[发明专利]一种回旋式真空扩散泵

说明书

技术领域

本发明涉及真空泵领域，特指一种回旋式真空扩散泵。

背景技术

用来获得真空的设备称为真空泵，其按工作原理可以分为两大类：压缩形真空泵和吸附形真空泵，任何真空泵的设计、制造和运用都是以加强抽气作用、抑制返流为目的的。

蒸汽流扩散泵属于压缩形真空泵，其是利用气体扩散现象来抽气，传统蒸汽流扩散泵通过定向、多级、伞状高温射流对气体分子的牵引作用来实现对气体的多次压缩，以获得真空度；泵中有一股高速运动的伞状蒸汽流，气体扩散入蒸汽流便被带往出气口，达到抽气目的；蒸汽流由工作液体加热转化而来，工作液体有汞和扩散泵油两种；扩散泵在工作时必须有机械泵在出口处提供前置真空，油被加热装置加热后进行分馏，通过油腔管道形成蒸汽流高速喷出，由于射流具有高的速度（约200m/s）、高的蒸汽密度（蒸汽压达数百帕）、且泵油具有高的相对分子质量（350~500amu），故能有效地带走气体分子，因此，在射流的界面内，气体分子不可能长期停留，其浓度很小，导致在射流界面的两边，被抽气体有很大的浓度差，从而使得被抽气体能源源不断的越过界面，扩散到射流中并被带到出口处，由前置机械泵抽走。

由国内外学者研究可知：当提高射流的速度、增大射流的长度以及缩小气体分子的扩散系数，由喷嘴产生的压缩比就越高，从而在一定前置压强下有该泵抽气所得的极限压强就越低；而泵的抽速则与其抽气模型有关，不同的抽气模型决定了不同的抽速，就传统的Jaekel模型来说，为了求得较高的泵抽速，要求有较大的环形截面积、较高的何氏系数和流导值较大的进口管道。

根据查阅文献，常见的各种扩散泵都是通过采用多级喷嘴、对扩散泵油进行分馏、以及采用凸腔结构来优化扩散泵的性能，较新型的是采用优化泵油加热方式、增加温度控制系统、优化冷阱结构等抑制返流，或采用增加副泵、改善喷嘴结构等提高抽速等方法来提高真空扩散泵的性能，而上述的各种方法由于受制于抽气模型，从而对于性能的提高优先，因此，提出一种新的扩散泵抽气模型是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型真空扩散泵，通过对传统抽气模型进行结构优化和升级，从而解决传统扩散泵抽的极限真空度由于受制于高温蒸汽流的喷速与射流的长度而无法得到进一步的提高、抽速受制于传统的抽气模型而难以得到增大等问题。

该新型扩散泵主要技术方案有：

(1) 高温喷射流通过喷射管道，以片状形式从椭圆形喷射口向下喷出，椭圆形喷射口长轴与短轴之比10-20：1，且喷射流呈现为三层，每层24条（如附图3所示），由于呈片状，故两侧都可以吸附空气分子，从而提高了喷射流与空气分子的接触面积，使空气分子能充分扩散进喷射流。

 (2) 盘状喷嘴在水平面内带动喷射流作回旋运动，喷射流中心线与回旋线速度方向形成钝角θ₁，θ₁为100°-120°,可以形成类螺纹结构，能将空气源源不断地斜向下挤压至泵体底层，辅助于喷射流的空气分子带走运动，在单位时间内带走的空气分子量能得到有效提高，因此可以提高泵的抽速。

(3) 片状喷射流的喷射方向与竖直向下方向的夹角θ₂的大小从上至下（从外至内）呈梯度降低，按6:5:4排列，θ₂的范围为30°~ 45°，从而使相邻喷射流层间的空间上小下大，可以保证气体分子在喷射流层之间碰撞后，向泵体底部运动的概率大于其向顶部运动的概率，从而保证了整体的空气流向下运动。

(4) 片状射流呈上述特定角度喷射，可以使空气分子在与高速喷射流碰撞后，获得沿喷射流运动方向的动量，从而结合反射原理，使其获得向内侧喷射流运动的动量。

 (5) 片状喷射流的喷速以及盘状喷嘴的回旋速度，从上至下依次升高，可以使下层空气分子被带走的速度大于上层，使得泵体下部的压强总是小于泵体上部，从而使空气分子在压强差作用下源源不断地从上层喷射流向下层运动，从而保证空气流整体的运动方向；所述的速度梯度为喷射流速度从上至下依次升高，范围为160~240m/s，按4:5:6排列；喷嘴的回旋速度从上至下依次增大，转速范围为30r/min~50r/min，按3:4:5排列。

 (6) 蒸发油腔呈锥形，通过在蒸汽流上升过程中对其不断挤压以获得喷射流流速的不断提高，且因分馏器将蒸发油腔分为多层，通过使外层油腔容积大于内层油腔，按7:5:3排列，保证喷射流的速度由内向外逐渐升高。