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渦輪分子泵工作原理

渦輪分子泵工作原理

發布日期:2019-01-25 作者: 點擊:

    包括转子和定子叶片排列的泵送作用是基于将脉冲从快速旋 转的叶片传输给被泵送的气体分子。与叶片碰撞的分子被吸 附在叶片上,然后在一段时间后再次离开叶片。在该过程 中,叶片速度被加到热分子速度上。为确保由叶片传输的速 度成分不因与其他分子碰撞而损失,分子流必须在泵中占主 导地位,即:平均自由程必须大于叶片间距。

渦輪分子泵.png

    在动能泵的情况下,在泵送气体时出现反压力;这导致回 流。抽速以 $S_0$表示。体积流量随压力增加而减少,并在最大 压缩比 $K_0$ 时达到 0 值。


    以 $K_0$ 表示的压缩比可根据 Gaede 进行估计 [25]。以下适用 于外观密实的叶片结构(图 4.22):


    [K_0=mbox{exp}left( frac{1}{g} cdot frac{1}{mbox{sin} alpha} cdot frac{v}{bar{c}} right)]


    公式 4-8: 渦輪分子泵的压缩比


    $bar{c}$平均分子速度[m · s-1]


    $v$圆周速度[m · s-1]


    几何比率取自 图 4.22。系数 $g$ 在1 和 3 之间 [26]。从方 程中明显可以看出,$K_0$ 随叶片速度 $v$ 以及 $sqrt{M}$ 以指数方式增加,因为


    $bar{c}=sqrt{frac{8 cdot R cdot T}{pi cdot M}}$ (公式 1-10)


    因此,例如,氮的压缩比明显高于氢的压缩比。


    体积流量(抽速)


    抽速 $S_0$ 与入口面积 $A$ 和叶片的平均圆周速度 $v$, (即转速) 成正比。考虑到叶片角度 $alpha$,结果:


    [S_0=frac{1}{2} cdot A cdot v cdot mbox{sin} alpha cdot mbox{cos} alpha = frac{1}{4} cdot A cdot v cdot mbox{sin}2 alpha]


    公式 4-9: 渦輪分子泵的抽速


    考虑到法兰入口电导


    $C_{Ef}=frac{bar{c}}{4} cdot A$ (公式 1-24)


    以及最佳叶片角度为 45°,根据以下 公式,得出重型气体( 分子重量 > 20)渦輪分子泵近似有效抽速 Seff:


    [S_{eff}=frac{S_0 cdot L_{Ef}}{S_0+L_{Ef}}=frac{A cdot v}{4 cdot left(frac{v}{bar{c}}+1right)}]


    公式 4-10: 渦輪分子泵的有效抽速


    用有效抽速除以最上层圆盘有叶片的入口表面积并考虑叶片 厚度堵塞的面积与系数 $d_f approx$ 0.9,得出使用氮的渦輪分子泵的 具体抽速,例如(图 4.23中的曲线):


    [S_A=frac{S_{eff}}{A}=frac{d_f cdot v}{4 cdot left(frac{v}{bar{c}}+1right)}]


    公式 4-11: 具体抽速


    在 图 4.23 中,Y 轴上绘制的是具体抽速,以 l · s-1 · cm-2 为单位,X 轴上绘制的是平均叶片速度 $v=pi cdot f cdot (R_a+R_i)$ 。从该点垂直向上移动,与曲线交叉点显示的是泵的最大具体抽速 $S_A$。 用该值乘以入口盘有叶片的表面积: $A=(R_a^2 - R_i^2) cdot pi$,求出泵的抽速,并把它与目录信息进行比


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關鍵詞:渦輪分子泵

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