本文介紹和給出了擴(kuò)散泵以及擴(kuò)散噴射泵的主要尺寸、參數(shù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，并對(duì)抽氣速率、蒸發(fā)面積及噴咀設(shè)置與返流率等問題進(jìn)行探討。最后對(duì)兩種產(chǎn)品實(shí)例進(jìn)行分析和計(jì)算，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和改進(jìn)提供參考和依據(jù)。

1、概述

　　自1913 年Gaede 發(fā)明擴(kuò)散泵至今已有101 年，在此期間技術(shù)上已經(jīng)有很大進(jìn)步。現(xiàn)在生產(chǎn)的油擴(kuò)散泵抽速已達(dá)到100000 L/s 以上，擴(kuò)散噴射泵的抽速也達(dá)40000 L/s，蒸汽流真空泵在真空應(yīng)用領(lǐng)域中起著十分重要的作用。盡管有許多其它類型的抽氣方式也可以在高真空領(lǐng)域工作，但由于擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作和維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)各種氣體均有較好的抽氣特性，因而它一直是獲得高真空的主要抽氣設(shè)備。而擴(kuò)散噴射泵，由于抽氣量大、反壓力高，因而需要的前級(jí)泵容量小，也是獲得中真空較為理想的抽氣方式。

2、抽氣速率和抽氣量

　　抽氣速率是評(píng)定蒸汽流真空泵的最重要指標(biāo)，為方便于不同尺寸產(chǎn)品的比較，引入抽速系數(shù)這個(gè)詞匯來評(píng)判最為合理。

　　抽氣速率是指按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在泵上放一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)罩，并引入一個(gè)已知的氣體量Q，在穩(wěn)定狀態(tài)下，測(cè)量泵口壓力P，因而得出抽氣速率S=QP，抽速系數(shù)是指泵的實(shí)際抽速與泵入口處按分子泄流計(jì)算的理論抽速之比值。

圖1 將7 in 試驗(yàn)罩放置在35 in 試驗(yàn)罩的頂上

　　Landfors 把一個(gè)7 in 直徑的小試驗(yàn)罩放在一個(gè)35 in 擴(kuò)散泵試驗(yàn)罩的頂部，如圖1，像通常情況一樣做35 in 擴(kuò)散泵的抽速試驗(yàn)，并在圖中所示位置加裝模擬噴口帽和泵入口形狀的圓筒。噴口帽與小試驗(yàn)罩直徑之比為0.286，角度為22°。這時(shí)所測(cè)得的抽速為4000 L/s，而將7 in 試驗(yàn)罩放在一個(gè)7 in 泵上所測(cè)得的抽速為1600 L/s。因而確定泵的抽速系數(shù)為0.4，對(duì)于凸腔泵來說大約為0.5。

　　上個(gè)世紀(jì)80 年代，真空行業(yè)協(xié)會(huì)組織行業(yè)內(nèi)企業(yè)到歐洲考察并引進(jìn)兩臺(tái)油擴(kuò)散泵作為樣機(jī)進(jìn)行泵的性能測(cè)試，測(cè)試地點(diǎn)選在蘭州真空設(shè)備廠和北京儀器廠，測(cè)試結(jié)果為：蘭州廠測(cè)試結(jié)果(泵口直徑準(zhǔn)400 mm)抽氣速率，在1.3×10^-3~6.7×10^-2 Pa 時(shí)平均值為工作液DC-704 5820 L/s 抽速系數(shù)0.399KS-3 5725 L/s 抽速系數(shù)0.393北京廠測(cè)試結(jié)果(泵口直徑準(zhǔn)320 mm)抽氣速率在1.3×10^-3~6.7×10^-2 Pa 時(shí)平均值為3600 L/s，抽速系數(shù)為0.386。

　　機(jī)械工業(yè)真空設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)中心也曾對(duì)瓦里安公司生產(chǎn)的兩臺(tái)泵口直徑為準(zhǔn)890 mm 的油擴(kuò)散泵抽速進(jìn)行測(cè)試，其中一臺(tái)抽速為31696 L/s，而另一臺(tái)抽速為26231 L/s，其平均抽速為28963 L/s，平均抽速系數(shù)為0.4。

　　可以認(rèn)為，對(duì)于直筒擴(kuò)散泵，其抽速系數(shù)是0.4。對(duì)于擴(kuò)散噴射泵，其抽速系數(shù)要比擴(kuò)散泵低一些，應(yīng)該是小于0.3。

圖2 6 in 擴(kuò)散泵入口和兩個(gè)噴嘴之間被抽氣體(空氣)的密度分布

　　何氏系數(shù)是指噴咀間隙面積上的實(shí)際抽速與該處按分子泄流計(jì)算的理論抽速之比。圖2 為1974年第六屆國(guó)際真空會(huì)議上Hablanian 撰文給出的一臺(tái)6 in 油擴(kuò)散泵在入口壓力為0.4×10-3×133 Pa時(shí)，噴咀間隙(環(huán)形面積)處以及兩個(gè)噴嘴之間壓力分布�？梢钥闯觯�由于引入氣流，噴咀環(huán)形面積上壓力不同，很難找出一個(gè)能代表這個(gè)面積上的壓力，因而不能測(cè)定出這個(gè)環(huán)形面積上的實(shí)際抽速，當(dāng)然也就計(jì)算不出何氏系數(shù)值。因而用何氏系數(shù)來表示泵的特征參數(shù)，目前還值得商榷。關(guān)于抽氣量，由于單級(jí)噴咀不能產(chǎn)生高的抽速和大的壓縮比，因而泵都由多級(jí)噴咀串聯(lián)工作來達(dá)到較好的工作特性。在泵的工作中，總有極少部分的油蒸汽或泵油裂化物不能充分冷凝，這將造成下一級(jí)的噴咀工作負(fù)擔(dān)增加。圖3 為擴(kuò)散泵對(duì)各種氣體的抽氣特性，由圖中可以看出;泵對(duì)泵油蒸汽和裂化物抽氣能力很低，而泵在實(shí)際工作中，頂噴咀以下各級(jí)噴咀的實(shí)際負(fù)擔(dān)在逐級(jí)增大。

圖3 擴(kuò)散泵對(duì)各種氣體的抽速特性曲線

5、結(jié)束語

　　通過上面兩個(gè)實(shí)例的計(jì)算，可以看出計(jì)算結(jié)果和實(shí)際尺寸有一定的誤差。希望共同做進(jìn)一步探討，提供更準(zhǔn)確的工作模型和計(jì)算式。不過美國(guó)CTI 公司Steinherz 來華講學(xué)時(shí)曾指出：擴(kuò)散泵理論計(jì)算只能做尺寸估算的手段，性能的提高和完善主要依靠實(shí)驗(yàn)室逐步完成，這一點(diǎn)也是國(guó)人的普遍共識(shí)。

　　筆者認(rèn)為一方面要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室工作，另一方面也要注重產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)的精度，噴咀系統(tǒng)要有良好的剛性，以保證調(diào)試工作中測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性和重復(fù)性。由于噴咀系統(tǒng)都是由多級(jí)組成，互相間影響，調(diào)試中要把相互間的影響一并考慮。