高真空直排大氣干泵——OnTool干泵

      圖9為德國Pfeiffer公司的OnTool干泵的外形圖。OnTool干泵主要由兩級組成:Holweck級和側槽旋渦級,其抽氣原理如圖10所示。

圖9 　OnTool干泵外形圖

      第一級由Holweck級組成,采用牽引分子泵的原理完成了高真空側的氣體傳輸和壓力提升。當氣體分子撞擊一個(gè)高速運轉的表面時(shí),它會(huì )獲得一個(gè)與該表面運動(dòng)方向相同的速度。轉子的運動(dòng)使氣體分子加速,轉子與定子之間形成的有限的空間又限制了分子的運動(dòng),氣體分子在這兩種因素的作用下沿圓周方向被壓縮。為了防止氣體分子的返流,轉子與定子之間的尺寸應小于氣體分子的平均自由程。由于這一原因,Holweck級在分子流范圍內有一個(gè)最佳工作點(diǎn)。

圖10 　OnTool干泵的吸氣原理

      第二級由多個(gè)側槽旋渦級組成,由多個(gè)圓周上布滿(mǎn)軸向葉片的葉輪組成,側槽旋渦級的吸氣原理如圖11 所示。

圖11 　側槽旋渦級吸氣原理

1- 側槽級;2- 側槽;3- 氣體旋渦流;4- 葉輪;5- 軸; 6- 攪拌槳;7- 吸排氣口之間的單向截止閥;8- 吸/ 排氣口

       由于側槽的設計和葉輪的旋轉,氣體分子形成了一個(gè)沿葉輪旋轉方向的渦流。側槽泵的工作狀態(tài)是可變的。一個(gè)高速運轉的葉輪通過(guò)動(dòng)量傳輸作用將能量施加給氣體分子。由于這種渦流式的運動(dòng),氣體分子在到達排氣口前會(huì )不斷地碰撞葉輪。與葉輪的多次碰撞使能量傳輸到氣體中,從而使氣體得以壓縮。側槽級的壓縮比比一般的動(dòng)量傳輸式泵要高。為了使側槽級工作在最佳的狀態(tài),被抽氣體應為粘滯流態(tài),也就是說(shuō)槽的尺寸應比氣體分子的平均自由程大。側槽泵也可工作在大氣壓下。OnTool干泵采用臥式結構,在同一根軸串聯(lián)了Holweck級轉子、側槽旋渦級轉子和內電機轉子,轉速可達60,000r/min 。抽速可達130m 3/h 。冷卻采用水冷,對于抽速為84m 3/h 的OnTool干泵,冷卻水入口溫度18 ℃,水流量達150L/h 。OnTool干泵的運轉時(shí)噪聲低于60dB 。圖12列出了配用OnTool干泵時(shí)的真空室壓力隨抽氣時(shí)間的變化曲線(xiàn)(下) ,并與配用分子泵+渦旋泵機組時(shí)的抽氣時(shí)間曲線(xiàn)(上) 進(jìn)行了比較,可以明顯看出,配用OnTool干泵的優(yōu)勢。

圖12 　OnTool150 型干泵與分子泵機組抽氣時(shí)間曲線(xiàn)的比較

     OnTool干泵成功用于OTB太陽(yáng)能公司的DEPx太陽(yáng)能電池鍍膜系統中,使得其真空系統的安裝變得容易了許多。一臺泵和一個(gè)閥門(mén)就可以替代原來(lái)的渦輪分子泵、前級泵、三個(gè)閥門(mén)以及大量的真空系統安裝過(guò)程中的零部件。同時(shí)也可以降低控制軟件和系統線(xiàn)路的復雜性。另外,由于機器零部件的減少,降低了系統的非運轉時(shí)間,使系統可以長(cháng)時(shí)間連續工作。