道端返流到高真空端。液氮冷卻的表面不能捕集因壓縮比低而返流到真空室的少量的氫。液氮冷阱可用來(lái)提高系統(tǒng)對(duì)水蒸氣的抽速,其最好的安裝位置是在高真空閥的后面,也就是直接設(shè)置在渦輪分子泵的喉部上方。還可以考慮在高真空閥后面裝一個(gè)三通管,把渦輪分子泵接在它的一個(gè)接口上,而把液氮冷卻的表面接在另一個(gè)接口上。而三通的任何兩個(gè)接口之間的流導(dǎo)都要小于液氮冷阱的通導(dǎo)。然而要使分子泵對(duì)水蒸氣和空氣都具有最大抽速,最佳的安排還是將液氮冷阱安裝在渦輪分子泵和高真空閥門(mén)之間。

  渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)既不需要用粗抽阱也不需要用前級(jí)管道冷阱。粗抽與主抽系統(tǒng)之間較高的切換壓力能防止機(jī)械泵油通過(guò)粗抽管道遷移到真空室中去,而泵對(duì)碳?xì)浠镳s分的高壓縮比也阻止它們從前級(jí)管道通過(guò)泵反擴(kuò)散到真空室中去。

  圖40 給出不單獨(dú)設(shè)置粗抽管道,不設(shè)置高真空閥門(mén)的渦輪分子泵抽氣系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)的真空室是直接通過(guò)渦輪分子泵進(jìn)行粗抽的。因?yàn)橄到y(tǒng)上沒(méi)有粗抽管道,所以就不存在因粗抽管道而帶來(lái)的污染和切換區(qū)域不適當(dāng)?shù)葐?wèn)題。從結(jié)構(gòu)上看系統(tǒng)也變得更簡(jiǎn)單了。它沒(méi)有粗抽閥、管道和冷阱。也不需要高真空閥,只需要一個(gè)電離規(guī)和一個(gè)熱傳導(dǎo)規(guī)。每當(dāng)打開(kāi)真空室暴露大氣時(shí),就必須把整個(gè)系統(tǒng)停機(jī),爾后再重新啟動(dòng)。這就使得液氮冷卻表面使用起來(lái)不方便,因?yàn)槊慨?dāng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)必須將冷卻表面升溫。

  同時(shí)啟動(dòng)渦輪分子泵和機(jī)械泵,通過(guò)渦輪分子泵進(jìn)行粗抽,必須正確選配前級(jí)機(jī)械泵。如果機(jī)械泵的抽速小,它是不能在渦輪分子泵達(dá)到最大轉(zhuǎn)速以前把真空室抽到過(guò)渡區(qū)的。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí),電動(dòng)機(jī)的過(guò)流保護(hù)電路就會(huì)把渦輪分子泵關(guān)掉。抽速大小合適、運(yùn)轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)臋C(jī)械真空泵應(yīng)該是在渦輪分子泵達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速的75%左右時(shí)就能把真空室抽到20~200 Pa,這樣也可防止機(jī)械泵油的返流。大多數(shù)渦輪分子泵所設(shè)計(jì)的啟動(dòng)加速時(shí)間為5 到10 min。