真空泵-机械泵

真空获得技术—真空泵•真空泵的几个术语1.抽气速率：在泵的入口处，压强为P,单位时间内抽出的气体量为Q,抽速Sp=Q/P,单位：L/s2.有效抽气速率：真空泵与真空室之间通常有管道，管道存在压差，减小了泵的抽速。管道流导为U,有效抽速S=SpU/(Sp+U)3.起始压强：真空泵开始工作的允许压强，泵的工作原理决定。有些需要真空下开始工作，因此前级泵是必须的。4.极限真空度：没有漏气和内壁脱气条件下，真空泵所能达到的最低气压，工作介质决定了极限真空。如果平均自由程真空室尺寸⇒分子流分子的运动互相之间是独立的，分子与墙壁表面的碰撞速率决定真空泵的抽气速度。真空度如果平均自由程真空室尺寸⇒粘滞流分子运动互相影响分子与分子的碰撞决定抽气气流动力学，真空度真空获得技术—真空泵获得真空的方法：使用真空泵或者吸气剂，真空泵是获得真空的最重要工具。真空泵性能指标决定真空度高低。抽气速率的计算:通常情况下,真空泵的抽气量正比于真空室气压P,泵抽速S定义为：tδPVδP1SPStδPVδS单位：升/秒,ℓ/sQ=PS，因此分子数减少速率为：流量为：StPVtNPQddddatT=constPV=NRT,N是分子总数PVNatT=const通常稳态条件下，抽气管道中的流量是守恒的，即：Q=P1S1=P2S2pump25ℓ/spump1500ℓ/sP1P2P2=100P1pump500ℓ/sP1,P2连接管道，流导为：S1S221S1C1S1LD12C3D=直径,incmL=长度,incmC=流导,inℓ/s例子1D=15cmL=20cmC=2025ℓ/sS1=401ℓ/s例子2D=10cmL=20cmC=600ℓ/sS1=273ℓ/s真空泵昂贵.连接管便宜.分子流条件下C有管道的真空泵抽速：管道流导的计算：管道并联的流导21C1C1C1C=C1+C2管道串联的流导LD12C3D=直径,incmL=长度,incmC=流导,inℓ/sPav=管道内平均气压,intorr@分子流条件,D~5cm,Pmtorrav4PLD180C@粘滞流,PmtorrPavC@D~5cm,L=constviscousmolecularmtorrl=5cm@1mtorr管道流导的计算：pump2100ℓ/spump1500ℓ/sChamer1gasinlet,N21x10-3torrℓ/sconnectingtube1cminnerdiameter10cmlengthgasinlet,O21x10-4torrℓ/sChamer2估计:P(N2)inchamber1P(N2)inchamber2P(O2)inchamber1抽空时间计算：SPtPVddSVτePPPVStPt/τ-0dd抽气流量方程例子V=1000ℓS=500ℓ/st=2s每2.3t,气压降低10倍实际上,真空度from10-6torrto10-7torr，却需要比上述估计长得多的时间为什么？器壁表面脱气。因此腔体材料的选择十分重要，特别是高真空系统各类真空泵的抽速•真空泵的分类•抽气式1.旋片式真空泵2.扩散泵3.涡轮分子泵4.分子拖拽泵•吸气式1.冷凝泵2.离子泵3.升华泵常用真空泵的原理:机械泵:油旋片泵,罗茨泵干式叶片泵,辊对泵,隔膜泵扩散泵涡轮分子泵离子和升华泵冷凝泵抽速工作气压压缩比气体选择性旋片式机械泵MechanicalPump第一级:downto10-1torr第二级:downto10-3torrinlet密封,润滑返流⇒分子筛过滤油式干式(无油)密封不好寿命短污染Inletpressure:10-3torr~torr~atmheavyloadathighpressureOutletpressure:1atm~1.1atmlimitedbyoilvapor&airbackleak抽速大PinPout压缩比低~100Q@PPKnetinout净抽速Qnet=PinSfor-PoutSbackIfPoutishigh,Qnetcanbereducedto0此时Pout/Pin达到，因此K=Pout/Pin=Sfor/Sback罗茨泵压缩比定义：to机械泵对辊泵干式寿命短(5000hrs)抗腐蚀性低Inletpressure:10-3torr~torr~atmOutletpressure:1atm~1.1atm