分子泵的世纪回顾与展望

分子泵自 1912年诞生以来 ,至今已快近一个世纪了。它在初期进展较缓慢 ,在 1970年以前 ,分子泵的应用还仅限于核物理、电真空、表面科学等领域。但近 2 0年来由于半导体产业的兴起和薄膜工业的发展 ,分子泵才被人们所重视 ,并得到了兴旺和发达 ,现代的分子泵已发展到实用和普及的阶段。本文回顾了分子泵近百年的发展历史 ;详细地介绍了分子泵在各个时期的发展状况 ;对初期的分子泵、涡轮分子泵、磁悬浮轴承和气体静压轴承式涡轮分子泵、复合式分子泵、低温型涡轮分子泵、新型牵引分子泵、陶瓷涡轮分子泵 ,抽反应生成物的涡轮分子泵和极高真空涡轮分子泵等做了重点的分析。最后指出分子泵的发展前景。

现代涡轮分子泵的进展

本文叙述了涡轮分子泵近期迅速发展的原因,涡轮分子泵采用的轴承型式的演变过程,宽域型复合分子泵的开发与磁悬浮轴承在涡轮分子泵上的应用。

复合分子泵牵引级螺旋槽深对压缩比的影响

建立了描述复合分子泵牵引级抽气性能的理论模型.依据该理论模型,在牵引级不同螺旋升角、转子-定子间隙、转子转速、被抽气体流动状态条件下,对牵引级螺旋槽深与压缩比的关系进行了研究.结果表明:压缩比随螺旋槽深的减小,先增加后减小,存在最优螺旋槽深,使牵引级的压缩比达到最大;螺旋升角对最优螺旋槽深影响较小;最优螺旋槽深随转子-定子间隙减小而减小,随转子转速的增加而增加;当被抽气体为黏滞流时,最优槽深值更小.

基于FMECA的高速小型复合分子泵故障分析

针对高速小型复合分子泵各组成单元潜在的各种故障模式及其对产品功能的影响,提出一种基于FMECA的预防或改进措施。通过分析高速小型复合分子泵的各种故障模式及其对整机性能的影响,绘制了高速小型复合分子泵的危害性矩阵图,并确定了支承单元和驱动单元是高速小型复合分子泵的可靠性关键件、薄弱环节。分析结果表明:该研究提出的相应预防或改进措施,为高速小型复合分子泵的优化设计、可靠性增长和故障分析定位提供了可信的参考依据。

高速小型复合分子泵的模糊故障树分析

通过对高速小型复合分子泵的功能结构和相应故障特性的分析,建立了分子泵的故障树,在基本事件的故障率为模糊数的模糊故障树分析方法的基础上,应用模糊数学理论中模糊重要度分析中的中值法对各基本事件的重要度进行计算,成功解决了传统故障树理论无法解决的基本事件发生概率为非确定值的问题,并取得较好的效果。

精检口位置对氦质谱检漏仪性能的影响研究

多口复合分子泵的设计拓宽了复合分子泵在检漏技术中的应用范围,它结合了顺流检漏与逆流检漏各自特点,通过接入不同的抽气口以适应不同的检漏需求。多口复合分子泵的抽气能力决定了检漏仪的性能,而抽气口位置决定了分子泵的抽气能力。基于分子泵抽气基本理论,建立了多口复合分子泵的计算模型,在涡轮级选取不同位置设置精检口,并结合质谱仪实际使用情况对抽气特性进行研究,分析精检口位置对检漏性能的影响,得到了不同检漏工况下的最优开口位置,为检漏用多口复合分子泵结构优化设计提供理论依据。结果表明,被检件工作压力为10 Pa时,精检口应开在第8级叶列之后,工作压力为0.1 Pa时,精检口只需在第3级叶列之后即可;漏孔漏率为0.1 Pa·m3/s,精检口位置应在8级叶列之后;当氦气返流量为最小可检漏率值时,将精检口开在第8级叶列处可以获得较好的检测性能。

多口分子泵中检口位置对氦质谱检漏仪性能的影响研究

在氦质谱检漏技术中,多口复合分子泵通过接入不同的抽气口可以适应不同的检漏需求,这拓宽了传统分子泵的应用范围。抽气口的位置影响分子泵的抽气能力,而分子泵的抽气能力决定检漏仪的性能,本文基于分子泵抽气基本理论,建立了多口复合分子泵计算模型,在分子泵牵引级选取不同位置设置中检阀的抽气口,并结合质谱仪实际使用情况对抽气特性进行研究,分析了中检口位置对氦质谱检漏仪性能的影响,得到了不同检漏工况下的最优开口位置,为检漏用多口复合分子泵结构优化设计提供了理论依据。结果表明,在牵引级选择高度为15~20mm处设立中检阀,既可以获得较优的检测性能又可以保证质谱室的许可压力,以及较宽的工作压力范围。

复合分子泵抽气特性算法改进与结构优化

采用蒙特卡洛方法计算单级涡轮叶列传输几率,引入气体分子与固体壁面反射适应系数模型,评估不同反射条件对单级涡轮叶列抽气特性的影响。采用积分中值法计算涡轮叶列传输几率,提高涡轮级抽气特性的计算精度。采用分段流态判别法计算牵引通道的抽速和压缩比,减少牵引级抽气特性的计算误差。提出涡轮级与牵引级之间的三种过渡结构,实现复合分子泵抽气特性的级间匹配,提高复合分子泵的性能。提出牵引级阻挡结构和分段式结构,有效减少牵引转子与定子间的间隙泄漏,提高复合分子泵的整体性能。通过算法改进,提高了涡轮分子泵抽气特性的计算精度;通过结构优化,提高复合分子泵抽气性能,为高性能复合分子泵开发奠定了基础。

涡轮分子增压泵的研究现状与进展

综述了涡轮分子增压泵的研究现状与进展。涡轮分子增压泵是一种动量传输型真空泵 ,它的出口压力范围可达 10 0 0 Pa,通过计算流体动力学方法 (CFD法 )和直接模拟蒙特卡罗法 (DSMC)可以模拟计算抽气通道内气体的流动 ,这两种互补的方法可以研究从粘滞流到分子流的全部抽速曲线 ,从而指导新型涡轮分子增压泵的设计。

复合分子泵涡轮级参数对氦质谱检漏仪性能的影响研究

复合分子泵作为氦质谱检漏仪的重要部件,其自身的几何参数在影响抽气性能的同时,也影响着检漏仪的检测性能。本文基于分子泵抽气基本理论,建立复合分子泵涡轮级的计算模型,通过改变叶片倾角、叶片数目、叶片高度和叶片厚度,分别计算了复合分子泵涡轮级对空气和氦气的抽气性能,研究了复合分子泵涡轮级参数对氦质谱检漏仪检测性能的影响。结果表明:减小叶片倾角、增加叶片数目和叶片高度、增大叶片厚度有利于氦质谱检漏仪检测灵敏度的提高;综合考虑分子泵的抽气性能和氦质谱仪的检测灵敏度,选取叶片倾角25°,涡轮叶片数目25个到30个,叶片高度3mm,叶片厚度0.6mm到0.8mm最优。

基于有限元的分子泵高速轴系优化设计

分析了复合式脂润滑分子泵高速轴系的力学性能,进行了分子泵高速轴系优化设计。本文以CG-250/1600型复合分子泵作为原型,优化改进了轴承支承跨距和轴系刚度,采用有限元法对比分析计算了高速轴系优化设计前后的动静态力学性能,得到转子系统工作转速内的所有临界转速和模态阵型,并对两种结构进行了试验验证。结果表明:试验结果和理论分析基本一致。优化后,转子系统临界转速小幅变化,幅频特性基本不变,启停过程更平稳,初始不平衡响应振幅明显下降,减小了共振带来的安全隐患,同时极大地降低了转子系统动平衡的调试难度。

超高真空大抽速复合分子泵的设计

本文介绍了一种超高真空大抽速复合分子泵的研制,该型分子泵转子采用了涡轮叶片与螺旋槽式牵引级的复合结构,由整体加工而成。文中重点介绍了复合转子的设计及优化,并对定片隔环一体型结构与复合底盘结构的设计以及改进进行简要介绍。该型复合分子泵的抽速比同口径涡轮分子泵高10%左右,同时具有更高的压缩比与抗前级压力,可以在100Pa的真空压力下启动,排气端不需要匹配较大的前级泵就可满足抽气要求。该型分子泵动平衡性较好,结构简单,集成性较高,整机的制造成本相对涡轮分子泵更低。