渦輪分子泵運轉(zhuǎn)時值得注意的幾個問題

1,、返流

渦輪分子泵具有提供超清潔、無碳氫化合物的真空環(huán)境的能力,，故常被用戶選用,。然而，用戶也偶爾會發(fā)現(xiàn)渦輪分子泵提供不了不含碳氫化合物的真空環(huán)境,。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)碳氫化合物的來源,，50%是操作失誤所帶來的問題，如渦輪分子泵的前級泵為油封式旋片泵時,，沒有控制返流的安全閥,，不合理的放氣程序都會引起油蒸汽的返流，不合要求的安全閥也會引起油污染,。

　　為了在系統(tǒng)中實現(xiàn)無碳氫化合物這一要求,，在前級泵不是干式泵的情況下，有必要了解渦輪分子泵的壓縮比及如何給泵充氣的一些基本知識,。

2,、壓縮比

　　渦輪分子泵的壓縮比是指前級管道（排氣口處）的壓力與進氣口處的壓力之比。由于被抽氣體的分子量不同,，泵對各種氣體的壓縮比也不同,。氣體分子量M 的平方根與壓縮比K 的關(guān)系如圖6所示，泵對氫的壓縮比很小,，一般為1000 左右,，這樣一來如果前級管道中氫的壓力為1×10- 7Torr（13.33 μPa），那么進氣口處氫的壓力則小1000倍,，即為1×10- 10 Torr（13.33 nPa）,。由于氫是超高真空系統(tǒng)中主要的殘余氣體，所以氫的壓縮比是決定渦輪分子泵的極限壓力的關(guān)鍵因素,。

　　渦輪分子泵對于大分子量的氣體,，如對那些碳氫化合物分子的壓縮比是相當大的，一般高于1012,。這個比值根據(jù)不同泵,，以及不同分子量而不同，由于前級泵的不同和其它因素,，渦輪分子泵的前級管道中的碳氫化合物的分壓力在10- 4 Torr（13.33 mPa）～10- 6 Torr（133.3 μPa）之間,，在這種條件下，在泵的入口處碳氫化合物的分壓力將低了1012 倍,，即為10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低,。這樣幾乎是無限小的壓力，已超出了可測量的范圍，即使的質(zhì)譜儀也難以測出,。

圖6  不同分子量M 的平方根與壓縮比的關(guān)系曲線

3,、充氣措施

(1)為什么要充氣

　　當渦輪分子泵關(guān)閉或運轉(zhuǎn)極慢時，泵將不再有足夠大的壓縮比（泵內(nèi)壓力梯度）來阻止前級側(cè)存在的碳氫化合物通過渦輪葉片向真空室進行返流,。這種現(xiàn)象稱作反擴散或分子返流,。在靜態(tài)條件下，整個系統(tǒng)的壓力均衡時,，在前級管道側(cè),， 油的分壓力通常為10- 4 ～10- 6 Torr （ 或13.33mPa～133.3μPa）最后也會波及到泵的入口處。當泵關(guān)閉時,，適當?shù)亟o泵內(nèi)充氣是控制油分子返流,，保持真空室內(nèi)無碳氫化合物的一種有效的措施。

　　當停泵后,，碳氫化合物返流很快通過泵進入真空室內(nèi),，如果系統(tǒng)仍保持在真空狀態(tài)下，碳氫化合物將會粘在清潔的葉片和真空室的表面上,。在隨后再運轉(zhuǎn)該系統(tǒng)時,，將極難抽除粘著的碳氫化合物。另一方面,，在渦輪分子泵停止運轉(zhuǎn)時,，如果給泵充入干燥氮氣或干燥空氣，則該干燥氣體將給暴露的表面提供一層氣體保護層,，而且在系統(tǒng)充氣后,，返流的碳氫化合物由于與充入的氣體混合起來，從而它的粘著能力很弱,，在混合氣體中碳氫化合物所占比例極小,，在下一次抽空時也很快就能被抽走。

(2)延遲充氣

　　雖然在泵斷開電源后就應(yīng)給泵充氣已被大家所接受,，且很平常,，但是，渦輪分子泵在切斷電源后,，泵要漸漸地減速,，若延遲幾秒或幾分鐘再充氣會更好一些。在泵減速到它平時速度的30%～50%期間,，此時泵仍能起到抽氣和壓縮作用,。能有效地使真空室處在真空狀態(tài)下且能防止碳氫化合物的返流,。延遲充氣也能使閥門有足夠的時間關(guān)閉,，在經(jīng)常停電的情況下，延遲充氣是很有用的。為了延遲充氣,， 前級真空必須維持在1 ～1000 μmHg （1 ×10- 3 mmHg ~1 mmHg 或133.3 mPa～133.3 Pa）范圍之內(nèi),，所以在渦輪分子泵與前級泵之間必須有一個真空閥，或者在前級泵內(nèi)部裝一個控制閥,，該閥應(yīng)在電源中斷時,，使渦輪分子泵與前級泵隔離開來。否則,，通過前級泵,、前級管道被充氣，并導(dǎo)致了油的污染,。

(3)在何處充氣

　　在渦輪分子泵的前級側(cè)充氣,，能強制使碳氫化合物立刻通過渦輪分子泵流入真空室。另一方面,，若在渦輪分子泵吸入側(cè)充氣,，能達到以清潔氣體覆蓋表面的目的。并使氣流流向渦輪分子泵（自上而下）,，能暫時阻止,、延遲碳氫化合物的返流，也有些渦輪分子泵在壓縮級之間進行中間充氣,，它和在吸入側(cè)充氣控制碳氫化合物返流幾乎同樣有效,。在超高真空系統(tǒng)中，在壓縮級充氣尤其*,。因為中間充氣不需要價格昂貴的金屬密封的可烘烤的充氣閥,。

(4)怎樣充氣

　　如果渦輪分子泵置于一個清潔、干燥的周圍環(huán)境中,，就可以充室內(nèi)的空氣,。然而充氣入口的位置必須仔細選擇。如果充氣入口位置靠近油封式旋片泵的排氣口位置之上,，則充入的氣體中會含有油蒸汽勢必會對真空系統(tǒng)造成污染,，而且如果空氣是濕的，為了減少以后再抽氣的時間,，于是要充入干燥氮氣或經(jīng)過干燥器過濾的空氣,。另外也不一定總是充入大氣壓力下的氣體，若充入氣體的壓力為幾Torr（幾hpa）的干燥氣體就足以能控制碳氫化合物的返流,。

4,、前級管道設(shè)安全閥

　　如果不采用一個操作合理的前級管道安全閥，就有可能即污染渦輪分子泵又污染真空室,。當前級泵斷電停車時,，前級泵就會給自己充氣反向通到渦輪分子泵的排氣口,。這種前級泵充氣會輸送前級管道返流的泵油，之后通過渦輪分子泵進入真空室,，這種現(xiàn)象稱為油污染,，被污染后渦輪分子泵的葉片就必須在廠家的指導(dǎo)下用氟利昂來清洗。

　　在渦輪分子泵與前級泵之間裝上一個真空閥,，可以防止反向充氣,，當停電時立刻關(guān)上此閥。理想的情況是,，它即能對前級泵入口充氣又不致于使泵油返流浸入安全閥,。另外，只有當它的壓力基本均衡時才能打開安全閥,，否則就有可能出現(xiàn)壓力沖擊前級管道的問題,，例如，在斷電瞬間前級泵壓力將為大氣壓力,，然而前級管道仍可能處于真空狀態(tài)下,。若閥門的兩側(cè)壓力差很大，一旦通電閥門會立刻打開,，含污染油的大氣壓下的氣體將由前級泵沖向前級管道,，從而會污染系統(tǒng)。所以安全閥需要一定的延遲開啟的時間,，以便讓前級泵將閥門后的管道內(nèi)抽成真空,，閥前后的壓差均衡時才可打開安全閥，總之采取辦法來控制閥門的兩側(cè)的壓力差,，不使氣流返沖?，F(xiàn)在許多直聯(lián)式旋片泵，在泵內(nèi)裝有安全閥,，但閥門密封性能一定要保證,，一旦閥門關(guān)不上后果相當嚴重，渦輪分子泵系統(tǒng)就會被油污染,，這種問題是可能通過檢測事先發(fā)現(xiàn)的,。在運轉(zhuǎn)的前級泵上安裝一個前級真空規(guī)管，將泵關(guān)閉如果前級壓力增加值在10～1000 μmHg （1×10- 2～1 torr 或1.333～133.3Pa）之間并不再增加,，則閥門有效如果壓力繼續(xù)上升很快,，直接達到大氣壓力說明閥門失效。如果閥門的密封良好,，檢查閥門是否立即開啟還是等壓力均衡后再開啟,，觀察規(guī)管并開前級泵，如果規(guī)管馬上就跳到幾乎是大氣壓力,，說明有返流的蒸汽的沖擊,。

5,、操作程序

　　由于渦輪分子泵的種類和型號是多種多樣的，每種泵的操作方式由制造廠家提供,，渦輪分子泵的操作簡單方法是同時啟動渦輪分子泵和前級泵,，當渦輪分子泵加速到正常轉(zhuǎn)速時,，同時也預(yù)抽完了該系統(tǒng),，在此初始高壓強預(yù)抽階段，油蒸汽的返流是不可能的,。因為這時系統(tǒng)內(nèi)氣體處于粘滯流或?qū)恿鳡顟B(tài),，排出氣體的密度大，可阻擋任何碳氫化合物的分子向渦輪分子泵方向返流,。當達到分子流態(tài)時,，渦輪分子泵已進入正常速度運轉(zhuǎn)，在泵高壓縮比的情況下運轉(zhuǎn)時,，就可防止了油蒸汽的返流,。

　　渦輪分子泵的前級泵由一個電紐開關(guān)控制，兩泵可同時啟動和停車,。

　　在某些快速循環(huán)的系統(tǒng)中,，也沒有足夠的時間，使渦輪分子泵在每一個循環(huán)周期內(nèi),，由于時間短來不及達到正常的運轉(zhuǎn)速度,。在這種情況下，就不能隨工作循環(huán)去周期性地開啟渦輪分子泵,。此時渦輪分子泵就不得不連續(xù)的運轉(zhuǎn),，前級泵粗抽真空室，很快就能達到渦輪分子泵的啟動壓力,，就可以很快打開主閥,，渦輪分子泵可以在相對高的壓力下工作（節(jié)約了時間）也可使粗抽管道返流降到低程度。

　　如果系統(tǒng)需要有粗抽管道,，操作不當也有可能出現(xiàn)返流問題,，若是將系統(tǒng)粗抽到太低的壓力，粗抽管道內(nèi)就會出現(xiàn)分子流態(tài),。則粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室,。當壓力低于100～200 μmHg（13.33～26.66Pa）時，就會出現(xiàn)這種返流,。

　　當真空室粗抽適度后就關(guān)閉粗抽閥門,，而粗抽泵還在繼續(xù)運轉(zhuǎn)時，粗抽管道內(nèi)的壓力降低了會出現(xiàn)分子流狀態(tài),。碳氫化合物會出現(xiàn)返流,，并凝結(jié)在粗抽閥蓋上或閥的密封處,。當粗抽閥再打開時，這些凝結(jié)物就有可能離開閥蓋或密封處而返流向真空室一側(cè),。在下一個高真空循環(huán)周期中這些油蒸汽就會遷移到真空室內(nèi)而遭到污染,。

　　為了解決粗抽造成的返流問題，主要是在前級管道中避免分子流態(tài)的發(fā)生,，以防油蒸汽返流,。當前級管道中達到前級壓力時，關(guān)閉粗抽閥對粗抽管道內(nèi)充氣（用一個充氣閥和一個可控漏孔）,，然后關(guān)閉粗抽泵,。因而粗抽管道內(nèi)就不可能出現(xiàn)分子流態(tài)，防止了返流,。

　　使用渦輪分子泵時,，通常可不用粗抽管道,。如在快速循環(huán)的系統(tǒng)中,，不設(shè)粗抽管道，可以選用那些耐大氣沖擊的渦輪分子泵,。能直接從大氣壓力下對真空室進行抽真空,。

分子泵日常維護與維修

1更換潤滑油

2.1渦輪分子泵

新泵初次運行1000小時后，即應(yīng)更換潤滑油,；

通常,，經(jīng)過初次換油后，正常運行的泵一年換油一次,；

更換潤滑油方法:

泵體上下軸承處,，各有一個注油孔和個出油孔，將兩個注油孔(位置偏上)和兩個出油孔(位置偏下)螺打卸下,，水平擱置泵,，使注油孔朝上,用注射器將大約2x6m1的油分別主入兩個油孔內(nèi)，從另一側(cè)流出的油不得再用,，將4個M5油孔專用螺釘擰好,，甩吸油紙吸凈泵殼上殘余的油，即完成潤滑油更換,。

警告:

安裝油孔爆釘時,， 注意螺釘上的黑色O形密封圈應(yīng)擰緊、壓實,、避免漏氣,。

2.2口徑大于等于160的泵

新泵初次運行1000小時后，即應(yīng)更換潤滑油;

常規(guī)運行中,，分子泵一年內(nèi)運行時間少于4000小時的,，一年更換一次,；一年內(nèi)運行時間多于 4000小時的，每運行 4000小時必須換油一次,。

如果泵經(jīng)常烘拷成大負載工作或勵儒預(yù),，觀察到潤滑油漫濁或明顯變色.則需立即更換潤滑油。

更換潤滑油的方法:

1）松開泵底部緊固由池的固定螺釘,，取下油池, 倒出油池內(nèi)的廢油,；

2）使用中性洗滌劑刷洗油池， 注意要將雜質(zhì)和污物清理干凈,， 然后擦干(充分療干,，不能留有水珠) ;

         3）重新注油方法與新泵注油方法相同,。 

         警告:

更換下來廢棄的潤滑油按當?shù)胤煞ㄒ?guī)處理,。

脂潤滑型分子泵終生不需要更換潤滑脂，如果抽承出現(xiàn)問題只能返廠維修 ,！

3,、清洗泵

如果排除真空系統(tǒng)漏氣或真空控體虧染嚴重等原因.在對泵長時間烘烤后仍不能灰復(fù)其真空性能，則斷定泵已被污染,，必須對泵進行清洗,。

分子泵只能由泰諾或泰諾的維修中心專業(yè)人員拆泵和清流。

4,、軸承更換

合格的分子泵出廠前都經(jīng)過專門儀器的整機動平衡校驗.更換軸承后需要重新校動平衡,，因上只能由泰諾公司或泰諾的維修

中心來完成，嚴禁用戶未經(jīng)授權(quán)私自拆泵,。

警告:

更換下來的報廢器件以及廢棄清洗液按當?shù)胤煞ㄒ?guī)處理,，

5、從真空系統(tǒng)上拆泵

當泵出現(xiàn)故障而必須以系統(tǒng)上將泵拆下來時,，應(yīng):

確定泵處在停機狀態(tài),，內(nèi)外氣壓平衡 ;

如果真抽除的是腐蝕性氣體，確認真空腔,，泵體內(nèi),、前級管道內(nèi)屬性性氣體已被充分沖洗干凈，泵內(nèi)沉積物同樣對人體有害,，必要時,，拆卸人員應(yīng)戴防毒面具、戴手套,。泵卸下后,，應(yīng)盡快除去沉積物，以防上沉起物與潮濕空氣反應(yīng)生成揮發(fā)物或?qū)Ρ糜懈g的酸,、堿等,。

泵卸下后,，應(yīng)立即用封閉的塑料袋包裝起來。