真空扩散泵,通常被称为油扩散真空泵或油扩散泵,是利用低压、高速和定向流动的油蒸气射流抽气的真空泵。其工作原理具体如下:
一、工作原理
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加热与蒸发:
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电加热器(电炉)将装在泵腔(油锅)内的液态工作介质(泵油)加热,使其变成蒸汽。
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泵油在真空中加热到沸腾温度(约200℃),产生大量的油蒸气。
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蒸汽射流:
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油蒸气通过安装在泵腔里的泵芯喷嘴高速喷出,形成低密度、高速度的蒸汽射流。
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蒸汽射流从伞形喷嘴(如I级喷嘴)以超音速喷出,其速度逐渐增大,压力及密度逐渐降低。
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气体扩散与携带:
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被抽气体通过扩散进入蒸汽射流中。
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由于蒸汽射流上边的被抽气体因密度差要向蒸汽射流中扩散,因此被射流携带到水冷的泵壁处。
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冷凝与回流:
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工作蒸汽到达水冷的泵壁后,冷凝成为液态,沿着泵壁流回油锅中循环使用。
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油蒸气在冷却的泵壁上被冷凝后又返回到油锅中重新被加热,如此循环工作。
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气体压缩与排出:
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被抽气体在泵壁处堆积、压缩,最后被下级射流携带走,以达到逐级压缩。
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最后,被抽气体由前级泵排出真空系统。
二、影响因素
影响扩散泵性能的主要因素包括:
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油蒸气返流:可以通过在真空系统上加装冷阱来有效防止。
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气体分子反扩散:通过增加罗茨泵或双机械泵作为前级泵,增大抽速,降低扩散泵出气口的压力,可以减少气体分子的反扩散和油蒸气的返流。
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泵油裂化分解:采用合格的扩散泵油可以防止裂化分解。
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泵脏化:污染物留在泵内重复循环会影响泵的性能,应对扩散泵进行清洗,并更换泵油。
三、结构组成
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。
四、应用场景
油扩散泵是获得高真空的主要设备,广泛用于真空冶炼、真空镀膜、空间模拟试验和对油污染不敏感的一些真空系统中。
综上所述,真空扩散泵油的工作原理是通过加热泵油产生蒸汽射流,利用蒸汽射流携带和压缩被抽气体,并最终由前级泵排出真空系统。这一过程中涉及了加热、蒸发、扩散、携带、冷凝和回流等多个环节。