油封機(jī)械真空泵系統(tǒng)的返流原因

2009-02-06 張以忱東北大學(xué)

油封機(jī)械真空泵(簡稱機(jī)械泵)廣泛應(yīng)用于真空系統(tǒng)中, 多數(shù)作為前級(jí)真空泵。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)清潔真空的要求愈來愈普遍.因此機(jī)械泵中的油蒸氣返油問題便愈來愈受到重視。我們把機(jī)械泵油流向高真空端的現(xiàn)象叫做機(jī)械泵的返油。

機(jī)械泵系統(tǒng)的返流原因

返油現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在抽氣管道中壓力較低時(shí),一般系統(tǒng)粗抽時(shí)(真空度大于130Pa)不會(huì)發(fā)生返流現(xiàn)象,因?yàn)榇藭r(shí)管道中的氣流為定向粘滯流。但是隨著泵入口管道中的壓力降低,氣體流動(dòng)狀態(tài)由定向粘滯流逐漸變?yōu)樽杂煞肿恿?油蒸氣分子的平均自由程不斷增大,使分子之間的碰撞次數(shù)不斷減少,這就會(huì)使機(jī)械泵油分子跑到擴(kuò)散泵中或通過粗抽管道跑到真空室中,污染真空系統(tǒng)。

對(duì)于機(jī)械泵與油擴(kuò)散泵組成的真空系統(tǒng),機(jī)械泵油進(jìn)入到擴(kuò)散泵中后,不但影響擴(kuò)散泵的極限真空,而且會(huì)使擴(kuò)散泵的返油率增加。早在1960年代,Baker與LaHrenson用氣液色譜儀對(duì)系統(tǒng)中的氣體成分進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)機(jī)械泵中盡管用的是平均分子量為530的礦物油,但返流的油蒸氣分子量卻小于300,平均值為150。這表明機(jī)械泵油裂解是機(jī)械泵返油的主要因素。機(jī)械泵工作過程中是靠油膜密封和潤滑的,在機(jī)械泵中由于金屬旋片與金屬泵腔內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生局部過熱,使旋片連續(xù)劃破油潤滑膜,導(dǎo)致泵油發(fā)生單純性的熱分解或熱金屬作觸媒的分解,油分解成碎片,從而產(chǎn)生輕餾分的油蒸氣。這種輕餾分油蒸汽的分子量小,易反擴(kuò)散,較容易跑到高真空端。若在礦物油中摻入l%的滑潤劑(例MoS2),使泵內(nèi)摩擦減輕,或采用性能良好的擴(kuò)散泵油作機(jī)械泵工作液,可使油的裂變得到改善。如果采用全氟聚醚(Fomblin)作機(jī)械泵油,則返油率可降低1/3,而且它的蒸氣或碎片(CF2,CF3,C3F3)在電子的轟擊下不會(huì)形成聚合膜,而且組分中不包含氫或硅,因此不會(huì)反應(yīng)生成碳?xì)浠衔锘蚬杌衔铩１?給出了雙級(jí)油封機(jī)械泵采用不同工作液的返油率測(cè)試結(jié)果。

表1 雙級(jí)機(jī)械泵的返油率試驗(yàn)結(jié)果