机械、扩散、分子泵工作原理

油扩散泵工作原理
油扩散泵主要由泵体、扩散喷嘴、蒸气导管、油锅、加热器、扩散器、冷却系统和喷射喷嘴等部分组成（见图）。

当油扩散泵用前级泵预抽到低于1帕真空时,油锅可开始加热。

沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸气分子碰撞。

气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动。

到前级，油蒸气被冷凝，释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。

泵油的蒸气压直接影响泵的真空性能。

但油扩散泵所使用的任何泵油，都是蒸气压不同的多组分的混合物。

因此，要提高油扩散泵的抽气和真空性能，泵在工作中自身还要对泵油进行分馏（一、物质的分离和提纯基本原理
混合物的分离是指用物理、化学方法将混合物中各组分分开，并恢复到原状态，得到比较纯的物质。

物质的提纯则只要将杂质除去即可。

物质提纯的原则为：不增（不引入新的杂质）、不变、易分离。

实验操作要简便，不能繁杂。

用化学方法除去溶液中的杂质时，要想把被分离的物质或离子尽可能除净，需要加入过量的分离试剂，在多步分离过程中，后加的试剂应能够把前面所加入的无关物质或离子除去。

二、常用的分离和提纯方法
1.过滤过滤是除去溶液中混有不溶于溶剂的杂质的方法。

过滤时应注意：
（1）一贴：将滤纸折叠好放入漏斗，加少量蒸馏水润湿，使滤纸紧贴漏斗内壁。

（2）二低：滤纸边缘应略低于漏斗边缘，加入漏斗中液体的液面应略低于滤纸的边缘。

（3）三靠：向漏斗中倾倒液体时，烧杯的夹嘴应与玻璃棒接触；玻璃棒的底端应和漏斗中有三层滤纸处轻轻接触；漏斗颈的末端应与接受器的内壁相接触，例如用过滤法除去粗食盐中少量的泥沙。

2.蒸发和结晶蒸发是将溶剂气化、使溶液浓缩从而使溶质析出的方法。

结晶是溶质从溶液中析出晶体的过程，可以用来分离和提纯几种可溶性固体的混合物。

加热蒸发皿使溶液蒸发时，要用玻璃棒不断搅拌溶液，防止由于局部温度过高，造成液滴飞溅。

当蒸发皿中出现较多的固体时，即停止加热。

结晶的原理是根据混合物中各成分在某种溶剂里的溶解度的不同，通过蒸发减少溶剂或降低温度使溶解度变小，从而使晶体析出。

例如用结晶的方法将NaCl和KNO3分离。

3.蒸馏蒸馏是提纯或分离沸点不同的液体混合物的方法。

用蒸馏原理进行多种混合液体的分离，叫分馏。

例如将石油蒸馏可以得到煤油、汽油、柴油等等。

4.分液和萃取分液是把两种互不相溶、密度也不相同的液体分离开的方法。

萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。

萃取和分液经常一起使用来分离物质。

选择的萃取剂应符合下列要求：（1）和原溶液中的溶剂互不相溶；
（2）对溶质的溶解度要远大于原溶剂；
（3）溶剂易挥发。

在萃取和分液过程中要注意：
（1）将要萃取的溶液和萃取溶剂依次从上口倒入分液漏斗，其量不能超过漏斗容积的2/3，塞好塞子进行振荡。

（2）振荡时右手捏住漏斗上口的颈部，并用食指根部压紧塞子，以左手握住旋塞，同时用手指控制活塞，将漏斗倒转过来用力振荡。

（3）然后将分液漏斗静置，待液体分层后进行分液，分液时下层液体从漏斗下口放出，上层液体从上口倒出。

三、常见的分离方法选择
1.对于固体与固体的混合物：
（1）杂质易分解、易升华时，用加热法，如碳酸钠中混有NaHCO3；
（2）一种易溶，一种难溶，用过滤法，如NaCl中混有泥沙；
（3）二者均易溶，但其溶解度随温度的影响不同，用结晶法，如NaCl中混有KNO3。

2.液体与液体的混合物：
（1）沸点相差较大时，用蒸馏法，如酒精与水的分离；
（2）互不混溶时，用分液法，如四氯化碳与水的混合物的分离；
（3）在互不相溶溶剂中的溶解度不同时，用萃取法，如用CCl4萃取碘水中的碘。

3.气体与气体的混合物：洗气吸收法。

四、常见物质分离、提纯范例
1.物理方法的范例
（1）溶解、过滤法
MnO2与KCl的分离：采用溶解过滤法。

除去炭粉中杂质氧化铜或铜粉中锌杂质，采用盐酸溶解、过滤法除杂。

（2）加热灼烧法
氧化铜中混有炭粉，二氧化锰中混有炭粉采用在空气中加热灼烧法除杂。

（3）溶解、结晶法
例如，分离氯化钠和硝酸钾可根据两种物质的含量不同分别采用蒸发结晶法或降温结晶法。

2.化学方法的范例
（1）生成气体法：如除去氯化钠中碳酸钠杂质，加适量盐酸。

（2）生成沉淀法：如除去氯化钠溶液中氯化钙杂质，加适量的碳酸钠溶液。

（3）还原法：如铜粉中有氧化铜杂质：在加热条件下通入足量氢气或一氧化碳。

（4）正盐酸式盐转化法：例如，碳酸钠溶液中含有碳酸氢钠杂质，向溶液中加入适量的氢氧化钠,NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O；碳酸氢钠溶液中含有少量碳酸钠杂质：向溶液中通入过量二氧化碳，Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3。

（5）洗气法：除去下列气体中的杂质，括号中为杂质：
CO(CO2)：碱溶液；H2(HCl)：水或碱溶液；CO2(HCl)：饱和碳酸氢钠溶液；SO2(HCl)：饱和亚硫酸氢钠溶液。

（6）加热法：除去氮气中氧气：通过炽热铜网；除去二氧化碳中CO，通过炽热氧化铜粉末。

（7）干燥法：常见干燥剂有氯化钙、碱石灰、生石灰和浓硫酸。

一般最后一步除去水蒸气。

在实际应用中往往分离或提纯一种物质要用到多种方法：例如，粗盐中含有Ca2+ 、 Mg2+ 、SO42-等杂质，提纯方法：溶解、依次加入过量氯化钡溶液、过量氢氧化钠溶液、过量碳酸钠溶液、过量盐酸溶液，蒸发得到氯化钠纯净物。

再如，空气中含有二氧化碳、氧气依次通过氢氧化钠、炽热铜网最后得到氮气和稀有气体等。

）和净化。

分馏目的是使高蒸气压组分的油不进入高真空工作喷嘴（高真空端的喷嘴）；净化目的是使高蒸气压组分的油在工作过程中不断为前级泵所抽除，使油逐渐趋于纯净.
泵油分馏主要是利用泵油各组分的蒸发温度不同，使它们分别在不同的锅炉面积上蒸发。

当工作后冷凝回流的泵油流到有保温罩部分的泵壁时，油即得到预加热，随即流到油锅周边,经锅底环形加热器加热,轻馏分的油达到蒸发温度便在外层蒸发而进入低真空工作喷嘴 (靠近前级泵的喷嘴);未能蒸发的某些轻馏分油也因比重较其他馏分油小而浮到油面上。

由于外层蒸气导管的限制，这部分馏分蒸发后仍进入低真空工作喷嘴。

重馏分的油在外层蒸气导管中因未达到蒸发温度而未蒸发，遂从外层由锅底间的缝隙流到油锅中心蒸发，进入高真空工作喷嘴。

轻、重馏分的油蒸气这样分道供给低真空工作喷嘴和高真空工作喷嘴这一过程谓之分馏。

从喷射喷嘴喷出的油蒸气在前级得不到充分的冷却，蒸气中的轻馏分即未能完全冷凝而被前级泵抽除。

如此循环工作，泵油中的轻馏分便越来越少，重馏分的比例则越来越大，泵油便逐渐趋于纯净。

这一过程谓之净化。

泵油的分馏和净化，对提高泵的极限真空有重要作用。

扩散泵工作原理 (转帖)(2009-06-20 23:13:10)
标签：扩散泵内腔聚苯醚真空泵教育
来源：天涯问答/wenda/thread?tid=7d674b585a9f267b
作者：浙江过客
在地球大气层任何地方造成真空要抽掉组成大气层的分子(主要为氮、氧、二氧化碳,以及常见的约150种污染物).分子的抽取一直要持续到获得预期基本的真空水平。

抽取的过程在此后通常会继续以保持需要的真空水平进行工作。

这项工作可能涉及电子显微镜、气相色谱－质谱(GC-MS)、表面分析、分子束系统、先进的材料焊接、大型真空炉，甚至模拟太空环境.
最常见的一种用于高真空应用的是油扩散真空泵(或者更正确地说、蒸气喷射泵)。

油扩散真空泵是最早、最可靠的途径，在25°C能创造10-10Torr真空或更低。

扩散泵的首次设计要追溯到1915年，发明者是Irving Langmuir。

原来是用水银扩散泵液，可以承受的温度提高了，但缺点是有毒。

喷射泵的设计经过多年的改进和合成液体的进步使得更高程度的真空能够实现。

虽然测量气压的单位众多，但Torr(陶而)却是最常用的。

在海平面正常的大气压下，无液气压计的水银柱高29.92英寸，29.92英寸等于760毫米水银或760Torr。

为了测量很高的真空下极低的压力,也可使用微米(1000微米为1毫米)作单位，因此，真空扩散泵实现了10-3Torr真空也可以说已经到了1微米的真空。

10-3Torr真空虽已大量抽取出大气分子，但实际上在这一水平上真空扩散泵刚开始运作。

因为油扩散真空泵开始工作，内腔不能有完全的大气压。

相反,一个辅助低真空机械泵(或前置真空泵)能够少量的抽压，它首先使油扩散真空泵内腔压力减至约10-3Torr。

在此时, 油扩散真空泵开始工作使真空水平保持在10-3和10-10Torr之间。

由于真空扩散泵不能直接自排气压，机械辅助泵的使用能维持适当的排压条件。

虽然在某些应用场合，他们已经被一些更先进设计的产品替代，例如低温泵或离子泵，但真空扩散泵仍受青睐。

因为他们有几个好处: 他们有可靠的而简单的设计，运行无噪音振动，相对低廉的操作和维修。

事实上，扩散泵仍然是最廉价的制造高真空环境的手段。

这些泵也容许存在超过作业条件的活性粒子和气体。

而这对其他类型的高真空泵则有很大的破坏作用。

体积上，最小的只稍大于一个咖啡杯。

最大的直径近一米，高两米。

油扩散真空泵，采用不锈钢内腔并含有纵向叠加的锥形喷射口的内室。

通常有三个喷射口内室其大小逐个减小, 最大的在底部。

在内腔的底部是一滩特殊的低蒸汽压油。

油由内腔底部下设的电加热器加热煮沸，气化的油油向上移，从各个内室的喷射口排出来。

而水通过在内腔外壁的循环使内腔降温，从而避免热量外溢并维持其长时间的运转。

之所以称它为扩散泵的唯一理由是，根据观察抽取气体的分子渗透进蒸汽喷口的方式类似于一种气体扩散到另一种气体里。

( "来源HablanianMH,高真空技术第二版207页" )。

从相当大直径的喷射口出来，高能油滴以时速750英里每小时的速度在内室和内腔壁之间向下落去。

这些油滴已达到了超音速，但却没有音爆，主要因为部分真空状态下分子间隔太大以至于不能传导声能。

蒸汽喷口的捕捉率取决于他的密度，速率和分子量。

高速喷口与在碰巧进入其内部的气体分子发生碰撞是由于气体分子的热运动。

这通常会给分子以向下的动力使它们能从泵的排气口排出从而达到更高的真空水平。

在内腔底部，积淀下来的大气气体分子被辅助泵消除，同时积淀下来的油则开始又一轮的循环。

分子清除的作用是创造一个上层部分高真空的内腔。

而这一部分的高真空正是应用中所需要的—比如，用于电子显微镜。

为阻止热量外溢，在内腔外壁会有水从旋管中流动来降温。

在油被蒸发的内腔底部温度大约处于190°C到280°C之间。

油有几种，分别由硅氧烷、碳氢化合物、酯、全氟化物，聚苯醚制成。

聚苯醚(Santovac® 5)液或油在25多年来一直是全球的标准，它兼具高分子量，低反应活性和优良的蒸汽力等优点。

泵液的选择标准包括室温下的低蒸汽压力，低毒性，化学惰性还有蒸发的热量和成本。

所有的油在大气压下都要有更高的沸点。

分子量小的油倾向于在温度范围的低端达到沸点，而分子量大的聚苯醚（446）则要到230°C和270°C之间才会沸腾。

这已接近温度范围的高端。

当温度开始上升时真空内腔的自动开关会关闭泵。

因此，在使用聚苯醚的情况下，若开关温度指示器仍是为轻质油设置在低温，那内腔就会自动关闭。

各种油也有各种不同的热分解温度—油分子在这一温度时会分解并，并与任何存有的氧气分子结合。

对于泵的运转来说，油的沸点并不特别重要，但是热分解很重要。

低沸点的油的热分解温度相应也较低。

由于内腔本身除了油滴外，没有移动的部分，因此真空扩散泵能够长期稳定运行。

在各种扩散泵中，少量的回流会发生。

顾名思义,所谓回流就是少量的油会向相反的方向移动，移向泵的入口处进入进程流--电子显微镜和焊接室操作的某个阶段。

在一些应用中，回流的发生并无影响。

可是在对物质纯度要求苛刻的条件下，它的发生是不容许的。

有鉴于此，一些系统会附加一个液氮低温冷阱，在油粒进入进程流之前将其清除。

但多数时候使用聚苯醚就可以了，因为它的高纯度本身即可最大程度地减少回流。

但对某些敏感场合，这种方法也不能彻底进行保护。

这就是为什么半导体制造商早在几年前就放弃真空扩散泵而转用更加昂贵的低温泵和汽轮式分子泵的原因。

由于油扩散真空泵的目的是通过清除分子来创造一个真空，所以在运作时腔内壁必须要保持清洁。

建议技术员在操作时戴上手套，因为甚至是一个指印也可能会要求除去水蒸气和其他分子。

有时油扩散真空泵在抽真空以降至理想水平时比平常缓慢，原因可能是内壁塑料表面在除湿，或是有其它挥发性物质或是泄露。

而这都会增加泵需要抽取的空气中的分子。

在对泵分拆进行例行维护清理时，最后一定要用干燥的氮来净化。

扩散泵内腔不是特别难以分拆，但故障超出日常维修范围时工作可能很困难。

最坏的情况是发生大量的氧气渗入和热量升高致使油分解或变质。

一般这会发生在辅助泵失灵或气缸门坏了时，或当制冷系统不能正常工作时。

高温和高压的共同作用会使油烧焦。

而产生的胶状物是很难清理的。

但究竟会发生什么有赖于油的品种及其发生分解的温度。

非硅树脂烃类油的分解物最难清理。

残留物很象焦油并且很粘。

在尽可能去除污垢之后，维护人员可以用砂布清理接着再进行广泛仔细的液滴爆破（类似于沙子爆破，但对表面的损害更小，特别是对脆弱的铝制喷射内室来说）。

最后，可用酒精，其他溶剂，肥皂水和除电离子水清理。

硅树脂制成的油类的残留物较易于去除。

而含有全氟化物的油类却会分解形成氟化合物，这种物质极具毒性并对铝制的喷射内室造成很大伤害。

最少污染和破坏性的是聚苯醚，部分原因是它只会在很高温度下分解(350°Cvs300°C), 即使是分解产生的也是无毒的分子比如水和二氧化碳。

但它的分解通常很难发生。

在被用于一次特制材料的焊接后，它是如此持久以至于还能被保留下来用于另一台来替换的扩散泵。

扩散泵的结构示意图和工作原理
2009-02-27 19:33
当扩散泵油被电炉加热时，产生油蒸气沿着导流管经伞形喷嘴向下喷出。

因喷嘴外面有机械泵提供的真空（Pa），故油蒸气流可喷出一长段距离，构成一个向出气口方向运动的射流。

射流最后碰上由冷
却水冷却的泵壁凝结为液体流回蒸发器，即靠油的蒸发喷射凝结重复循环来实现抽气。

由进气口进入泵内的气体分子一旦落入蒸气流中便获得向下运动的动量向下飞去。

由于射流具有高流速（约200m/s），高的蒸气密度，且扩散泵油分子量大（300～500），故能有效地带走气体分子。

气体分子被带往出口处再由机械泵抽走。

扩散泵与机械泵的工作原理
admin 发表于: 2008-5-28 23:41 来源: 机械企业网
机械泵概念很广，凡是由于真空泵内结构部件机械运动产生真空的都叫机械泵，下面我就比较
具有代表性的油封机械真空泵即旋片真空泵的原理介绍下：
2X系列真空泵为双级结构。

带有旋片泵的转子偏心地安装在圆筒形的定子中，当转子高速旋转时，装在转
子槽中自由活动的旋片由于离心力和弹簧力的作用强力地被向外推出，以它的顶部和定子内壁贴紧。

这样
定子上的进出口被它们隔开。

被它们所围的通向进口的一部分容积随着转子旋转而逐渐地并且周期地扩大，
同时通向出口的一部分容积也逐渐地并且周期地减少。

这样空气或混合气体首先被高真空级进口吸入，然
后被压缩，通过它的排气阀排出。

在工作过程中当排气压强不足以推开排气阀时，高真空级被压缩的气体
只能进一步被转送到第二级，并且最后经过第二级排气阀而被排到大气中去，这样在泵的吸入口端就获得
真空。

排气阀都浸在油中，油在泵中循环流动起润滑和密封作用。

泵装有气镇阀，当被抽气体中含有少量水蒸气时，开启气镇阀向泵的排气腔注入空气，蒸汽可以和空气一
起排出，而不致在泵中凝结成水以防止油被凝结的水乳化，从而延长泵油的使用寿命。

该泵是用来对密封容器抽除气体获得高真空的基本设备，可单独使用，也可作为前级泵。

可用于真空冶炼、
真空焊接、真空浇铸、真空干燥以及化工制药，电真空器件等工业的真空作业。

可在环境温度5oC-40oC范围内和进口压强小于1330pa的条件下，允许长时期连续工作。

不适用于抽除含氧过高的、有毒的、有爆炸性的，对金属有腐蚀作用的、对泵油起化学反应的，以及含有
颗粒尘埃的气体，也不适于把气体从一个容器输送到另一个容器作输送泵用。

在6650pa到大气压的进口压强下的连续工作时间，不得超过3min以免喷油或润滑不良引起泵损。

该系列真空泵可单独使用，亦可作为增压泵、扩散泵、分子泵及钛泵的前级泵使用，没有气镇阀时，可抽送适量的可凝性气体、湿空气或气水混合气体，但介质中不能含有颗粒状固体物质。

型号：2X-2/2X-4/2X-8/2X-15/2X-30/2X-70
极限分压强(Pa)：≤6×10-2
极限全压强(Pa)：≤1
抽气速率(L/s)：2-70
电机功率(kW)：0.37---5.5
叶片泵的工作原理及结构
发布时间：2008-9-27 10:01:59 被阅览数：919 次来源：转
文字〖大中小〗
（一）双叶片泵的工作原理
1.定子(内腔型线):
1）两段长半径圆弧
2）两段短半径圆弧
3）四段过渡曲线
2.转子:
有若干叶槽，内有叶片。

旋转时，叶片受离心力及液压力作用下，外顶定子内壁，并在槽内往复滑动。

3.配油盘:
在定子和转子两侧，盘上有两对吸、排口，在定子、转子、叶片和配油盘之间形成若干个工作空间。

叶片由短转向长半径时,叶片间V增大，P降低，经配油盘吸油。

叶片由长向短半径时,叶片间V减小，经配油盘的排出口排油。

当叶片位于密封区时,正好将吸、排口隔开，叶片间V不变，没有困油问题。

转子转一周，每工作V都吸、排两次（双作用泵）。

（二）单作用叶片泵的工作原理
定子内腔型线是圆，转子轴与定子偏心。

逆时针回转时，工作V右半转增大，左半转V 减小。

从两侧配油盘的吸、排口吸排油。

两相邻叶片转到吸、排油口间的密封区时，所接触定子曲线不是与转子同心的圆弧。

密封区的圆心角略大于相邻叶片所占圆心角。

叶间工作V 先略有增大，然后略有缩小，会产生困油现象，但不太严重。

通过在排出口边缘开三角形卸荷槽的方法即可解决。

定子、转子和轴承受径向力作用，属非卸荷式叶片泵。

工作P不宜太高，Q的均匀性也比双作用差。

移动定子可改变偏心的方向及大小，可做成n恒定而Q可变的双向或单向的无级变量泵。

其中用得较多的是限压式变量叶片泵。

（三）内反馈限压式变量叶片泵
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2008-8-29 13:38
作用力Fx
配油盘中线相对于定子中线顺转向偏转了θ角。

排油p对定子的作用力F便在定子中线方向产生分力Fx。

当Fx小于补偿器弹簧预紧力时:
1）定子与转子的偏心距保持最大值
2）泵的Q随排出p增加而稍有降低，如特性曲线中AB段所示
当排压大于PB时，Fx增大使定子向减小e的向移动，泵的Q即随排压增加而迅速降低。

当升到Pc时，e减小，Qt=漏泄量，则Q=0，有Pmax。

调节螺钉6和3，增大弹簧预紧力，PB, Pc 增大，特性曲线BC段右移。

弹簧刚度越小，则BC段越陡，Pc 与PB, 越接近。

螺钉3可变泵的最大e，而改变Qmax，AB段就上下平移。

内反馈限压式变量泵只能单向变量。

（四）叶片泵的结构
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2008-8-29 13:38
图2—19示出典型的双作用叶片泵的结构。

定子和左、右配油盘装在泵体中，用圆柱销定位，右配油盘背后的槽e通排油腔，转子通过花键带动，传动轴由滚针轴承和球轴承支承。

下面介绍双作用叶片泵结构的主要部分：
定子过渡曲线必须设计成使叶片在叶槽中移动速度的变化尽可能小，以免产生太大的惯性力，导致叶片与定子的脱离或冲击。

为使叶片在吸入区能贴紧定子，双作用叶片泵一般使叶片底部与排出油腔相通，配油盘端面环槽C有小孔与排出腔相通
单作用叶片泵由于叶片在转过吸入区时向外伸出的加速度较小，单靠离心力即足以保证叶片贴紧定子。

双作用泵的叶片数Z应取偶数，保证转子径向力平衡。

配油盘：
1.吸入口流速不能太高，否则，流动阻力太大，在吸油时就可能产生气穴现象。

2.右盘通排油腔。

左盘的对应位置上也开有不通的排口(盲孔)，(c)，使叶片两侧受力平衡。

3.盘上密封区的圆心角ε必须> = 两叶片之间的圆心角2p/Z，(d)，否则会使吸、排口沟通
4.而定子圆弧段的圆心角应大于或等于ε，以免产生困油现象。

5.盘上三角节流槽，使相邻叶片间的工作空间在从密封区转入排出区时，能逐渐地与排出口相沟通，以免P 骤增，造成液击和噪声，并引起瞬时流量的脉动。

涡轮分子泵的结构和工作原理
学习 2009-09-08 22:12 阅读105 评论0
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来源:真空技术网日期:2009-6-8 访问: 208
利用高速旋转的动叶轮将动量传给气体分子，使气体产生定向流动而抽气的真空泵。

涡轮分子泵的优点是启动快，能抗各种射线的照射，耐大气冲击，无气体存储和解吸效应，无油蒸气污染或污染很少，能获得清洁的超高真空。

涡轮分子泵广泛用于高能加速器、可控热核反应装置、重粒子加速器和高级电子器件制造等方面。