前级真空泵的主要工作原理

前级真空泵被定义为排气至大气压的真空泵。它们还需要支持辅助泵或达到其运行的初始条件。前级真空泵有两种类型：

• 干运转的前级泵，例如涡旋泵、螺杆泵。

• 油封泵，例如旋片泵。

在这篇博文中，我们将研究普通前极真空泵的关键工作原理。

隔膜泵

隔膜泵在低真空范围内运行，单级无法实现高压缩比。它们可以产生从大气压到低 mbar 范围的标准操作范围。

这些前级真空泵使用通过杆前后移动的隔膜。这种振荡运动压缩泵送介质并激活阀门。然后气体通过入口阀进入，当隔膜向后移动时，阀门关闭，气体在通过出口阀排出之前被加压。

隔膜和阀门通常由聚四氟乙烯 (PTFE) 制成，这使得它们能够耐腐蚀并且不易受到蒸汽损坏。由于隔膜泵在设计上是“干式”的；它们提供无碳氢化合物真空。隔膜泵易于维护，适用于泵送多种气体和实验室化学品。它们也不使用油，这意味着它们的运营和维护成本（更换隔膜）相对较低。

多级罗茨泵

多级罗茨泵是干式真空泵，用于低、中、高和超高真空系统以产生“干燥”条件。它们结合了一系列罗茨泵级，以克服单个罗茨泵级的压差限制。

它们可以将大气压力压缩至 10 -2 mbar 的低范围，并且是涡旋泵（需要无颗粒泵送）的干泵替代品。

多级罗茨泵最多可以由八级组成，并采用多组转子（在共用轴上）。转子的几何形状产生压缩，因此每个阶段都会产生逐渐升高的压力。这样，较低级的产品是随后较高级的“原料气”（但没有任何互连阀）。它们结构紧凑，几乎没有磨损，因为接触部件为零。话虽如此，组装时间通常更长，供应商可能会收取更高的服务成本。

涡旋泵

涡旋泵是传统上用于低（即 1000 mbar 至 1 mbar）和中（即 1 mbar 至 10 -3 mbar）系统的少数泵之一，但现在也经常用作高和超高压系统的前级泵-高（即10 -3到10 -12 mbar）真空系统。

涡旋泵由真空外壳内的两个共同缠绕的螺旋形涡旋组成，在涡旋组件的中心有一个出口阀。一个螺旋是固定的，而另一个（“轨道器”）相对于另一个偏心移动，不旋转。气体进入螺旋的（外部）开口端，当其中一个螺旋轨道运行时，被困在涡旋之间。然后气体被移动到中心，因为气体占据的空隙在两个螺旋之间被“挤压和运输”。

当这种有限的气体“段”向中心移动时，它占据的体积会减少，捕获的气体会被持续压缩，直到通过外壳中心的止回阀在压力下排出。尽管腔室中的任何活动部件都不需要润滑，但 PTFE 端部密封件容易磨损，需要定期更换。

旋片泵

旋片泵是湿式容积泵，术语“湿式”是指泵使用油进行密封和润滑。

由于这些泵在从大气压到大约 10 -4 mbar 的压力范围内运行，因此它们被认为是任何类型的中高真空泵的理想前级泵。虽然油封操作对某些应用来说是一个缺点，但使用油有助于提高压缩比、更好的内部冷却性能并确保泵能够抵抗污垢、灰尘和冷凝物。

在油封旋转叶片泵（或干式叶片机构）中，装有叶片的偏置转子在定子腔内滑入和滑出外壳（即接触）。叶片旋转并捕获通过泵的入口进入的大量气体，然后减少转子和定子之间的体积。产生的压缩气体从出口排出到大气中。

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螺杆泵

螺杆泵非常适合产生大量灰尘和冷凝物的广泛工业应用。他们使用反向旋转的螺杆转子将气体捕获在转子螺杆之间的空间中。当螺杆旋转、压缩气体并将其移向出口时，该空隙会减少。它们也经常用作罗茨泵的前级真空泵。

螺杆泵有许多重要方面：尽管两个旋转螺杆之间存在微小空间，但没有接触部件，也不需要润滑。因此，被泵送的介质不会受到污染。此外，旋转磨损极小，它们对颗粒具有高耐受性，并采用高泵送速度和低极限压力。

然而，它们不太适合抽吸轻质气体，并且不能按比例缩小到小抽速。运营成本和维护要求也相对较低。