实验室真空泵的工作原理及应用
实验室真空泵的工作原理及应用
真空泵是实验室中常用的设备，主要用于抽真空、气体输送等。本文将详细介绍实验室中常用的三种真空泵：无油真空泵、耐腐蚀真空泵和选片式油泵的工作原理及应用场景。
无油真空泵
无油真空泵一般采用活塞式工作方式。
活塞式真空泵的工作原理
活塞式真空泵（又称往复式真空泵）的工作原理是通过汽缸内的活塞作往复运动来吸入和排出气体。活塞在电动机的驱动下，通过曲柄连杆机构的作用，进行直线运动。当活塞在气缸内从左端向右端运动时，气缸的左腔体积增大，压强降低，容器内的气体通过吸气阀进入左腔。当活塞达到最右位置时，左腔充满气体。接着，活塞从右端向左端运动，吸气阀关闭，气体被逐渐压缩。当气缸内的气体压强达到或稍大于一个大气压时，排气阀打开，气体被排出，完成一个工作循环。如此反复，直到容器内的气体压力达到要求为止。
活塞式真空泵的特点
- 不怕水蒸气：由于其干式设计，活塞式真空泵能够处理含有水蒸气的气体。
- 结构牢固：由于其简单的机械设计，活塞式真空泵具有较高的耐用性和可靠性。
- 极限压力：单级活塞式真空泵的极限压力一般在4 \times 10^{-4}4×10−4至10^{-1}10−1帕（Pa），双级可达1 Pa。
应用场景
应用场景包括真空浸渍、钢水真空处理、真空蒸馏、真空过滤等方面。然而，活塞式真空泵对于抽除含有灰尘的气体并不适用，因此在这种情况下需要加装过滤器。
耐腐蚀真空泵
耐腐蚀真空泵一般采用隔膜式工作。
隔膜泵的工作原理
隔膜泵的工作原理基于弹性膜片的往复运动来实现液体的吸入和排出。隔膜泵通常由具有弹性的膜片和一个刚性的壳体组成，它们在A侧和B侧各形成一个腔室空间。B侧通过某种方式对膜片施加外力，驱动膜片向下运动，从而在A侧腔室形成负压，将液体或气体从进口吸入；随后，膜片向上运动，在A侧腔室形成正压，将液体或气体从出口排出。
隔膜泵的分类
可以根据驱动方式、进出口形式和输送介质类型进行划分。按驱动方式，隔膜泵可以分为气动、液压和机械结构驱动；按进出口形式，分为单口和双口；按输送介质类型，则分为气泵、液泵和气液混合泵。
应用场景
应用场景包括医疗仪器、IVD仪器、科学仪器的液路系统等，主要用于输送液体和气体。例如，在五分类血细胞分析仪和基于流式技术的尿液分析仪上，隔膜泵用于向孵育池中打入定量的试剂和染液。
选片式油泵
选片式油泵，可叫油式真空泵或选片式真空泵等。
旋片式真空泵的工作原理
旋片式真空泵的工作原理是通过旋片在泵腔内的运动来实现气体的吸入和排出。旋片式真空泵是一种油封式机械真空泵，主要由定子、转子和旋片组成。转子偏心地装入定子腔内，转子槽中有两块旋片，旋片弹簧置于两旋片之间。当转子在定子腔内旋转时，旋片在弹簧张力和离心力的作用下，其端部紧贴于泵腔内壁滑动，周期性地扩大吸气腔的容积以吸入气体，同时缩小排气腔的容积以排出气体。
工作过程
- 吸气过程：当转子旋转时，与吸气口相通的空间容积逐渐增大，气体压力降低，外部气体通过吸气口被吸入泵腔。
- 压缩过程：当空间A与吸气口隔jue后，转子继续旋转，与排气口相通的空间C的容积逐渐缩小，吸入的气体被压缩。
- 排气过程：当压缩后的气体压力高于排气压强时，排气阀被推开，气体通过排气口排出泵外。
结构组成
旋片式真空泵的主要组成部分包括：
- 定子：固定不动的部分，形成泵腔。
- 转子：偏心地装入定子腔内，带动旋片运动。
- 旋片：在转子槽中滑动，分隔和压缩气体。
- 弹簧：使旋片保持在泵腔内壁滑动。
- 进气阀和排气阀：控制气体的吸入和排出。
应用场景
旋片式真空泵适用于以下场景：
- 密闭系统抽真空：如真空包装、真空成形、真空吸引等。
- 入口压力范围：适用于100Pa至100000Pa的压力范围，超出此范围会有油雾产生。
- 温度要求：工作环境温度和吸入气体温度应在5℃至40℃之间。