扩散泵的原理、分类及应用

扩散泵的原理、分类及应用

扩散泵是一种利用高速工作介质蒸汽射流来实现抽真空的设备，在真空技术领域有着广泛的应用。本文将详细介绍扩散泵的工作原理、结构组成、优缺点、分类方法以及主要应用领域。

扩散泵是利用从伞形喷嘴喷出的高速工作介质蒸汽射流，携带扩散到蒸汽射流里的被抽气体，而实现抽真空的一种真空泵。
其工作原理是：由电加热器（电炉）将装在泵腔（油锅）内的液态工作介质加热，使其变成蒸汽；蒸汽通过安装在泵腔里的泵芯喷嘴高速喷出，形成低密度、高速度的蒸汽射流；
被抽气体通过扩散进入蒸汽射流中，被下一级蒸汽射流带走，最后由前级泵排出，而工作蒸汽到达水冷的泵壁，冷凝成为液态沿着泵壁流回油锅。
在油锅里重新被加热变成油蒸汽。这样周而复始的工作，形成了扩散泵的正常抽气过程。

扩散泵是依靠高速喷射的油蒸汽气流来排气的，高速运动的流体内部的压强相对比较低，所以气体分子就会被扩散到气流里，随着气流的高速运动而排出泵外。
扩散泵由泵壳，泵芯，泵油加热装置和冷凝器组成。泵油经过加热，达到沸点以后形成油蒸汽，油蒸汽经过塔型泵芯的几级喷口喷射而出，形成几级高速喷射的锥型射流。
由于泵壳和前级管道都是有水冷冷却的，当油蒸汽射流遇到泵壳和前级管道的冷壁的时候，油蒸汽就会还原为液态的油，回流到泵的底部，经过加热形成连续不断的射流，而气体分子则经过前级泵排出真空系统。
扩散泵的前级管道，一般设有挡油装置，防止油蒸汽被抽到泵外，起到油气分离的作用。
为了防止油蒸汽对高真空端造成污染，一般扩散泵的进气口都设有档油帽或者水冷冷阱。
为了减轻档油帽对抽气速率的影响，工程师们发明了凸腔泵。凸腔泵可以增加抽气面积，增加油蒸汽射流的行程，增大射流的体积，从而增强抽气效果。
扩散泵的抽速跟设计有关，跟泵芯的结构形状，级数，间隙的调整有关，还跟使用泵油的种类有关。一般的说，使用饱和蒸汽压更低的泵油，可以获得更高的真空度，现在比较普遍使用的是275硅油。
由于扩散泵的结构简单，真空度高，一般可以达到十的负五次方帕。抽速比较大，可以做到上万升，基本上没有振动，且寿命长，易于维护。
由于没有运动部件，偶尔掉入异物也不会对扩散泵造成机械性的损伤，所以一经问世就得到了广泛的应用，尤其能适应那些对油蒸汽不敏感，被抽容器比较大，工作环境条件比较差的场合，所以受到用户的青睐。
但是由于扩散泵的排气介质是油蒸汽，所以即使安装了冷阱，也不能完全避免油蒸汽对真空系统的污染。
扩散泵还是高耗能的真空泵，其能耗是同等抽速分子泵的十几倍。
由于扩散泵是在高温的情况下运行，所以突然暴露大气会对泵油造成氧化，导致泵油的报废。另外扩散泵需要比较长的加热启动和关机降温的时间，一般在一小时左右，这期间需要不间断的提供冷却水。
为了进一步提高真空度和降低油蒸汽污染，还可以在进气端的管道上加装低温冷阱。
在真空泵的大家族中，扩散泵属于高真空获得设备。它具有结构简单、无运动件、噪音很小、使用方便、维护容易、在高真空段有较大抽速，单位抽速所需制造成本较低等许多优点，因此，其应用面很广。
扩散泵的主要缺点是返油、能耗高、热效率低。提高加热效率、降低能耗、降低返油率是多少年来扩散泵需要解决而至今尚未完全解决的主要问题。
扩散泵的分类方法比较简单：
按使用的工作液可以分为油扩散泵和汞扩散泵；
按制造扩散泵的材料可以分为金属扩散泵和玻璃扩散泵；
按泵体形状可以分为直腔和凸腔扩散泵；
按扩散泵的工作范围可以分为高真空、超高真空扩散泵和增扩泵（不同于增压泵）；
按加热器放置位置，可以分为内加热泵和外加热泵，以泵壳为界，放在泵壳内的为内加热器，放在泵壳外的为外加热器。
扩散泵的使用主要集中在：真空镀膜设备、真空冶金设备、真空热处理设备、电子产品排气设备等，在高真空大抽速的需求场合扩散泵是不可替代的产品。用户希望扩散泵性能优良、运行可靠、价格低廉、操作简单、维修方便。