利用機械、物理、化學和物理化學方法對容器進行抽氣,以獲得真空的機器或器械。

  分類 按抽氣的工作原理分,有以下幾種類型:

  容積真空泵 利用泵腔工作室的容積變化進行抽氣。有:①往復真空泵。由原動機的旋轉運動通過曲柄連桿機構轉變成活塞在缸體內作往復運動動,使泵腔的工作容積周期性的變化來抽氣,又稱活塞真空泵。這種泵抽氣量較大,抽氣速率范圍為45~20 000立方米每小時,單級泵極限壓力約為103帕,雙級泵可達1帕。②旋片真空泵。裝有滑片的轉子置於泵腔內並偏心一個位置按自己的圓心作旋轉運動,使其葉片分隔泵腔工作室的容積並周期性變化來實現抽氣,又稱滑片真空泵。這種泵的抽速范圍為0.5~150升/秒(1升=10−3立方米),工作壓力范圍一般為1×105~1帕,較大抽速的壓力范圍為1×105~13帕。極限壓力:單級泵為1帕,雙級泵為6.5×102帕。③滑閥真空泵。利用偏心輪在泵腔內作回轉運動,使由滑環和滑桿分隔的兩個工作容積作周期性變化以實現抽氣。這種泵的極限壓力為單級泵為4×10−1帕,雙級泵為6.5×102帕;工作壓力為1×105~13帕,抽速范圍為8~600升/秒。這種泵可單獨使用或作為真空機組的前級泵。在泵腔內的相對運動件表面間有油膜密封,故又是一種油封式機械真空泵。④餘擺線真空泵。餘擺線轉子在泵腔內作行星運動,使工作室容積周期性變化以實現抽氣。這種泵的極限壓力可達1帕,在壓力為103~13帕時可達泵的額定抽氣速率。泵的壓力范圍為105~1帕。⑤羅茨真空泵。靠泵腔內一對葉形轉子同步、反向旋轉的推壓作用來移動氣體而實現抽氣。⑥液環真空泵。靠偏置葉輪在泵腔內回轉運動使工作室容積周期性變化以實現抽氣。

  動量傳輸真空泵 利用高速蒸氣(汽)射流或高速旋轉的轉子來抽氣。①油擴散真空泵。利用低壓、高速和定向流動的油蒸氣射流抽氣的真空泵。這種泵的極限壓力約10−2帕,工作壓力范圍一般為1.0~10−1帕,抽氣速率范圍為幾百到幾萬升每秒,最大反壓力為幾百帕,是獲得中真空的主要設備之一。②水蒸氣噴射真空泵。利用水蒸氣射流抽氣的真空泵,這種泵適應於抽吸易燃、易爆、含塵、可凝性和腐蝕性氣體。③渦輪分子泵。利用高速旋轉的動葉輪將動量傳遞給氣體分子,使氣體產生定向流動而抽氣的真空泵。渦輪分子泵必須在分子流態下工作才能顯示出它的優越性,因此要求配有工作壓力為1~102帕的前級真空泵。分子泵本身由轉速為10 000~60 000轉/分的中頻電動機直聯驅動。④噴射真空泵。⑤擴展噴射真空泵等。

  捕集真空泵 利用吸附和冷凝作用使氣體分子永久或暫時儲存在泵內。有:①分子篩吸附真空泵。在低溫下靠分子篩的物理吸附作用實現抽氣。分子篩吸附真空泵結構簡單、無油污染、無振動噪聲,它是獲得無油真空常用的真空泵,常用作無油真空機組的前級泵或超高真空機組的維持泵。②鈦升華泵。靠新鮮鈦膜的化學吸附作用抽氣。這種泵結構簡單、操作方便、抽速大、無油污染、抗輻射和無振動噪聲,啟動壓力為1~102帕,工作壓力范圍為102108帕,它是獲得無油超高真空的重要真空泵。鈦升華真空泵在電子器件、高能加速器、可控熱核反應裝置和空間模擬裝置,以及表面物理試驗等方面都得到廣泛的應用。③油擴散泵。利用低壓、高速和定向流動的油蒸氣射流進行抽氣。這種泵的極限真空為104~10−5帕,工作壓力范圍為10−1~10−4帕,抽速范圍為幾十至十幾萬升/秒。油擴散真空泵是獲得高真空的主要設備,廣泛用於真空冶煉、真空鍍膜、空間模擬試驗和對油污染不敏感的一些系統中。④吸氣劑離子真空泵。將被抽氣體分子電離,並在電磁場或電場的作用下將其輸送到泵的吸附表面而被吸氣劑捕集的一種真空泵。這種泵又分為由電離抽氣作用與蒸發(或升華)活潑金屬的吸附作用相結合的蒸發離子真空泵和由兩塊陰極板(通常是鈦板)、一個具有蜂窩狀結構的陽極、永久磁鐵和泵體組成的濺射離子真空泵兩種。⑤低溫泵。利用低溫表面冷凝氣體的真空泵,又稱冷凝泵。這種泵是獲得清潔真空的極限壓力最低、抽氣速率最大的真空泵。廣泛應用於半導體和集成電路的研究和生產,以及分子束研究、真空鍍膜設備、真空表面分析儀器、離子註入機和空間模擬裝置等領域。

  按其他方法分類 按工作介質分,有油蒸汽真空泵、蒸汽真空泵和水環真空泵等。按在真空系統中作用分,有主抽泵、增壓泵、前置泵、粗抽泵和維持泵。按工作壓力范圍分,有低真空泵、中真空泵、高真空泵和超高真空泵。

  變容積真空泵類的各種真空泵和動量傳輸真空泵的渦輪分子泵,是機械運動傳遞,故稱為機械真空泵,其中旋片真空泵、滑閥真空泵、餘擺線真空泵三者的相對運動件表面間有油膜使各工作室相互密封,故又稱之為油封式機械真空泵。在油封式機械真空泵的壓縮室安裝一氣鎮閥,充入適量的非可凝性氣體到壓縮室內,以降低泵中可凝性氣體在泵內的凝結程度,此泵稱為氣鎮機械真空泵

真空系統示意圖

  性能 真空泵的基本性能參數:

  抽氣速率 簡稱抽速。用字母S表示。在泵吸氣口處給定任一壓力時,單位時間內流入泵的氣體體積,即:SVt,式中ΔV為在Δt時間內流入泵的氣體體積。抽速的單位常用升/秒(L/s)或米3/秒(m3/s)表示。

  極限壓力 在漏氣和器壁放氣可以忽略不計的情況下,經相當長時間抽氣後泵逐漸達到的最低壓力。

  工作壓力范圍 泵具有較大的抽氣能力。工業生產和科學試驗中常用的真空泵的工作壓力范圍見表。

真空泵種類及工作壓力范圍表

  何氏系數 泵噴嘴間面積上的實際抽速與該處按分子瀉流計算的最大理論抽速比。何氏系數是中國物理學傢何增祿於20世紀30年代初在擴散泵的研究工作中首次提出的。該系數在水蒸氣噴射泵、油擴散泵、油擴散噴射泵的設計或產品性能對比時,常常用到。

  真空系統 由真空容器、真空泵、真空閥、真空測量儀表和連接管路等組成的抽氣系統(見圖)。在真空系統中,主抽泵用來獲取工作真空,其極限壓力一般應比工作壓力低半個數量級。真空容器的工作壓力一定要在主抽泵最大的抽氣速率的壓力范圍內。圖a為低真空系統,隻需要采用一臺能將氣體直接排入大氣的真空泵。通常采用油封式機械真空泵、水環真空泵或水蒸氣噴射真空泵。圖b為中真空系統,其主抽泵為擴散噴射泵或羅茨真空泵,前置泵采用旋片真空泵。圖c為高真空系統,其主抽泵為帶水冷擋板的油擴散泵,前置泵為滑閥真空泵。為瞭提高系統在中間壓力范圍內的抽氣量和降低前級泵的抽氣速率,這種系統在油擴散泵和前置泵之間串聯一個羅茨真空泵(又稱機械增壓泵),或串聯油擴散噴射真空泵(又稱油增壓泵)。為瞭縮短抽氣時間,在啟動階段,真空容器不經過正常工作系統而經過旁路直接與前置泵相連(圖b、圖c中的虛線方框),這時的前置泵又稱為粗抽泵。圖d為超高真空系統,由濺射離子泵、鈦升華泵、分子篩吸附泵和相應的閥門等組成。使用時先使分子篩吸附泵處於有效工作狀態,再依次打開閥1、閥2將系統抽到一定的真空度,然後起動鈦升華泵和濺射離子泵。由真空泵、真空閥門和連接管路等組裝在同一機架內的抽氣單元稱為真空機組