渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)的組成

2010-01-08 張以忱 東北大學

  典型的渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)如圖所示,抽氣系統(tǒng)設置分開的粗抽管道和前級管道,這種系統(tǒng)和常用的擴散泵抽氣系統(tǒng)類似,其粗抽管道和前級管道的基本配置與擴散泵抽氣系統(tǒng)相同,然而它對前級泵大小的要求卻和擴散泵不同。擴散泵的正常運轉要求前級泵具有足夠大的抽速,以便在最大排氣量時前級壓力能低于臨界前級壓力,在渦輪分子泵抽氣系統(tǒng)中要選擇具有足夠容量的前級泵,使最靠近前級管道的葉片在最大排氣量時處于分子流或者正好處于過渡流。大多數(shù)渦輪分子泵的最大穩(wěn)態(tài)進氣口壓力P1在0.5到1Pa之間,而最大前級壓力P2 約為30Pa。因為排氣量為一常數(shù),即P1S1=P2S2,或為

  式(3)表明,渦輪分子泵抽速和前級泵抽速之比S1/S2 應該在30到60的范圍內,對于最大的對氫壓縮比小于500的泵來說,其級配比應該為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.熱傳導規(guī) 6.粗抽閥 7.機械泵 8.前級管路閥 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)一般不需要用常見的液氮冷阱來阻止軸承潤滑油或機械泵泵液的返流。只要泵是以額定角速度旋轉,那么泵對除最輕的氣體—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。液氮冷阱可用來提高系統(tǒng)對水蒸氣的抽速,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三通管,把渦輪分子泵接在它的一個接口上,而把液氮冷卻的表面接在另一個接口上。而三通的任何兩個接口之間的流導都要小于液氮冷阱的通導。然而要使分子泵對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械泵油通過粗抽管道遷移到真空室中去,而泵對碳氫化物餾分的高壓縮比也阻止它們從前級管道通過泵反擴散到真空室中去。

  圖40 給出不單獨設置粗抽管道,不設置高真空閥門的渦輪分子泵抽氣系統(tǒng),這個系統(tǒng)的真空室是直接通過渦輪分子泵進行粗抽的。因為系統(tǒng)上沒有粗抽管道,所以就不存在因粗抽管道而帶來的污染和切換區(qū)域不適當?shù)葐栴}。從結構上看系統(tǒng)也變得更簡單了。它沒有粗抽閥、管道和冷阱。也不需要高真空閥,只需要一個電離規(guī)和一個熱傳導規(guī)。每當打開真空室暴露大氣時,就必須把整個系統(tǒng)停機,爾后再重新啟動。這就使得液氮冷卻表面使用起來不方便,因為每當系統(tǒng)停機時必須將冷卻表面升溫。

  同時啟動渦輪分子泵和機械泵,通過渦輪分子泵進行粗抽,必須正確選配前級機械泵。如果機械泵的抽速小,它是不能在渦輪分子泵達到最大轉速以前把真空室抽到過渡區(qū)的。當出現(xiàn)這種情況時,電動機的過流保護電路就會把渦輪分子泵關掉。抽速大小合適、運轉適當?shù)臋C械真空泵應該是在渦輪分子泵達到其額定轉速的75%左右時就能把真空室抽到20~200 Pa,這樣也可防止機械泵油的返流。大多數(shù)渦輪分子泵所設計的啟動加速時間為5 到10 min。