電鏡擴(kuò)散泵系統(tǒng)的維護(hù)與故障分析

2013-10-29 林曦 福建醫(yī)科大學(xué)

  油擴(kuò)散泵系統(tǒng)是電鏡真空系統(tǒng)的核心部分。本文在分析該系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)之上,著重討論了系統(tǒng)的日常維護(hù)、泵油的選擇原則與更換清洗方法、典型故障分析與處理等主要方面的問(wèn)題,同時(shí)提出了時(shí)擴(kuò)散泵系統(tǒng)的維護(hù)原則與使用建議,以方便電鏡及相關(guān)儀器工作者解決擴(kuò)散泵系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。本文對(duì)于采用油擴(kuò)散泵的其他儀器系統(tǒng)也具有一定的參考價(jià)值。

  真空獲得設(shè)備是電子顯微鏡真空系統(tǒng)的核心部分,對(duì)電鏡的使用性能影響極大。無(wú)論是鎢絲發(fā)射源的普通電鏡還是需要超高真空的場(chǎng)致發(fā)射電鏡,均廣泛采用機(jī)械泵—油擴(kuò)散泵形式的真空單元獲得高真空。由于機(jī)械泵和油擴(kuò)散泵相對(duì)于其他真空部件,可靠性高、故障率低且故障現(xiàn)象隱蔽,其工作性能下降往往被當(dāng)作系統(tǒng)漏氣處理,因而常被忽視。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為對(duì)機(jī)械泵—油擴(kuò)散泵系統(tǒng)的典型故障及日常維護(hù)方面作一討論,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

  1、工作原理

  1.1、機(jī)械泵

  目前廣泛采用的機(jī)械泵為直聯(lián)或帶聯(lián)接油浸式旋片泵,原理如圖1所示。圓柱形轉(zhuǎn)子一端與泵體內(nèi)壁相切的方式偏心安裝,其旋片沿直徑方向由彈簧保持與泵體內(nèi)壁接觸。這樣,轉(zhuǎn)子、旋片與泵體及兩端缸蓋就聯(lián)合圍成三段空隙。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),空隙1變大,向真空系統(tǒng)抽氣;空隙2不變;空隙3變小,同時(shí)壓縮空隙內(nèi)氣體,由排氣閥排出。當(dāng)空隙3轉(zhuǎn)過(guò)切線位置,變?yōu)榭障?,而空隙1變?yōu)榭障?,空隙2變?yōu)榭障?,如此往復(fù),完成抽氣動(dòng)作。

旋片泵工作原理

圖1 旋片泵工作原理

  1.2、擴(kuò)散泵

  油擴(kuò)散泵依靠高速分子動(dòng)能與氣體擴(kuò)散的聯(lián)合作用抽真空,性能主要取決于泵體結(jié)構(gòu)、噴口形狀以及泵油的質(zhì)量,基本形式如圖2所示。泵底部的泵油受到外電爐加熱,在真空下形成上升油蒸氣流至各級(jí)導(dǎo)管頂端,被各級(jí)傘形噴嘴偏轉(zhuǎn)了幾乎180“,形成向下的高速、高密度油蒸氣流。油蒸氣流具有優(yōu)越的氣體分子運(yùn)載能力,它們裹挾著氣體分子向泵出口方向運(yùn)動(dòng)。油擴(kuò)散泵一般設(shè)計(jì)為三級(jí)或四級(jí)噴口,下級(jí)噴口流量大于上級(jí),這樣逐級(jí)接力將氣體分子排出,由前級(jí)泵抽走。當(dāng)油蒸氣碰到經(jīng)冷卻水冷卻的泵壁之后,重新凝結(jié)為液態(tài)油,流回泵底,重新加熱,開始新的循環(huán)。

油擴(kuò)散泵工作原理

圖2 油擴(kuò)散泵工作原理

  1.3、擴(kuò)散泵系統(tǒng)

  油擴(kuò)散泵工作時(shí)要求出口工作壓力至少低于40Pa,因此,必須與機(jī)械泵相連接構(gòu)成完整的擴(kuò)散泵系統(tǒng)才能正常工作,如圖3所示。為了隔離機(jī)械泵工作的震動(dòng)、減少真空故障導(dǎo)致機(jī)械泵油倒灌等風(fēng)險(xiǎn),在擴(kuò)散泵與機(jī)械泵之間常加人一個(gè)數(shù)升至數(shù)十升不等的密閉鋼制低真空貯氣罐,暫時(shí)貯存擴(kuò)散泵排出的氣體;此時(shí)機(jī)械泵或由于拍攝而停止工作,或轉(zhuǎn)去暫時(shí)抽樣品室或鏡體其他部位的低真空。這一裝置對(duì)于單機(jī)械泵系統(tǒng)是必不可少的。

油擴(kuò)散泵系統(tǒng)

圖3 油擴(kuò)散泵系統(tǒng)