油封機械真空泵系統(tǒng)的返流原因

2009-02-06 張以忱東北大學

油封機械真空泵(簡稱機械泵)廣泛應用于真空系統(tǒng)中, 多數作為前級真空泵。由于科學技術的發(fā)展,對清潔真空的要求愈來愈普遍.因此機械泵中的油蒸氣返油問題便愈來愈受到重視。我們把機械泵油流向高真空端的現(xiàn)象叫做機械泵的返油。

機械泵系統(tǒng)的返流原因

返油現(xiàn)象經常發(fā)生在抽氣管道中壓力較低時,一般系統(tǒng)粗抽時(真空度大于130Pa)不會發(fā)生返流現(xiàn)象,因為此時管道中的氣流為定向粘滯流。但是隨著泵入口管道中的壓力降低,氣體流動狀態(tài)由定向粘滯流逐漸變?yōu)樽杂煞肿恿?油蒸氣分子的平均自由程不斷增大,使分子之間的碰撞次數不斷減少,這就會使機械泵油分子跑到擴散泵中或通過粗抽管道跑到真空室中,污染真空系統(tǒng)。

對于機械泵與油擴散泵組成的真空系統(tǒng),機械泵油進入到擴散泵中后,不但影響擴散泵的極限真空,而且會使擴散泵的返油率增加。早在1960年代,Baker與LaHrenson用氣液色譜儀對系統(tǒng)中的氣體成分進行分析,發(fā)現(xiàn)機械泵中盡管用的是平均分子量為530的礦物油,但返流的油蒸氣分子量卻小于300,平均值為150。這表明機械泵油裂解是機械泵返油的主要因素。機械泵工作過程中是靠油膜密封和潤滑的,在機械泵中由于金屬旋片與金屬泵腔內壁摩擦產生局部過熱,使旋片連續(xù)劃破油潤滑膜,導致泵油發(fā)生單純性的熱分解或熱金屬作觸媒的分解,油分解成碎片,從而產生輕餾分的油蒸氣。這種輕餾分油蒸汽的分子量小,易反擴散,較容易跑到高真空端。若在礦物油中摻入l%的滑潤劑(例MoS2),使泵內摩擦減輕,或采用性能良好的擴散泵油作機械泵工作液,可使油的裂變得到改善。如果采用全氟聚醚(Fomblin)作機械泵油,則返油率可降低1/3,而且它的蒸氣或碎片(CF2,CF3,C3F3)在電子的轟擊下不會形成聚合膜,而且組分中不包含氫或硅,因此不會反應生成碳氫化合物或硅化合物。表1給出了雙級油封機械泵采用不同工作液的返油率測試結果。

表1 雙級機械泵的返油率試驗結果