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旋片式机械真空泵、涡轮分子泵和低温泵获得真空的方式

发布时间:2015年08月12日 11:52   阅读:5628   返回   来源:泽德
  真空一般都是利用各种真空泵将被抽容器中的气体抽出,使该空间的压强低于一个大气压而获得。目前常用获得真空的设备主要有旋转式机械真空泵、油扩散泵、分子泵、分子筛吸附泵、钛升华泵、溅射离子泵和低温泵等。其中前三种属于气体传输泵,即通过将气体不断吸人并排出真空泵从而达到排气的目的;后四种真空泵属于气体捕获泵,是利用各种吸气材料所特有的吸气作用将被抽空间的气体吸除,以达到所需真空度。由于捕获泵工作时不使用油作为介质,又称之为无油类泵。实际使用中,将真空泵和别的装置组合起来使用,可以获得更高的真空度。
  1.旋片式机械真空泵
  凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵称为机械泵。它是一种可以从大气压开始工作的典型的真空泵,既可以单独使用,又可作为高真空泵或超高真空泵的前级泵。由于这种泵是用油来进行密封的,所以又属于有油类型的真空泵。这类机械泵常见的有旋片式、定片式和滑阀式(又称柱塞式)几种,其中以旋片式机械泵最为常见。
  旋片式真空泵是用油来保持各运动部件之间的密封,并靠机械的办法,使该密封空间的容积周期性地增大(抽气)、缩小(排气),从而达到连续抽气和排气的目的。泵体主要由定子、转子、旋片、迸气管和排气管等组成。定子两端被密封形成一个密封的泵腔。泵腔内,偏心地装有转子,它们相当于两个内切圆。沿转子的轴线开一个通槽,槽内装有两块旋片,旋片中间用弹簧相连,弹簧使转子旋转时旋片始终沿定子内壁滑动。
  由于泵工作时,定子、转子全部浸在油中,在每一吸气、排气周期中将会有少量的油进入到容器内部,因此要求机械泵油要具有较低的饱和蒸气压及一定的润滑性、粘度和较高的稳定性。
  2.涡轮分子泵
  涡轮分子泵属于气体传输泵,其工作原理是依靠高速运动的物体表面把定向速度传递给入射表面的气体分子,造成泵出口、入口的气体分子正向、反向传输几率的差异而产生抽气作用以实现高真空。叶片转动时的平均平移速度与空气分子的平均热运动速度可比拟,气体分子与叶轮相碰获得定向速度,而叶轮开槽的角度保证分子由入口到出口的传输几率大于相反方向的几率。为了获得高真空,分子泵中装有多级叶片,转子叶片与定子叶片交互布置。分子泵的压缩比和气体分子量的平方根成正比,气体分子越轻,压缩比越小。分子泵的残气主要由氢组成,而重的碳氢化合物是极少的,因此分子泵油蒸气污染较轻,通常也将其当作无油泵。涡轮分子泵的极限真空度可达10-8Pa,抽速可达1000L/s。其工作范围_般在1~10-8Pa之间,因而需要以旋片式机械泵作为其前级泵。
  3.低温泵
  低温泵是目前具有最高极限真空的抽气泵,它是利用20K以下的低温表面来凝聚(吸附)气体分子以实现抽气的一种泵。主要用于如高能物理,超导材料的制备,宇航空间模拟站等要求高清洁、无污染、大抽速、高真空和超高真空场合的大型真空系统。
                              
  低温泵又称冷凝泵、深冷泵,按工作原理又可分为低温吸附泵、低温冷凝泵和制冷机低温泵。前两种泵直接使用低温液体(液氮、液氦等)来进行冷却,成本较高,通常仅作为辅助抽气手段。制冷机低温泵是利用制冷机产生的深低温来进行抽气的泵。在制冷机的第一级冷头上装有辐射屏和辐射挡板,温度处于50~77K,用以冷凝、抽除水蒸气和二氧化碳等气体,同时还能屏蔽真空室的热辐射,保护第二级冷头和深冷板;深冷板装在第二级冷头上,温度为10~20K,板正面光滑的金属表面可以去除氮、氧等气体,反面的活性炭可以吸附氢、氦、氖,达到去除各种气体的目的,从而获得超高真空状态。
  低温泵作为捕获泵,能用来捕集各种包括有害的或易燃易爆气体,使其凝结在制冷板上,成为低温凝层以达到抽气的目的。但是,工作一段时间后,低温泵的低温排气能力会降低,因此必须将这些低温凝层清除。

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