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涡轮分子泵的结构和工作原理

  1958年，德意志联邦共和国的W. Baker首先提出了具有应用价值的涡轮分子泵，随后相继提出了各种不同结构的分子泵，主要是立式和卧式。 涡轮分子泵主要由泵体、带叶片的转子（即动叶轮）、静叶轮和驱动系统组成。 叶轮外缘的线速度与气体分子的热运动速度一样高（通常为150~400 m/s）。 单个叶轮的压缩比很小，涡轮分子泵由十多个动叶轮和静叶轮组成。 动叶轮和静叶轮交替布置。 动静叶轮的几何尺寸基本相同，但叶片的倾角相反。 图 2 显示了一个由 20 个移动叶轮组成的整体转子。 每两个动叶轮之间安装一个静叶轮。 静叶轮外缘用圆环固定，动叶轮与静叶轮之间保持1mm左右的间隙，动叶轮可以在静叶轮之间自由转动。

 
  动叶片两侧的气体分子呈弥散分布。 在叶轮的左侧（见下图3a），当气体分子到达A点附近时，以角度a1反射的气体分子返回左侧； 在角度 β1 反射的气体分子部分返回左侧，另一部分返回左侧。 向右穿过叶片：在角度 γ1 内反射的气体分子将直接穿过叶片向右。 同理，在叶轮右侧（见下图 3b），当气体分子在 B 点附近入射时，以 a2 角反射的气体分子将返回右侧； 在角度 β2 反射的气体分子将部分到达左侧，另一部分 A 部分返回右侧； 在 y2 角内反射的气体分子通过叶片向左移动。 倾斜叶片的运动导致气体分子从左到右通过叶片的频率比从右到左的频率要高得多。 叶轮不断旋转，气体分子时不时地从左向右流动，从而产生吸力作用。

分子泵性能和特点

  泵的排气压力与进气压力之比称为压缩比。 压缩比不仅与泵的级数和转速有关，还与气体的种类有关。 具有高分子量的气体具有高压缩比。 氮气（或空气）的压缩比为108～109； 氢气为 102 ~ 104； 对于油蒸气等分子量较大的气体，大于1010。泵的极限压力为10-9 Pa，工作压力范围为10-1～10-8 Pa，抽气量为数十～ 每秒数千升（1 升 = 10-3 立方米）。 涡轮分子泵必须工作在分子流动状态（气体分子均匀自由距离远大于导管截面最大尺寸的流动状态）才能显示其优越性，因此需要配备一个 工作压力1～10-2 Pa.级真空泵。 分子泵本身由中频电机直接驱动，转速为10,000至60,000 rpm。

  涡轮分子泵是利用高速旋转的叶轮将动量传递给气体分子，使气体沿一个方向流动而抽气的真空泵。
  涡轮分子泵的优点是启动快，耐各种射线的照射，耐大气冲击，无储气和解吸作用，无油蒸气污染或污染极少，可获得洁净的超高真空 . 涡轮分子泵广泛应用于需要高真空度的高能加速器、可控热核反应堆、重粒子加速器以及真空镀膜工艺等领域。

分子泵的优缺点

为了利用涡轮分子泵获得洁净真空，国外常采用干式机械泵作为其前级泵，形成无油真空系统。 但目前国内大部分涡轮分子泵都采用油封机械泵作为前级泵，构成油基真空系统。 如果操作不当，很难避免油蒸汽倒流和污染真空系统。 利用油路系统获得清洁真空，国内外已有一些有效的防止回流的措施和成功的运行经验。

当今使用的分子泵

今天，涡轮分子泵越来越多地用于现代半导体工业。 溅射、蚀刻、蒸发、注入、分子束外延和离子处理等设备都需要在真空环境中运行。 又如电子显微镜、表面分析仪器、残余气体分析仪和氦质谱检漏仪等，常使用涡轮分子泵抽真空。 此外，空间模拟设备、核聚变装置、太阳能集热管涂装生产线等也采用大型涡轮分子泵或低温泵替代油扩散泵系统，防止油蒸气污染。 因此，近十年来，国内外涡轮分子泵得到了显着的改进和发展。 在涡轮分子泵的应用日益增多的情况下，干式前级泵并没有得到广泛的推广和应用，有时不得不使用油封机械泵作为涡轮分子泵的前级泵。 因此，针对这种情况，涡轮分子泵的合理选择和正确运行显得非常重要。