油擴(kuò)散泵抽空機(jī)組對(duì)氣體抽氣速率選擇性的分析

2010-02-19 李殿東 蘭州真空設(shè)備有限責(zé)任公司

  從20世紀(jì)我國(guó)研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)油擴(kuò)散泵開始, 經(jīng)過數(shù)代人的嘔心瀝血和長(zhǎng)期探索研究發(fā)展,已達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)水平和一定的生產(chǎn)規(guī)模, 被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、冶金、核能、空間模擬等工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)技術(shù)研究中, 為我國(guó)的科技發(fā)展做出了顯著的貢獻(xiàn)。

  油擴(kuò)散泵抽氣原理是利用高速運(yùn)動(dòng)的油蒸氣流與被抽氣體混合進(jìn)行能量交換而達(dá)到抽氣作用的。通常認(rèn)為油擴(kuò)散泵具有“ 對(duì)各種氣體無選擇性的特點(diǎn), 這種觀點(diǎn)使得大多數(shù)工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)真空抽氣機(jī)組時(shí)主要以油擴(kuò)散泵對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣或者氮?dú)獾某闅馑俾蕘泶_定。通常情況下這種計(jì)算假設(shè)是允許的, 能滿足設(shè)備的需要。但是對(duì)特殊氣體來說, 必須要計(jì)算或者測(cè)試油擴(kuò)散泵對(duì)該氣體的抽氣速率, 否則可能產(chǎn)生抽氣機(jī)組不能滿足需要的情況。

  國(guó)內(nèi)某研究所在進(jìn)行氛離子火箭發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)過程中, 發(fā)現(xiàn)在5.0E-3Pa壓力下對(duì)空氣具有2000l/s有效抽速(在該壓力點(diǎn)抽氣量為100Pa.L/s的2套K-800TD高真空油擴(kuò)散泵三級(jí)抽空機(jī)組不能滿足抽除84Pa.L/s氙氣的要求, 排除測(cè)量誤差和機(jī)組前級(jí)泵的問題后, 經(jīng)過多次試驗(yàn), 結(jié)果一樣。這說明油擴(kuò)散泵對(duì)氛氣的抽氣速率在同等條件下大大小于泵對(duì)空氣的抽氣速率, 因此有必要來分析油擴(kuò)散泵抽空機(jī)組對(duì)不同氣體的有效抽氣速率的差異。

  目前國(guó)際上還沒有一種關(guān)于油擴(kuò)散泵的理論與實(shí)踐吻合得很好, 大家基本上參照亞開爾的二次近似計(jì)算的方法來研究油擴(kuò)散泵的特性。本文亦以該理論來分析油擴(kuò)散泵對(duì)不同氣體的抽氣速度。

  為簡(jiǎn)化過程, 直接給出抽氣速度公式, 如下所示:

  限于篇幅,文章中間章節(jié)的部分內(nèi)容省略,詳細(xì)文章請(qǐng)郵件至作者索要。

  從理論上和實(shí)踐中, 都能得出油擴(kuò)散泵抽空機(jī)組對(duì)不同氣體的抽氣速率是不同的。至于真空設(shè)計(jì)手冊(cè)中所說的油擴(kuò)散泵“ 對(duì)各種氣體無選擇性” ,可以理解為油擴(kuò)散泵能夠抽除各種氣體, 但是抽氣速率是有差異的, 與被抽氣體的摩爾質(zhì)量有直接的關(guān)系。

  以上觀點(diǎn)僅限于高真空壓力范圍。壓力大于1.0E-1Pa, 油擴(kuò)散泵對(duì)氣體抽除作用中的裹挾作用增大, 分子熱運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散作用已經(jīng)降低,是否滿足上述分析結(jié)果需要進(jìn)一步研究。因此在設(shè)計(jì)油擴(kuò)散泵抽空機(jī)組時(shí), 必須了解被抽氣體的特性, 通過測(cè)試來確定泵對(duì)氣體的實(shí)際抽氣速率作為設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

  對(duì)油擴(kuò)散泵制造企業(yè)來說, 要研究、側(cè)試油擴(kuò)散泵對(duì)不同氣體的抽氣速率、極限壓力和臨界前級(jí)壓力等重要性能指標(biāo)。完善性能參數(shù), 為散泵的使用廠商提供更加全面的指導(dǎo)。