安捷伦扩散泵培训资料

扩散泵
罗茨泵机组 离子泵 分子泵 真空阀门
5
安捷伦真空历史VARIAN, INC.- 56 YEARS OF HISTORY
在50年代，为了生产高质量真空管，瓦里安发明了离 子真空泵VacIon。
在1961 年Varian 取得了 ConFlat® Flanges的专利,成为一 种工业真空法兰的标准.
安捷伦扩散泵的特点 ——不锈钢成型喷射塔
(竞争对手） 铝质扩散塔
扩散塔材料：不锈钢 • 喷嘴间隙热变形小 • 高强度，不易变形 • 抽气性能稳定，经久耐用
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点 —— 分馏式喷射塔
没有分馏装置 的喷射塔(某竞 争对手）
只有扩散泵油中蒸汽压 最低的、最纯净的组分 才可以进入到中央的第 一级
Confidentiality Label May 20, 2014 34
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点—— 散热翅片
•
•
扩散泵炉底的散热翅片加大了 热交换的面积降低了炉底和泵 油间的温度梯度（降低了炉底 的温度）； 由于炉底温度低，所以延缓了 油的热裂解，延长了泵油寿命
Confidentiality Label May 20, 2014 36
DP 扩散泵
MP 机械泵
23
Confidentiality Label May 20, 2014 23
切换点：
在切换点附近, Q 并不取决于泵
真空室
Q Q
• 泄漏, 出气, 等… 当 Q系统 ≤ Qmax（扩散泵）时， 可以切换 • Q系统= P切换x SMP • 扩散泵没有固定的切换压力 • P切换= Qmax / SMP
第二章：安捷伦的扩散泵的特点 第三章：使用扩散泵的注意事项
Confidentiality Label May 20, 2014 8
扩散泵的历史
• 1915年，德国人Wolfgang Gaede发明了世界上第 一台扩散泵，当时的工作液为汞，称为汞蒸气扩散 泵。 • 优点：在高温下汞不会裂解 • 缺点：有毒，而且在常温下汞的饱和蒸汽压太高 • 1928年，出现了以油为工作液的油扩散泵
• 扩散泵的工作范围为10E-3 ~ 10E-9 Torr.
Confidentiality Label May 20, 2014 13
扩散泵的工作原理
气体分子
泵壁外的 水冷管
喷射塔的外壁
扩散泵的工作原理
热量从加热器传递到泵内； 工作液（扩散泵油）汽化并在喷射塔内 加压； 泵内的高压推动油分子从环状的喷嘴中 喷出； 油分子将气体分子俘获并强制其向斜下 方运动； 在冷却的泵壁上油分子冷凝； 如此连续几次的同样的过程，气体被压 缩并输送到排气口，并被前级泵抽走。
•降低空间中的蒸气密度
•也可以与冷媒的制冷机一起使用 •降低30~50%的抽速
扩散泵的工作原理
主要特征参数—— 扩散泵油的选择
• • • • • • • • •
常温下蒸汽压低 热稳定性好 化学性质稳定 无毒 高表面张力以尽量减少蠕动 高闪点和高燃点 常温下粘度适中 汽化热低 成本适中
安捷伦扩散泵的特点
扩散泵的缺点
•必须需要高真空阀门（相对于分子泵来说） •返油无可避免 •需要水冷（或风冷）
•必须垂直安装
•废油的处理会污染环境
Confidentiality Label May 20, 2014 12
扩散泵的工作原理
• 通过动量的传递来压缩气体 • 特别适合大抽气量的应用 Best 必须与低真空泵串联使 用； • 前级泵抽除其中99.99%的气 体 • 扩散泵负责清除其余的水蒸 气和空气；
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的喷射塔 1st Stage
油滴防护罩 分馏管 防暴沸挡板
在1998 年Varian获得了TriScroll™ 的专利
2013 年Agilent全新技术分子泵 涡旋拖动级 TwisTorr 阻尼悬浮轴承 Floating Suspension TwisTorr 304 FS , TwisTorr 84 FS
7
安捷伦真空技术--扩散泵
第一章：扩散泵的工作原理
扩散泵的工作原理
主要特征参数——最大前级耐压
•
最大前级耐压在0.5~1 Torr, 只有 当有前级泵或经过预抽的真空罐 把扩散泵的排气口压力维持在上 述真空度以下的情况下，扩散泵 才能正常工作。 当气载越高时，扩散泵的最大允 许前级压力就越低。当气载接近 扩散泵的最大抽气量时，扩散泵 的最大允许前级压力一般为0.5 Torr 扩散泵的最大前级耐压与喷射塔 的设计有关 当扩散泵的前级压力超过最大允 许前级压力时，扩散泵的抽气能 力将崩溃，并导致极大的返油量
P=
Qsy SDP
X
• 更大粗抽泵= 更低的切换压力P切换
因为 SDP >> SMP • 切换后，压力应会突然下降 • 否则 – 你已经超过了 Qmax !!!
MP 机械泵
DP 扩散泵
• 切换过早= 返油
24
Confidentiality Label May 20, 2014 24
扩散泵的工作原理
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点—— 油滴防护罩
•
• •
有效防止凝结的油滴在喷射塔的顶部蒸发；
有效防止油滴在扩散塔上碳化； 防止由上述蒸发而引起的返油，降低了返油量；
•
保持在高真空端的压力稳定；
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点—— 加热器
• •
管状加热器和挤压盘保证了最佳的热传 递，大大地延长了加热器和扩散泵油的 寿命； 多模块式的加热器使得加热均匀，避免 了因局部过热而造成的油的暴沸与裂解；
1. 2. 3. 4. 5. 不正确的开机/停机操作，如过早开启高真空阀 喷射塔位置不正确 气载超过了扩散泵的最大抽气量 前级压力超过了扩散泵的最大前级耐压 扩散泵油温过高或长时间过低
扩散泵的工作原理
主要特征参数—— 返油量
• • • 进气口压力低于 10-4 Torr: 返油量保持恒定（与压力无关） 进气口压力介于 10-3 & 10-4 Torr之间： 返油量随压力缓慢增加 进气口压力超过临界值(最大抽气量)：返油量随压力显著增加
•
•
当扩散泵的前级压力超过最大允 许前级压力时，扩散泵的抽气能 力将崩溃，并导致极大的返油量
• • 喷射级的能量和密度将不足以阻挡扩 散泵前级的气体返流 气体将沿着相反的方向流动，并携带 上大量的油蒸汽
• •
扩散泵的工作原理
主要特征参数——极限真空度

极限真空度：当气载=0的情况下的理论值； 一般说来，扩散泵可以很快进入10-6 Torr 量级, 然后则需要一定 时间的脱气过程以进入10-8 Torr，其需要时间的长短取决于多种 因素； 通过使用低温冷阱可以进入10-10 Torr 量级； 在接近极限真空度的情况下，由于气体成分的不确定性和真空计 的误差，所以在该范围内测量抽速没有意义； 每种不同的气体都有各自不同的抽速曲线和极限真空度 实际的空载极限压力受扩散泵油的蒸汽压、裂解程度、和系统中 水蒸气的残留量有关
主要特征参数—— 返油量
•
• •
返油: “工作液向泵口以外的方向的迁移”
将导致扩散泵油对系统的污染和扩散泵油的损失 返油量: 在稳定状态下在进气口平面上收集到的返油量 (mg/cm2/min)
•
•
扩散泵制造商在产品手册上标注的返油量是在进气口没有任何挡油装置的情 况下的返油量
引起非正常返油的常见原因：
极限压力

10-9
进气口压力 (Torr)
10--3
10--1
体积流量（升/秒） 扩散泵的抽速与进气口面积大约成正比 对不同的气体抽速不尽相同
扩散泵的工作原理
主要特征参数——最大抽气量
• • • • •
最大抽气量应该是用来选择扩散泵 的一个重要参数 最大抽气量决定了扩散泵正常工作 的上限压力 与输入功率成正比 一般来说，1千瓦的输入功率可以用 来获得1.2-1.5 Torr-l/s抽气量 对于频繁反复抽空以及大流量的高 真空应用，在选择扩散泵的型号时 应着重考虑最大抽气量
扩散泵的工作原理
扩散泵的结构
扩散泵的工作原理
主要特征参数
• • 抽速 最大抽气量
•
• •
最大前级耐压
极限真空度 高真空阀的开启压力和前级泵的选择Байду номын сангаас
•
•
返油量
泵油的选择
扩散泵的工作原理
主要特征参数——抽速
1 2 3 4
抽速(空气)
抽气量Q最大
1. 受压缩比的限制 2. 抽速恒定 3. 抽气量恒定（过载） 4. 粗抽泵组的工作范围
在1965 年Varian (M.H. Hablanian)取得了全新的扩散泵专 利,使其达到顶级的抽速性能.
在1972年, Varian引入了逆流概念, Contra-Flow™, 带来了检漏仪技术的革命性变化
6
安捷伦真空历史VARIAN, INC.- 56 YEARS OF HISTORY
在 1992 年Varian在分子泵领域取得了 复合泵 MacroTorr的专利


同样的扩散泵，根据不同的测量标准测 量抽速，测量结果差距很大！！！
扩散泵的工作原理
主要特征参数——切换点和前级泵的选择
QI
PI
切换点: 从前级泵切换到扩散泵的压力点
PO

取决于气量，而不是真空度
SD QO
其中: Qo = QI

系统的总气载 (Q) 应低于扩散 泵的最大抽气量 (Q)
扩散泵的前级压力不能超过其 最大前级耐压
安捷伦真空技术
扩散泵
朱建荣 安捷伦科技 真空产品事业部 中国南方区销售经理
Confidentiality Label May 20, 2014 1
The World’s Premier Measurement Company
前身为惠普科技公司HP 2012财年销售收入74亿美元，大中华区销售额13亿美元 全球20,500名雇员，中国近3000雇员
传承70年发明和创新的文化和历史
Agilent Profile
安捷伦中国概况
北京
全球五大实验室之一
14个城市设有21家办事机构
在华员工近三千名 拥有300人的研发团队
全球应用软件最大的开 发中心
安捷伦在华机构
安捷伦科技（中国）投资有限公司 安捷伦科技（中国）有限公司
安捷伦科技（上海）有限公司
安捷伦科技软件有限公司 安捷伦科技贸易（上海）有限公司 安捷伦科技（成都）有限公司
102
返油量 扩散泵工作范围
前级泵工作范围
10
1 10-5 10-4 10-3
进气口压强(TORR)
10-2
10-1
1
扩散泵的工作原理
水冷/低温挡板
水冷挡板
•不透光的障板 •抑制可冷凝蒸汽从扩散泵进入真空室，和抑制冷凝 物的再挥发
液氮低温冷阱
• • • • • 不透光的障板 抑制可冷凝蒸汽进入真空室，和抑制冷凝 物的再挥发 降低空间中的蒸气密度 对于可冷凝气体来说相当于一台低温泵， 提高极限真空度 降低30~50%的抽速
研发、生产和营销三位一 体打造“中国创造”
成都
上海
化学分析与生命科学 全球研发基地之一 全球战略生产基地之 全球物流中心之一
3
安捷伦全球真空产品制造中心
美国Lexington制造中心
意大利米兰制造中心
意大利Torino制造中心
马来西亚槟城制造中心
4
VS检漏仪
旋片泵
PHD-4
真空测量
涡旋式干泵
涡旋式干泵
扩散泵的工作范围
Confidentiality Label May 20, 2014 10
扩散泵的优点
•可以提供很高抽气量，可以抽除大量的气体； •抽速大；仅仅需要极少的维护； •非常可靠、耐用； •即使操作不当，也不会给泵本身带来损害 •可以有效地抽除各种气体 •初期成本低
Confidentiality Label May 20, 2014 11

Po = 最大前级允许压力
PI = 进气口压强 Sm = 前级泵的抽速
SM
切换点：
在切换点附近, Q 并不取决于泵
真空室
Q Q
• 泄漏, 出气, 等因素… 当 Q系统 ≤ Qmax（扩散泵）时， 可以切换 • Q系统= P切换x SMP
P= S mp
X
Qsy
• P切换= Qmax / SMP
• 扩散泵没有固定的切换压力 • 更大粗抽泵= 更低的切换压力P切换
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点—— 前级管道的设计
• •
前级管道的水冷挡板确保油蒸汽的充分冷凝，减少扩散泵油的消耗 前级管道的中间部分没有水冷，以保证冷凝下来的油在流回泵内之前 仍保持较高的温度
安捷伦扩散泵的特点
安捷伦扩散泵的特点—— Ejector级喷嘴
• Ejector 级喷嘴提高了扩 散泵的最大前级耐压 • Ejector 及喷嘴阻止气体 返回扩散泵内，从而提高 了扩散泵自身的极限真空 度