真空泵原理图解

扩散泵(油扩散泵)
oil diffusion pump
利用低压、高速和定向流动的油蒸气射流抽气的真空泵。

这种泵的极限真
空为10-4～10-5帕，工作压力范围为10-1～10-4帕,抽速范围为几十至十几万
升／秒（1升＝10-3米3）。

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。

简史1915年，德国物理学家W.盖得发表了他研究的扩散泵报告。

1916
年，美国人I.朗缪尔制成泵壁带有冷却系统的所谓冷凝泵。

这些泵以汞蒸气为
工作介质可获得10-5帕真空。

1928年,英国人C.D.伯尔奇发现高沸点的石油
衍生物，1936年，C.D.希克曼等人制成人工合成油。

这两种油在室温下的饱
和蒸气压都非常低，从而取代了汞作为扩散泵的工作液。

从此油扩散泵在高真空领域的工业生产和科学试验中就日渐普遍使用，并奠定了高真空技术的基础。

60年代开始，油扩散泵又有了新的发展。

主要的改进是：①泵的材料采用放气量甚小的不锈钢。

②采用饱和蒸气压很低、热稳定性好的油如聚苯醚和硅油作为泵的工作液。

③改革结构，新型油扩散泵在泵口法兰不变和不过分增大泵的外形尺寸条件下，在法兰下部突出地扩大泵腔的断面，其抽气速率可增大20～40％。

如在此装设一个大直径扩散喷嘴和液氮冷却的大直径挡油帽等。

泵可有通常泵（指没有扩大泵腔断面的泵）的抽气速率，并比较彻底地克服了泵的返油而获得低于10-8帕清洁超高空。

因此,油扩散泵在清洁超高真空的工业生产和科学试验中又取得重要的地位。

结构和工作原理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（见图）。

当油扩散泵用前级泵预抽到低于1帕真空时,油锅可开始加热。

沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸气分子碰撞。

气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动。

到前级，油蒸气被冷凝，释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。

泵油的蒸气压直接影响泵的真空性能。

但油扩散泵所使用的任何泵油，都是蒸气压不同的多组分的混合物。

因此，要提高油扩散泵的抽气和真空性能，泵在工作中自身还要对泵油进行分馏和净化。

分馏目的是使高蒸气压组分的油不进入高真空工作喷嘴（高真空端的喷嘴）；净化目的是使高蒸气压组分的油在工作过程中不断为前级泵所抽除，使油逐渐趋于纯净.
泵油分馏主要是利用泵油各组分的蒸发温度不同，使它们分别在不同的锅炉面积上蒸发。

当工作后冷凝回流的泵油流到有保温罩部分的泵壁时，油即得到预加热，随即流到油锅周边,经锅底环形加热器加热,轻馏分的油达到蒸发温度便在外层蒸发而进入低真空工作喷嘴(靠近前级泵的喷嘴);未能蒸发的某些轻馏分油也因比重较其他馏分油小而浮到油面上。

由于外层蒸气导管的限制，这部分馏分蒸发后仍进入低真空工作喷嘴。

重馏分的油在外层蒸气导管中因未达到蒸发温度而未蒸发，遂从外层由锅底间的缝隙流到油锅中心蒸发，进入高真空工作喷嘴。

轻、重馏分的油蒸气这样分道供给低真空工作喷嘴和高真空工作喷嘴这一过程谓之分馏。

从喷射喷嘴喷出的油蒸气在前级得不到充分的冷却，蒸气中的轻馏分即未能完全冷凝而被前级泵抽除。

如此循环工作，泵油中的轻馏分便越来越少，重馏分的比例则越来越大，泵油便逐渐趋于纯净。

这一过程谓之净化。

泵油的分馏和净化，对提高泵的极限真空有重要作用。

扩散泵在工作时，必须先通入适宜的冷却水，然后加热油锅；工作结束时，应先将加热器电源切断，待泵冷却至接近室温时再关闭冷却水。

. 泵在使用时,切勿断水，如突然断水应即关电炉，冷却水进出口必须扎紧防止水压高时冲击脱管，按排就绪后，应先开启机械泵等系统中真空度达到10—2P a时，方可开启电炉加热。

同时打开冷却水。

4. 使用结束后先应切断热源，等泵冷却后方可停止机械泵工作。

以防“工作液”氧化。

旋片真空泵
装有旋片的偏置转子在泵腔内作回转运动，使由旋片分隔的泵腔工作室容积周期性变化以实现抽气的真空泵，又称旋片真空泵。

旋片真空泵的工作原理。

旋片真空泵主要由泵体（静子）和转子组成。

在转子槽中装有两块以上的旋片，有些泵旋片间还装有弹簧。

转子偏心地装在泵腔内，其外缘与泵腔顶部表面的间隙为2～3微米。

转子旋转时，在离心力等作用下,旋片沿槽作往复滑动并与泵腔内壁始终保持接触,将泵腔分成两个或几个可变容积的工作室。

转子顺时针方向旋转时,与吸气口相通的吸气腔容积由零逐渐增大,腔内气体压力降低，被抽气体便从吸气口源源不断地吸入。

同时,与排气口相通的排气腔容积由大变小，吸入腔内的气体被压缩，待气体压力高于大气压力时，推开排气阀排出大气。

转子连续转动,泵便不断抽气。

排气阀浸在油里,油通过排气阀和油孔进入泵腔,使泵腔内所有运动件的表面覆盖一层油膜，密封住吸气腔与排气腔间的间隙，防止气体返流。

这些油还能减少排气腔内的有害空间，以消除它们对极限压力的影
响。

因此这种真空泵是一种油封式机械真空泵。

随着技术的发展、制造工艺的完善和优质材料的选用，小型旋片真空泵的转轴可与电动机轴直联,转速可高达1450转／分,大大提高了泵的抽气速率和减轻了泵的重量。

旋片真空泵的抽速范围为0.5～150升/秒(1升＝10-3米3)，工作压力范围一般为1×105～1帕，较大抽速的压力范围为1×105～13帕。

极限压力：单级泵为1帕,双级泵为6.5×10-2帕。

旋片真空泵一般只适于抽除干燥或含有少量可凝性蒸汽的气体（对于后者须装气镇阀），不适于抽除含氧过高、爆炸性、腐蚀性、对泵油起化学作用和含有固体颗粒的气体。

在真空系统中，这种泵可单独使用，或作为增压泵、扩散泵等的前级泵。

右边的孔是进气孔，左边的是出气孔！
蒸气压蒸气压指的是在液体（或者固体）的表面存在着该物质的蒸气，这些蒸气对液体表面产生的压强就是该液体的蒸气压。

比如，水的表面就有水蒸气压，当水的蒸气压达到水面上的气体总压的时候，水就沸腾。

我们通常看到水烧开，就是在100摄氏度时水的蒸气压等于一个大气压。

蒸气压随温度变化而变化，温度越高，蒸气压越大，当然还和液体种类有关。

一定的温度下，与同种物质的液态(或固态)处于平衡状态的蒸气所产生的压强叫饱和蒸气压，它随温度升高而增加。

如：放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。

如果把纯水放在一个密闭的容器里，并抽走上方的空气。

当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸气所具有的压力就不断增加。

但是，当温度一定时，气相压力最终将稳定在一个固定的数值上，这时的气相压力称为水在该温度下的饱和蒸气压力。

当气相压力的数值达到饱和蒸气压力的数值时，液相的水分子仍然不断地气化，气相的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸气的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，液体和气体达到平衡状态。

所以，液态纯物质蒸气所具有的压力为其饱和蒸气压力时，气液两相即达到了相平衡。

饱和蒸气压是物质的一个重要性质，它的大小取决于物质的本性和温度。

饱和蒸气压越大，表示该物质越容易挥发。

当气液或气固两相平衡时，气相中A物质的气压，就为液相或固相中A物质的饱和蒸气压，简称蒸气压。

下面为影响因素：
1.对于放在真空容器中的液体，由于蒸发，液体分子不断进入气相，使气相压力变大，当两相平衡时气相压强就为该液体饱和蒸汽压，其也等于液相的外压；温度升高，液体分子能量更高，更易脱离液体的束缚进入气相，使饱和蒸气压变大。

2.但是一般液体都暴露在空气中，液相外压=蒸气压力+空气压力=101.325KPa），并假设空气不溶于这种液
体，一般情况由于外压的增加，蒸气压变大（不过影响比较小）
3.一般讨论的蒸气压都为大量液体的蒸气压，但是当液体变为很小的液滴是，且液滴尺寸越小，由于表面张力而产生附加压力越大，而使蒸气压变高（这也是形成过热液体，过饱和溶液等亚稳态体系的原因）。

所以蒸气压与温度，压力，物质特性，在表面化学中液面的曲率也有影响.
如果在液相上面加一活塞，将不会有蒸气压产生，因为此时没有气相存在。