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真空泵的分类
2022/3/9
真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。极限压力(极限真空)从粗真空到10-12 Pa以上的较高真空范围。
由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能全部适用于全部的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。
凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵，称为机械真空泵。机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下：
1、变容真空泵
它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。
(1)往复式真空泵
利用泵腔内活塞往复运动，将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式真空泵。
(2)旋转式真空泵
利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类：
a、油封式真空泵
它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙，减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
b、液环真空泵
将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油，所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。
c、干式真空泵
它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体，因此，适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。
d、罗茨真空泵
泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。
2、动量传输泵
它依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。这类泵可分为以下几种形式：
(1)分子真空泵
它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为：
a、牵引分子泵
气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。
b、涡轮分子泵
靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。
c、复合分子泵
它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。
机械真空泵是真空应用领域中使用得普遍的一类泵，它是真空获得设备的重要组成部分。其详细分类如图1所示。
真空泵的选型
真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到一定真空度的要求。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空泵能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空泵配置。为达到理想配置，选择真空系统时，应考虑下述各点：
确定工作真空范围
首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围。
确定极限真空度
在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的理想工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。
被抽气体种类与抽气量
检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。
真空容积
检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。
考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。
主真空泵的选择计算 s=tlog(p1/p2)
其中： s为真空泵抽气速率(l/s)
v为真空室容积(l)
t为达到要求真空度所需时间(s)
p1为初始真空度(torr)
p2为要求真空度(torr)。
真空泵选型需要注意的问题
1、真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若工艺过程不允许，应选择无振动的泵或者采取防振动措施。
2、了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗粒灰尘，有无腐蚀性等。选择真空泵时，需要知道气体成分，针对被抽气体选择相应的泵。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体，应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备，如冷凝器、除尘器等。
3、真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
4、正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气，因而，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氦，而三极型溅射离子泵，（或二极型非对称阴极溅射离子泵）对氩有一定的抽速，两者组合起来，便会使真空装置得到较好的真空度。另外，有的真空泵不能在大气压下工作，需要预真空；有的真空泵出口压强低于大气压，需要前级泵，故都需要把泵组合起来使用。
5、真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时，应该选各种无油泵，如：水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空要求。
6、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围，如：2BV系列水环真空泵工作压强范围760mmHg~25mmHg（绝压），在这样宽压强范围内，泵的抽速随压强而变化（详细变化情况参照泵的性能曲线），其稳定的工作压强范围为760~60mmHg。因而，泵的工作点应该选在这个范围之内较为适宜，而不能让它在25~30mmHg下长期工作。
7、真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染，可以选无油真空泵，或者把油蒸气排到室外。
8、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如：某真空干燥工艺要求10mmHg的工作真空度，选用的真空泵的极限真空度至少要2mmHg，理想能达到1mmHg。通常选择泵的极限真空度要高于真空设备工作真空度半个到一个数量级。
9、真空泵的价格、运转及维修费用。
1.真空
在指定空间内，低于环境大气压力的气体状态。
2. 真空度
表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值来表示。
3. 真空区域划分
低真空 105Pa-102Pa
中真空 102Pa-10-1Pa
高真空 10-1Pa-10-5Pa
高真空 10-5Pa-10-9Pa
极高真空 <10-9Pa
4. 全压力
混合气体中全部组分压力的综合。
5. 分压力
混合气体中某一组分的压力。
6. 标准环境条件
温度为 20℃，相对湿度为65%，大气压力为1 个标准大气压1atm =101325Pa。
7. 气体的标准状态
温度为 0℃，压力为1 个标准大气压1atm =101325Pa。
8. 平均自由程
一个分子与其它气体分子每连续两次碰撞走过的路程，叫自由程。相当多的不同自由程的平均值，叫
平均自由程。
9. 粘滞流
气体分子的平均自由程远小于导管最小截面尺寸的流态。因此，流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可
以是层流或滞流。
10. 分子流
气体分子的平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。
11. 中间流
在粘滞流和分子流之间状态下气体通过导管的流动。
12. 流量
在给定时间间隔内通过某一截面的气体量除以该时间。
13. 吸附
固体或液体对气体或蒸气的捕集现象。
14. 解吸
被材料吸附的气体或蒸气的释放现象。
15. 去气
气体从材料中认为的解吸。
16. 放气
气体从材料中自然的解吸。
17. 渗透
气体通过固体阻挡层的现象。
由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能全部适用于全部的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。
凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵，称为机械真空泵。机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下：
1、变容真空泵
它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。
(1)往复式真空泵
利用泵腔内活塞往复运动，将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式真空泵。
(2)旋转式真空泵
利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类：
a、油封式真空泵
它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙，减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
b、液环真空泵
将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时，把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环，液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油，所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。
c、干式真空泵
它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体，因此，适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。
d、罗茨真空泵
泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。
2、动量传输泵
它依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。这类泵可分为以下几种形式：
(1)分子真空泵
它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为：
a、牵引分子泵
气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。
b、涡轮分子泵
靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。
c、复合分子泵
它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。
机械真空泵是真空应用领域中使用得普遍的一类泵，它是真空获得设备的重要组成部分。其详细分类如图1所示。
真空泵的选型
真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到一定真空度的要求。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空泵能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空泵配置。为达到理想配置，选择真空系统时，应考虑下述各点：
确定工作真空范围
首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围。
确定极限真空度
在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的理想工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。
被抽气体种类与抽气量
检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。
真空容积
检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。
考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。
主真空泵的选择计算 s=tlog(p1/p2)
其中： s为真空泵抽气速率(l/s)
v为真空室容积(l)
t为达到要求真空度所需时间(s)
p1为初始真空度(torr)
p2为要求真空度(torr)。
真空泵选型需要注意的问题
1、真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若工艺过程不允许，应选择无振动的泵或者采取防振动措施。
2、了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗粒灰尘，有无腐蚀性等。选择真空泵时，需要知道气体成分，针对被抽气体选择相应的泵。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体，应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备，如冷凝器、除尘器等。
3、真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
4、正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气，因而，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氦，而三极型溅射离子泵，（或二极型非对称阴极溅射离子泵）对氩有一定的抽速，两者组合起来，便会使真空装置得到较好的真空度。另外，有的真空泵不能在大气压下工作，需要预真空；有的真空泵出口压强低于大气压，需要前级泵，故都需要把泵组合起来使用。
5、真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时，应该选各种无油泵，如：水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空要求。
6、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围，如：2BV系列水环真空泵工作压强范围760mmHg~25mmHg（绝压），在这样宽压强范围内，泵的抽速随压强而变化（详细变化情况参照泵的性能曲线），其稳定的工作压强范围为760~60mmHg。因而，泵的工作点应该选在这个范围之内较为适宜，而不能让它在25~30mmHg下长期工作。
7、真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染，可以选无油真空泵，或者把油蒸气排到室外。
8、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如：某真空干燥工艺要求10mmHg的工作真空度，选用的真空泵的极限真空度至少要2mmHg，理想能达到1mmHg。通常选择泵的极限真空度要高于真空设备工作真空度半个到一个数量级。
9、真空泵的价格、运转及维修费用。
1.真空
在指定空间内，低于环境大气压力的气体状态。
2. 真空度
表示真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值来表示。
3. 真空区域划分
低真空 105Pa-102Pa
中真空 102Pa-10-1Pa
高真空 10-1Pa-10-5Pa
高真空 10-5Pa-10-9Pa
极高真空 <10-9Pa
4. 全压力
混合气体中全部组分压力的综合。
5. 分压力
混合气体中某一组分的压力。
6. 标准环境条件
温度为 20℃，相对湿度为65%，大气压力为1 个标准大气压1atm =101325Pa。
7. 气体的标准状态
温度为 0℃，压力为1 个标准大气压1atm =101325Pa。
8. 平均自由程
一个分子与其它气体分子每连续两次碰撞走过的路程，叫自由程。相当多的不同自由程的平均值，叫
平均自由程。
9. 粘滞流
气体分子的平均自由程远小于导管最小截面尺寸的流态。因此，流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可
以是层流或滞流。
10. 分子流
气体分子的平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。
11. 中间流
在粘滞流和分子流之间状态下气体通过导管的流动。
12. 流量
在给定时间间隔内通过某一截面的气体量除以该时间。
13. 吸附
固体或液体对气体或蒸气的捕集现象。
14. 解吸
被材料吸附的气体或蒸气的释放现象。
15. 去气
气体从材料中认为的解吸。
16. 放气
气体从材料中自然的解吸。
17. 渗透
气体通过固体阻挡层的现象。
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