一、用途

随着现代制造业对产品质量的要求日益提高，真空系统的应用越来越广泛，真空泵是真空系统的核心，是产生真空的部件。真空泵是指利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备，简单来说，就是用各种方法在某一封闭空间中改善、产生和维持真空的装置，广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度，在诸多行业都有应用，比如：1、石油化工、能源以及冶金制造业行业中，使用真空泵可以抽取酸性气体、抽取易燃的爆炸性气体，还可以用于冶炼、成形、材料检测、化学分析、蒸发、精馏、过滤、真空干燥等领域。2、在食品加工业领域，真空泵用于升华、干燥、脱水等，循环水真空泵还可以往袋子里充气、添加食物、通过抽真空的方式打开其包装、输送包装材料以及产品等。3、小型真空泵在日常生活的应用也十分广泛，包括水族馆、脚盆和咖啡机。除此之外，小型真空泵在气体或者液体的分析设备中也有广泛的应用，比如PM2.5空气质量检测，3D打印机，以及医疗设备和医疗保健等。4、真空泵也可以用于汽车制造业，使用负压力形式，从而增加其推动力。二、分类真空泵广泛应用于各大行业，不同行业对真空泵的要求不同，因此有了许多类型的真空泵，那么真空泵有哪几种呢？1、按工作原理分类（1）气体输送泵：气体输送型的真空泵又可分为变容真空泵和动量传输泵，其中变容真空泵有往复式、旋片式等多种，动量传输泵有分子真空泵、喷射真空泵、扩散泵、扩散喷射泵、离子输运泵等多种。（2）气体捕集泵：包括吸附泵、吸气剂泵、吸气剂离子泵、低温泵等。

2、按真空度分类真空度按照绝对气压分级：1）低真空(105~10²Pa)，在低真空状态下，气态空间的特性和大气差异不大，气体分子数目多，并仍以热运动为主，分子之间碰撞十分频繁，气体分子的平均自由程很短。通常，在此真空区域，使用真空技术的主要目的是为了获得压力差，而不要求改变空间的性质。电容器生产中所采用的真空浸渍工艺所需的真空度就在此区域。2)中真空(102~10-1Pa)在中真空状态下，气体分子密度与正常大气压有很大差别，气体中的带电粒子在电场作用下，会产生气体导电现象。这时，气体的流动也逐渐从黏稠滞流状态过渡到分子状态，这时气体分子的动力学性质明显，气体的对流现象完全消失。因此，如果在这种情况下加热金属，可基本上避免与气体的化合作用，直空热处理一般都在低直空区域进行。此外，随着容器中压强的降低，液体的沸点也大为降低，由此而引起剧烈的蒸发，而实现所谓'真空冷冻脱水’。在此真空区域，由于气体分子数减少，分子的平均自由程可以与容器尺寸相比拟，并且分子之间的碰撞次数减少，而分子与容器壁的碰撞次数却大大增加。主要用于●食品行业●化工行业●冷冻干燥●轻工行业●制药行业●导电(真空放电灯具)；3)高真空(10-1~10-5Pa)在高真空状态下，气体分子密度更低，容器中分子数很少。因此，分子在运动过程中相互碰撞很少，气体分子的平均自由程已大于一般真空容器的线度，绝大多数的分子与器壁相碰撞。因而在高真空状态蒸发的材料，其分子(或微粒)将按直线方向飞行。另外，由于容器中的真空度很高，容器空间的任何物体与残余气体分子的化学作用也十分微弱。在这种状态下，气体的热传导和内摩擦已变得与压强无关。主要用于●冶炼●真空热处理、真空焊接●集成电路、半导体制造●各种镀膜工艺●各种表面加工工艺●化学研究●离子注入●隔离作用(绝热)(4)超高真空(<10-6Pa)在超高真空状态下，每立方厘米的气体分子数在100个以下。分子间的碰撞极少，分子主要与容器壁相碰撞。超高真空的用途之一是得到纯净的气体，其二是获得纯净的固体表面。此时气本分子在固体表面上是以吸附停留为主。主要用于●空间模拟 ●材料科学分析 ●物理现象研究 ●表面分析 ●高纯材料制备(如:MBE)根据真空等级，相应的真空泵适用的真空等级如下：

3、按真空泵结构分类

（1）机械式：这类真空泵类似于压缩机，属于容积型的有往复式与回转式结构，还有属于动力式的涡轮分子泵，它们都属于抽除式真空泵。

（2）喷射式：有喷射泵与扩散泵两种形式，还有将二者组合在一起的增压泵，也都属于抽除式真空泵。

（3）吸着式：依靠物理或化学方法使气体分子吸在泵壁表面，属于捕集式真空泵。在系统中的工作职能分类主抽气泵：实现所要求压力的主要工作泵。预抽气泵：当主抽气泵不能在大气状态直接开始抽吸时，需要预抽泵先抽至某一压力，主抽气泵方能进入工作。前级泵：当主抽气泵不能将所抽气体直接排入大气时，需串接前级泵排送。

（4）维持泵：当主抽气泵完成所要求的压力停止工作后，由于系统泄漏或表面蒸发等原因，压力可能升高，因此用维持泵继续抽吸。

三、基本的真空系统：

1真空室

2高真空泵(主泵)

3预抽泵

3a前级泵

4高真空阀门

5低真空阀门

6前级管道

7放气阀

8低真空计

9高真空计

四、真空泵参数参数名称参数定义真空泵的极限压强泵的极限压强单位是Pa，是指泵在入口处装有标准试验罩并按规定条件工作，在不引入气体正常工作的情况下，趋向稳定的最低压强。真空泵的抽气速率泵的抽气速率单位是m3/s或l/s，是指泵装有标准试验罩，并按规定条件工作时，从试验罩流过的气体流量与在试验罩指定位置测得的平衡压强之比。简称泵的抽速。真空泵的抽气量真空泵的抽气量单位是Pam3/s或Pal/s。是指泵入口的气体流量。真空泵的起动压强真空泵的起动压强单位为Pa，它是指泵无损坏起动并有抽气作用时的压强。真空泵的前级压强真空泵的前级压强单位是Pa，它是指排气压强低于一个大气压的真空泵的出口压强。真空泵的最大前级压强真空泵口最大前级压强单位是Pa，它是指超过了能使泵损坏的前级压强。真空泵的最大工作压强真空泵的最大工作压强单位是Pa，它是指对应最大抽气量的入口压强。在此压强下，泵能连续工作而不恶化或损坏。真空泵的压缩比压缩比是指泵对给定气体的出口压强与入口压强之比。真空泵的何氏系数泵抽气通道面积上的实际抽速与该处按分子泻流计算的理论抽速之比。真空泵的抽速系数泵的实际抽速与泵入口处按分子泻流计算的理论抽速之比。真空泵的返流率泵的返流率单位是g/cm2.s。它是指泵按规定条件工作时，通过泵入口单位面积的泵流质量流率。水蒸气允许量水蒸气的允许量单位是kg/h，它是指泵在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时能抽除的水蒸气质量流量。最大允许水蒸气入口压强最大允许水蒸气入口压强单位是Pa。它是指在正常环境条件下，气镇泵在连续工作时所能抽除的水蒸气的最高入口压强。

五、常用真空泵五、常用的真空泵常用的真空泵有旋片式机械泵、罗茨泵、分子泵、油扩散泵等。1、旋片式真空泵旋片式真空泵泵内偏心安装的转子与定子固定面相切，两个（或以上）旋片在转子槽内滑动（通常为径向）并与定子内壁相接触，将泵腔分为几个可变容积的一种旋转变容积真空泵。通常，旋片与泵腔之间的间隙用油来作为密封，所以旋片真空泵一般是油封式机械真空泵。其工作压强范围为~1.33×10-2（Pa）属于低真空泵。

工作原理：旋片泵的旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分，当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的，正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的，正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。

由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀），气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强，因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时，即转至空间B的位置，气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度。旋片式真空泵的性能特点：

旋片式真空泵是一种油封式机械真空泵，属于低真空泵，可单独使用，也可作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。

体积小、重量轻、噪音低；

设有气镇阀，可抽除少量水蒸气；

设有自动防返油止回阀，启动方便；

进气口连续畅通大气运转不得超过一分种；

不适用于抽除对金属有腐蚀的，对泵油起化学反应的，含有颗粒尘埃的气体，以及含氧过高的，有爆炸性的，有毒的气体。

随着真空技术在各个应用领域的不断扩大，直联旋片泵的需求量越来越大。由于这种泵数量很多，加工装配工作量很大，价格又很低，所以有的国外真空厂商在中国建立专业厂。国产中小型直联旋片泵在技术上已经过关，价格又远比国外的泵便宜，所以国产泵仍然有竞争优势，关键是要解决轴封漏油以及旋片材料和真空泵油的性能质量问题，确保直联泵在高速、高温下性能稳定和运行可靠，同时还要进一步提高国产直联旋片泵抽除水蒸气的能力。2、罗茨泵罗茨真空泵（简称：罗茨泵）是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子，转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵。极限真空：单级为6.5×10-2帕，双级为1×10-3帕。工作原理：罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。

罗茨泵具有以下特点：

在较宽的压强范围内有较大的抽速；

起动快，能立即工作；

对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；

转子不必润滑，泵腔内无油；

振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；

驱动功率小，机械摩擦损失小；

结构紧凑，占地面积小；

运转维护费用低。

因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。

从国外罗茨泵生产情况来看，国外几家大公司，如Leybold、Balzers、Alcatell、Edwards和ULVAC，他们各家罗茨泵的销售额占全球罗茨泵销售额的比例都没超过5%，这5家总计才20%，罗茨泵产量不大，但国外罗茨泵的价格远比国产泵要高得多。国内外几乎所有大型或小型的高真空和中真空系统，为了缩短抽气时间、提高生产效率都配有罗茨泵，所以国产罗茨泵一定要在占领国内市场基础上设法进入国际市场另外，还要考虑到有些国家和地区的电源频率为60Hz，更要确保罗茨泵在提高转速的情况下长期运行的可靠性。国内气冷式直排大气罗茨泵进展很快，技术上已经成熟。由于这种泵在排气口的下面装有气体冷却器，其中一部分被冷却的气体通过管道返回泵腔以冷却转子，从而使压缩热得到平衡，所以这种泵可以直排大气。为了满足不同极限真空度的要求，这种泵可以串联使用，一般前面加一台气冷式直排大气罗茨泵，所达到的极限真空要比前级泵高一个数量级。这种泵由于在泵腔内没有工作介质，实际上也是属于干泵。这种气冷式直排大气罗茨泵及机组已经在石油、化工、塑料、农药、汽轮机转子动平衡、航空航天空间模拟等装置上得到了长期运行的考验，所以应该在国内大力推广和应用。3、分子泵分子泵是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子，使之获得定向速度，从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为：1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量，被驱送到泵的出口。2)涡轮分子泵靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。分子泵在国外半导体领域里的许多工艺场合是用来代替低温泵，尤其是溅射、刻蚀和LCVD等装置都采用复合分子泵和牵引泵作为主泵。由于分子泵对水蒸气的抽速仅为同口径低温泵抽速的四分之一，所以分子泵的排气时间比低温泵长。为了提高抽速，国外在分子泵的入口侧装一个-130℃～-150℃的低温冷板，称之为低温分子泵，水蒸气被低温板捕获，其他气体则由分子泵抽走。这种低温分子泵在真空镀膜装置上应用，既提高了生产效率又改善了膜层质量。随着中国半导体工业、薄膜产业和科学研究事业迅速发展，分子泵应该是中国真空泵制造业发展的重点。首先，分子泵要从小到大建立完整系列，以满足不同场合的需要。