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真空泵原理是什么？
优质回答：
真空泵可以分为两类：气体输运泵（gas transfer pump）和气体捕获泵（entrapment pump）。通俗地说气体输运泵就是把腔体内的气体分子搬运到腔体外面去，而气体捕获泵则是通过物理或化学方法把腔体内的气体分子固定下来，从而达到降压的目的。
气体输运泵可以分为：正排量泵（positive-displacement pump）和分子运动真空泵（kinetic vaccum pump）。旋转机械泵（rotatory mechanical pump）和罗氏泵（roots pump）都属于正排量泵，分子运动真空泵则包括扩散泵（diffusion pump）和涡轮分子泵（turbomolecular pump）。
气体捕获泵通过捕获气体分子实现降低气压，一般包括吸附泵（adsorption pump），溅射离子泵（sputter-ion pump）和低温泵（cryogenic pump），其中吸附泵和低温泵的原理类似，所以下面我们将只介绍低温泵的物理原理。
旋转机械泵示意图。
旋转机械泵一般用于对较大系统的粗抽真空，为了使活塞在旋转过程中紧贴器壁，同时也是为了润滑，旋转机械泵使用“油”做润滑剂，单级泵可以抽到10的-2次方托（torr，约等于1mm汞柱，760分之一标准大气压或1.333mbar），两级可以抽到10的-4次方托。要想气压再低就需要在此基础上使用扩散泵或涡轮分子泵了。旋转机械泵泵出的气体有一定刺激性（如包含油的颗粒等），我们需要用专门的管道把它们引导到室外排放。
罗氏泵示意图。
罗氏泵是旋转机械泵的变种，它里面有两个8字形的转子压缩并泵出气体，由于转子之间咬合的很紧密，这种泵甚至不需要使用“油”来密封，罗氏泵有很高的转速，在拥有一个前级泵（旋转机械泵）的情况下，罗氏泵甚至可以达到10的-5次方托。罗氏泵一般用于化学气相沉积（CVD），工作气压为约1托。
扩散泵示意图。
与机械泵不同，扩散泵没有“运动”部件。扩散泵一般用于10的-2次方托以下，最低可以达到比10的-10次方托还低。扩散泵不能直接把气体排放到大气里，扩散泵必须使用前级泵，以使得扩散泵的出气口维持在大约0.1托。扩散泵一般使用硅油（silicone oil）做工作介质，硅油沸腾气化后形成高速的蒸汽流，这些“硅油蒸汽流”由顶部注入腔体，裹挟残留的气体分子从底部离开腔体，达到抽真空的目的。
扩散泵的一个致命缺陷是，油的回流（backstreaming）会“污染”腔体。由于这个原因，扩散泵不能用于表面分析和薄膜生长。为了尽量避免“油回流”造成的影响，我们在扩散泵的上方会放一个冷凝盘（cold cap），使硅油蒸汽在上面冷凝下来。
涡轮分子泵示意图。
涡轮分子泵使用高速旋转的叶片使残存气体分子从腔体中泵出，叶片转速高达2万到3万转每分钟。涡轮分子泵也需要使用前级泵。涡轮分子泵能够实现“无油”真空，最低气压可达10的-10次方托，尽管十分昂贵，目前已广泛应用于薄膜的生长和表征中。
低温泵示意图：残存气体分子在如图多孔物质（活性木炭4）处凝结，时间久了无法凝结更多分子，造成低温泵效率的降低，此时需要更换多孔物质，这被称为低温泵的再生。
低温泵的原理是使残存气体分子在低温下发生冷凝，从而降低腔体内的气压。低温泵可以制备非常干净的从10的-3到10的-10次方托的真空。低温泵的使用也需要前级泵。由于低分子量的气体更难发生冷凝，在高真空环境中残存的气体将以氦和氢为主。
溅射离子泵示意图。
最后介绍溅射离子泵。这种泵使用高电压使残留气体分子发生电离，阳离子撞击阴极，使阴极的钛原子被撞击出来，暴露形成“新鲜”的钛表面可以吸附腔体内的残留气体，从而获得更高的真空度。
其他网友观点
真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。真空泵可以定义为：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。随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。极限压力(极限真空)从粗真空到10-12Pa以上的极高真空范围。
真空区域的划分
真空泵的分类
按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即变容真空泵和动量传输泵。
变容真空泵是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。
动量传输泵（分子真空泵）依靠高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给气体或气体分子，使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。（单独段介绍）
变容真空泵又分为：往复式，旋转式（旋片式、滑阀式、液环式、罗茨式、螺旋式、爪形转子式），其它型式。
各类真空泵工作压力范围
真空泵的规格及型号表示法：
国产的各种机械真空泵的型号通常是用汉语拼音字母来表示。汉语拼音字母表示泵的类型；字母前的数字表示泵的级数，单级时“1”省略；字母后边横线后的数字表示泵的抽速(L/S) 。
国产真空泵型号对照表
常用真空泵技术
蒸汽喷射泵
湿式泵（液环真空泵、旋转叶片泵）
干式泵（罗茨泵、螺杆泵、爪式泵）
1、蒸汽喷射泵
喷射真空泵工作原理：蒸汽喷射真空泵有一定压强的工作的真空泵设备，蒸汽通过拉瓦尔喷咀，减压增速，蒸汽的势能转变为动能并以超音速喷入混合室，与被抽介质混合，进行能量交换，混合后的气体进入扩压器，减速增压，动通转化为压强能，为了减少后级泵的抽气负荷，配置冷凝器，通过有一定温差的两种介质对流，进行热交换，达到冷凝高温介质目的，排到大气压。工作原理如下图所示：
常用真空泵技术
2、湿式泵：液环真空泵
在圆形泵体（A）内，在相对于泵体中心线为偏心的轴上装有一个叶轮（B）。转动的叶轮的离心作用迫使工作液通过通道（D）流向腔体周边形成环流（C）。
泵起作用时，被输送的气体混合物经过中间板（E）上的吸入口（H）进入叶轮，在泵入口处形成真空。气体混合物充入位于液环内径和叶轮叶片根部之间的叶轮腔内。当叶轮转动时，叶轮叶片浸没在液环中的程度增加，而使液环和叶轮叶片根部之间的容积减少。结果是气体混合物受到压缩，直至到达中间板中（K）的排放口（J）。气体混合物通过排放口排出。
在压缩循环过程中，热传递到液环。为了使温度保持在工作液的蒸发点以下，必须进行冷却。通过连续不断地向液环添加冷的工作液来达到冷却的目的。添加的工作液量与经过排放口与压缩气体混合物一起排放的工作液排放量相等。气体混合物和工作液最终经过泵出口进行分离。
液环泵按不同结构可分成如下几种类型：
(1) 单级单作用液环泵单级是指只有一个叶轮，单作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行一次。这种泵的极限真空较高，但抽速和效率较低。 (2) 单级双作用液环泵单级是指只有一个叶轮，双作用是指叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行二次。在相同的抽速条件下，双作用液环泵比单作用液环泵大大减少尺寸和重量。由于工作腔对称分布于泵轮毂两侧，改善了作用在转子上的载荷。此种泵的抽速较大，效率也较高。
(3)双级液环泵大多是单作用泵串联而成。实质上是两个单级单作用的液环泵的叶轮共用一根心轴联接而成。它的主要特点是在较高真空度下，仍然具有较大的抽速，而且工作状况稳定。
(4)大气液环泵实际是大气喷射器串联液环泵的机组。液环泵前面串联大气泵是为了提高极限真空，扩大泵的使用范围。
湿式泵：旋转叶片泵
转子在有柱状膛孔的定子内 。
转子有两个叶片在槽中反向滑动 。
当转子运转时，叶片端与油润滑定子壁接触。
每转一次为两个泵吸循环 —比较小的不平衡力。
湿式泵的主要问题：密封液体供应，污染，废水处理，腐蚀，蒸汽压力限制（特别是液环泵），可靠性，运行成本。
3、干式泵
干式抽真空：没有工业生产液流的污染；
深度真空，运转更灵活；
无废水，无污染，（较少或）无废弃物处理费用；
维修成本较低；
在泵排放口立即回收溶剂；
消耗水、电、气等费用较低→运行成本较低。
技术对比：
干式泵的成本
投资成本较高，但较低的运行成本。
延长维修服务间隔时间和轴承寿命。
在运转范围内，电力消耗较低。因此，在容能比（M3/hr/kW）方面节能效果更好。
无受污染的油要进行处理（除了齿轮箱以外）。
干式泵技术：泵的类型：罗茨泵、螺杆泵、爪式泵；
罗茨泵：
螺杆泵：
螺杆泵是利用齿轮传动同步反向旋转的相互啮合而不接触的左螺杆与右螺杆作高速转动，利用泵壳和相互啮合的螺旋将螺旋槽分隔成多个空间、形成多个级，气体在相等的各个槽内（柱形等螺距）进行传输运动，但无压缩，只有螺杆最末端的螺旋结构对气体有压缩作用。螺杆的各级间可形成压力梯度，以分散压差和提高压缩比。各部间隙和泵转速对泵的性能有很大影响。在设计螺杆各部的间隙时，要考虑膨胀、加工及装配精度和工作环境（如抽除含粉尘气体等）等。
螺杆泵结构及特点
通过减速或注气来冷却—能力降低并减少危险
双螺杆运转
不锈钢转子
转子啮合匹配
悬臂轴
单级压缩
产生过多的热
有很好的液体兼容性
维护保养非常容易
复杂的螺杆结构方式
爪式泵
爪式泵结构特点
气体压缩比高
有效的气体压缩
工艺材料可以从泵中通过（良好的灰尘处理）
良好的蒸汽输送和回收
能忍受热负载
抽空到和扩散泵交接
直接支持工业扩散泵
动量传递式真空泵
利用高速旋转的叶片或高速射流，把动量传输给被抽气体或气体分子，使气体不断地从入口传输到出口的真空泵。
分子泵：牵引分子泵、涡轮分子泵和复合分子泵三大类。
喷射真空泵：水喷射泵、气体喷射泵和蒸汽喷射泵三大类
扩散泵：以油或汞蒸汽作为工作介质。汞扩散泵不带分馏装置，油扩散泵有分馏装置。
喷射真空泵(Jet Vacuum Pump)
喷射真空泵是利用液体或者气体的高速射流携带被抽气体，使被抽容器内获得一定真空度的一种低真空泵。
按工作介质可分为水喷射泵、大气喷射泵和水蒸汽喷射泵
喷射泵特点：
结构简单、工作稳定可靠；
可抽除含有水蒸汽、粉尘的气体、易燃易爆气体和腐蚀性气体；
抽气量大，应用广泛：冶金、化工、食品制造等领域；
缺点：抽气效率低，能量损失大。
水喷射泵是用水作为工作介质，通过高速射流来引射被抽气体，使容器达到一定真空度的粗真空获得设备。
单级泵的极限压强为3.3kPa，两级串联可获得好一些的真空度，主要受水饱和蒸汽压的限制。
可单独使用，也可作为其他真空泵的前级。
喷嘴的作用是将水的压强转变成动能，其结构对泵的性能影响较大，常用锥形收缩型、流线型和多孔型。
吸入室一般为圆筒形，截面积为喷嘴出口面积的6-10倍。
扩散器由渐缩段、喉管、渐扩段组成。渐缩段使气体顺利进入喉管(15~30o)；喉管使液体与气体均匀混合，进行质量迁移和能量传递；渐扩段是将气液混合介质动能转变为压力能，使被抽气体压缩。(5~8o)
锅炉内的扩散泵油经电加热沸腾形成蒸汽；
油蒸汽经过导流管进入伞形喷嘴，形成超音速蒸汽流；
由于存在密度梯度，油蒸汽射流上方的被抽气体扩散到蒸汽射流内部，获得动量，被携带到泵壁上；
油蒸汽在水冷泵壁上冷凝，释放出气体，被前级泵抽走；
冷凝油滴沿泵壁流回锅炉。
真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。
正确地选择真空泵的工作点。
真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗粒灰尘，有无腐蚀性等。
真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时，应该选各种无油泵。
真空泵的价格、运转及维修费用。
其他网友观点
液环真空泵在很多行业都有广泛应用，例如化工、石油等行业许多生产过程中。
工作原理
液环真空泵的原理如下图所示，图中的叶轮偏心安装在近似圆形的泵体内，叶轮顺时针旋转时介质水被抛向四周，在离心力作用下水则形成泵腔形状近似等厚的封闭圆环。而水环的下半部分内表面恰好跟叶轮轮毂相切，其上部分内表面恰好跟叶片顶端接触。这时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙空间，那么这个月牙空间被叶轮分成和叶片数目等同的若干个容积室。因此，当叶轮从图中的A位置转到B位置，两相邻叶片之间包含的容积腔越来越大，气体从外界吸入。当叶轮从C位置转到A位置，此时相应的容积腔逐渐减小，使被吸入的气体被压缩，当压力不低于大气压时，气体就被排出泵外。叶环真空泵的常见故障；轴温过高，叶轮腐蚀，真空度下降。
其他网友观点
按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体捕集泵和气体传输泵。其广泛用于冶金、化工、食品、电子镀膜等行业。
一、传动方式：
真空泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同步运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动结构布置上主要有以下两种：其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动，这样主动转子轴的扭转变形小，则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而改变，故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的最大缺点是：a.主动轴上有三个轴承，增加了泵的加工和装配难度，齿轮的拆装及调整也不便；b.整体结构不匀称，泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。
二、冷却方式：
气泵的冷却方法是使用发动机的冷却液对其进行冷却。发动机的冷却液由水道经水管线进入气泵，在气泵内循环后又由水管线回到发动机的冷却系统进行散热。
三、润滑方式：
气泵的光滑方法是使用发动机的机油进行光滑。发动机的机油经油道经过油管线进入气泵曲轴内的油道，以光滑轴瓦和连杆瓦，以后回到气泵的曲轴箱内，曲轴又将曲轴箱内的机油经过飞溅光滑的方法对缸套及活塞进行光滑。最终气泵曲轴箱内的机油经过管线又流回到发动机的油底壳内进行冷却。
其他网友观点
通俗来讲，真空泵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。在泵腔内形成通过旋转产生体积的变化而将气体排出泵外，主要是在吸气过程中，吸气腔体积增大，真空度降低，将容器内气体吸入泵腔，在排气过程中体积变小，压强增大，最终通过油封将吸入的气体排出泵外。
按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分为两种类型，即气体捕集泵和气体传输泵。
特点
(1)在较宽的压力范围内有较大的抽速；
(2)转子具有良好的几何对称性，故振动小，运转平稳。转子间及转子和壳体间均有间隙，不用润滑，摩擦损失小，可大大降低驱动功率，从而可实现较高转速；
(3)泵腔内无需用油密封和润滑，可减少油蒸气对真空系统的污染；
(4)泵腔内无压缩，无排气阀。结构简单、紧凑，对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感；
(5)压缩比较低，对氢气抽气效果差；
(6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面，加工和检查比较困难。
以上就是小编关于【真空泵原理是什么？】的分享，希望对你有用。
