优选第三章材料合成条件与优化

2.3.2.2 旋片式机械泵
它是一种使用机械转子使抽气空间不断 膨胀，从而获得低气压的真空泵。工作 的起始压强为大气，极限真空可达 1.33×10-2Pa。
（1）旋片式机械泵的结构
如图2.3所示，旋片式机械泵主要由泵腔、转子、旋片、 排气阀、进气口等几部分组成，这些部件全部浸在泵壳 所盛的机械泵油中，以保持体系的密封和润滑。
（3）使用注意事项
必须充分做好清洁处理工作(金属泵用乙醇、丙酮，玻璃 泵用洗液、水洗及有机溶剂去油)。烘干，否则将大大影 响极限真空。
泵油加入量应遵守规定用量，以浸没导流管的小孔为宜。 使用时，必须先开前级泵，等真空上升到13.3Pa且不漏气
(可用火花检漏器检测)时，方可通冷却水，再开加热电源， 反之，停泵时，应先关加热电源，待油冷却到50℃以下 时，才能关闭冷却水，停止前级泵。 扩散泵工作时，切勿漏入大气，否则泵油将严重氧化裂 化。
极限真空受下列条件限制
由于泵的结构上存在有害空间，有害空间的气体无法排 出泵外，必然被旋片压到进气口一边，使它重新返回被 抽容器。改进结构减小有害空间只可以减小其影响，但 不能完全消除它。
排气空间和吸气空间存在着一定的压强差，气体会通过 各滑动间隙返流到吸气空间。
泵油在排气空间、吸气空间和大气空间循环，在大气和 排气空间，泵油中溶解了大量气体，在吸气空间由于压 强较低而释放出来。
可以进行简单的计算，如果被抽容器的体积为y，压强为 p被0，抽旋容片器的转压动强半降周低第为一：次形成的吸气空间体积为△v，则
吸气空间第一次膨胀后，压强降低到 ： 几次膨胀后压强降低到 ： 转子的转速为定值m(通常为200-450r/minj膨胀次数与时
间t成正比。则n=mt，经过一段时间后，被抽容器的压强 降低到 ： 由并不式能(2.无11)限可制知地，提t增高至被很抽大容时器，的p真t将空趋度近，于而0。是但获机得械具泵有 一定极限压强(pt)的真空，即极限真空。
在靠近排气孔处的泵腔壁上开一个小孔，在排气空间尚未开始压缩 时，适量的空气可通过小孔渗入泵内，大大提高了气体蒸气混合物 的气体分压。这样，压缩空气开始压缩后，在较小的压缩比上(例如 10:1)，混合气体的压强就已超过常压，于是在蒸气尚未凝结以前就 顶开阀片排出泵外。
由于渗入空气，使排气时间延长，增加了气体突破的机会，而使极 限真空和抽速下降。为了充分发挥泵的效率，可先按气镇工作程序 抽气，待蒸气抽除后，关闭气镇阀，再按无气镇程序抽气。这既可 抽除蒸气，又可获得应有的极限真空。
优选第三章材料合成条件与优 化
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2.3.2.1真空泵的基本参量
上述四个参量是真空泵工作特性的表征。如机械泵的 临界压强为1.013×105 Pa，而扩散泵的临界压强一般为 1.33 x 10 Pa。因此，我们常把机械泵作为前级泵，把扩 散泵叫做次级泵。 由 于 大 气 中 的 氦 通 过 玻 璃 壁 渗 入 容 器 的 速 度 为 6.65×10-11Pa/s，目前还没有用人工的办法获得比1.33×1010更高的真空度。
（2）临界反压强pK
扩散泵只有在前级泵提供的预备真空下才能工作。 当前级泵提供的极限压强大于临界反压强pK时，扩散泵
的极限压强迅速上升，以至使扩散泵停止作用。因为密 集在出口端的气体，不但不能抽除，反而会大量突破蒸 气流的约束，反扩散回到扩散泵进气口一端。 临界反压强的大小主要决定于蒸气流的动压，后者又决 定于泵的结构和加热功率。临界反压强越高，则对前级 泵的要求越低毛一般扩散泵的临界反压强为13.3Pa左右。
（3）机械泵的使用注意事项
马达运转方向必须符合机械转子规定的方向；泵油必须 充满至标度。
不允许有异物落入泵腔，以免损坏密封。有大量水蒸气 和有机蒸气时，在泵和被抽容器间最好加装干燥、捕集 装置。
停泵时应用三通活塞对泵腔放气，防止泵油因大气压力 返流至被抽系统中。如果带有电磁阀自动放气装置，则 此步可以免去。
机械泵抽气原理是基于变容作用即工作室体积周期性的 扩大和缩小来实现抽气目的。图2.4表示旋片转动半周时 的四个典型位置。
这样在旋转半周时旋片a吸入一部分气体，旋片b排出一 部分气体，继续旋转半周时，b吸入一部分气体，a将前 半周b吸入的气体压缩而排出。因此，在一周中旋片矗、 b各吸入一部分气。
（2）旋片式机械泵的极限压强
将两个单级泵串联为双级泵(图2.3)，则上述三个因素对 靠近被抽容器的第二级泵的影响将大为减少，一般单级 泵极限真空为1.33Pa，而双级泵可达1.33×10-2Pa。
（3）气 镇
气镇：在化学实验中，所抽除的气体常常含有相当数量的水蒸气和 有机物蒸气。这些蒸气在排气空间一经压缩(压缩比通常为700：1)便 凝结为液体并混入油内，随着油的循环进入吸气空间，在低压下又 变成蒸气，不仅严重影响极限真空，而且还破坏油的密封润滑性能， 腐蚀泵体。而采用气镇的方法可以解决这一问题。
2.3.2.3 油扩散泵
油扩散泵是目前获得高真空的主要 工具，广泛用于多种科学实验和生 产中。
（1）油扩散泵的工作原理
工作原理：基于被抽气体分子向定向蒸气流中扩散并被蒸气流压缩 到前置空间，而最后被前级机械泵抽走。扩散泵的结构及工作原理 见图2.5。
在前级泵不断抽气的情况下，油被加热蒸发，沿导管上升至喷嘴处， 由于喷嘴处的环形截面突然变小而受到压缩，形成密集的蒸气流， 以接近音速的速度(200～300m/s)，从喷嘴向下喷出。显然，在蒸气 流上部空间被抽气体的腰虽大于蒸气流中该气体的分压强，气体分 子便迅速向蒸气流中扩散，由于油蒸气相对分子质量为450～550， 比空气相对分子质量大15～18倍，故动能较大，与气体分子碰撞时， 本身的运动方向基本不受影响，而气体分子则被约束于蒸气射流内， 且速度越来越高地顺蒸气流喷射方向飞行。这样，被抽气体分子就 被蒸气流不断压缩至扩散泵出气口，密度变大，压强变高，借助前 级机械泵将它们抽走。完成传输任务的油蒸气分子受到泵壁的冷却， 又重新凝结为液体返回蒸发器，如此循环不已。由于扩散作用一直 存在，故被抽容器真空度得以不断提高。