通用機(jī)械：渦輪分子泵

渦輪分子泵的優(yōu)點(diǎn)是激活快﹐能抗各種射線的照射﹐耐大氣沖擊﹐無氣體存儲(chǔ)和解吸效應(yīng)﹐無油蒸氣污染或污染很少﹐能獲得清潔的超高真空。渦輪分子泵廣泛用于高能加速器﹑可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置﹑重粒子加速器和高級(jí)電子器件制造等方面。 結(jié)構(gòu)和工作原理 1958年﹐聯(lián)邦德國(guó)的W.貝克首次提出有實(shí)用價(jià)值的渦輪分子泵﹐以后相繼出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)的分子泵﹐主要有立式和臥式兩種﹐圖1 立式渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)圖 為立式渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)圖。渦輪分子泵主要由泵體﹑帶葉片的轉(zhuǎn)子(即動(dòng)葉輪)﹑靜葉輪和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。動(dòng)葉輪外緣的線速度高達(dá)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速度(一般為150～400米/秒)。單個(gè)葉輪的壓縮比很小﹐渦輪分子泵要由十多個(gè)動(dòng)葉輪和靜葉輪組成。動(dòng)葉輪和靜葉輪交替排列。動(dòng)﹑靜葉輪幾何尺寸基本相同﹐但葉片傾斜角相反。圖2 渦輪分子泵的靜葉輪和動(dòng)葉輪 為20個(gè)動(dòng)葉輪組成的整體式轉(zhuǎn)子。每?jī)蓚€(gè)動(dòng)葉輪之間裝一個(gè)靜葉輪。靜葉輪外緣用環(huán)固定并使動(dòng)﹑靜葉輪間保持1毫米左右的間隙﹐動(dòng)葉輪可在靜葉輪間自由旋轉(zhuǎn)。

圖3 動(dòng)葉片的工作示意圖 為一個(gè)動(dòng)葉片的工作示意圖。在運(yùn)動(dòng)葉片兩側(cè)的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(cè)(圖3a 動(dòng)葉片的工作示意圖 )﹐當(dāng)氣體分子到達(dá)A 點(diǎn)附近時(shí)﹐在角度 1內(nèi)反射的氣體分子回到左側(cè)﹔在角度 1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側(cè)﹐另一部分穿過葉片到達(dá)右側(cè)﹔在角度 1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片到達(dá)右側(cè)。同理﹐在葉輪右側(cè)(圖3b 動(dòng)葉片的工作示意圖 )﹐當(dāng)氣體分子入射到B 點(diǎn)附近時(shí)﹐在 2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側(cè)﹔在 2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達(dá)左側(cè)﹐另一部分返回右側(cè)﹔在 2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過葉片到達(dá)左側(cè)。傾斜葉片的運(yùn)動(dòng)使氣體分子從左側(cè)穿過葉片到達(dá)右側(cè)﹐比從右側(cè)穿過葉片到達(dá)左側(cè)的幾率大得多。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)﹐氣體分子便不斷地由左側(cè)流向右側(cè)﹐從而產(chǎn)生抽氣作用。

性能和特點(diǎn) 泵的排氣壓力與進(jìn)氣壓力之比稱為壓縮比。壓縮比除與泵的級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)外﹐還與氣體種類有關(guān)。分子量大的氣體有高的壓縮比。對(duì)氮(或空氣)的壓縮比為108～109﹔對(duì)氫為102～104﹔對(duì)分子量大的氣體如油蒸氣則大于1010。泵的極限壓力為10-9帕﹐工作壓力范圍為10-1～10-8帕﹐抽氣速率為幾十到幾千升每秒(1升=10-3米3)。渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)(氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài))下工作才能顯示出它的優(yōu)越性﹐因此要求配有工作壓力為1～10-2帕的前級(jí)真空泵。分子泵本身由轉(zhuǎn)速為10000～60000轉(zhuǎn)/分的中頻電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。

渦輪分子泵主要由泵體、帶葉片的轉(zhuǎn)子（即動(dòng)葉輪）、靜葉輪和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。

渦輪分子泵性能

泵的排氣壓力與進(jìn)氣壓力之比稱為壓縮比。壓縮比除與泵的級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與氣體種類有關(guān)。分子量大的氣體有高的壓縮比。對(duì)氮（或空氣）的壓縮比為10⁸～10⁹；對(duì)氫為10²～10⁴；對(duì)分子量大的氣體如油蒸氣則大于10¹⁰。

泵的極限壓力為10^-9Pa，工作壓力范圍為10^-1～10^-8Pa，抽氣速率為幾十到幾千升每秒（1L=10^-3m³）。

渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)（氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)）下工作才能顯示出它的優(yōu)越性，因此要求配有工作壓力為1～10^-2Pa的前級(jí)真空泵。

分子泵本身由轉(zhuǎn)速為10000～60000轉(zhuǎn)/分的中頻電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。

渦輪分子泵特點(diǎn)

抽速大、無油、啟動(dòng)快、無油污染、維護(hù)簡(jiǎn)單

工作范圍：清潔的低真空~中、高真空，大氣~超高真空

極限真空：10^-6/ 10^-10torr

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)軸承耐磨程度要求高、制造成本高

主要有立式和臥式兩種。

動(dòng)葉輪外緣的線速度高達(dá)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速度（一般為150～400米/秒）。單個(gè)葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵要由十多個(gè)動(dòng)葉輪和靜葉輪組成。動(dòng)葉輪和靜葉輪交替排列。動(dòng)、靜葉輪幾何尺寸基本相同,但葉片傾斜角相反。每?jī)蓚€(gè)動(dòng)葉輪之間裝一個(gè)靜葉輪。靜葉輪外緣用環(huán)固定并使動(dòng)、靜葉輪間保持1毫米左右的間隙,動(dòng)葉輪可在靜葉輪間自由旋轉(zhuǎn)。

圖3為一個(gè)動(dòng)葉片的工作示意圖。在運(yùn)動(dòng)葉片兩側(cè)的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(cè)（圖3a），當(dāng)氣體分子到達(dá)A點(diǎn)附近時(shí)，在角度α1內(nèi)反射的氣體分子回到左側(cè)；在角度β1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側(cè)，另一部分穿過葉片到達(dá)右側(cè)；在角度γ1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過葉片到達(dá)右側(cè)。同理，在葉輪右側(cè)（圖3b），當(dāng)氣體分子入射到B點(diǎn)附近時(shí)，在α2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側(cè)；在β2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達(dá)左側(cè)，另一部分返回右側(cè)；在γ2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過葉片到達(dá)左側(cè)。傾斜葉片的運(yùn)動(dòng)使氣體分子從左側(cè)穿過葉片到達(dá)右側(cè)，比從右側(cè)穿過葉片到達(dá)左側(cè)的幾率大得多。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣體分子便不斷地由左側(cè)流向右側(cè)，從而產(chǎn)生抽氣作用。