高真空直排大气干泵——OnTool干泵

      图9为德国Pfeiffer公司的OnTool干泵的外形图。OnTool干泵主要由两级组成:Holweck级和侧槽旋涡级,其抽气原理如图10所示。

图9 　OnTool干泵外形图

      第一级由Holweck级组成,采用牵引分子泵的原理完成了高真空侧的气体传输和压力提升。当气体分子撞击一个高速运转的表面时,它会获得一个与该表面运动方向相同的速度。转子的运动使气体分子加速,转子与定子之间形成的有限的空间又限制了分子的运动,气体分子在这两种因素的作用下沿圆周方向被压缩。为了防止气体分子的返流,转子与定子之间的尺寸应小于气体分子的平均自由程。由于这一原因,Holweck级在分子流范围内有一个最佳工作点。

图10 　OnTool干泵的吸气原理

      第二级由多个侧槽旋涡级组成,由多个圆周上布满轴向叶片的叶轮组成,侧槽旋涡级的吸气原理如图11 所示。

图11 　侧槽旋涡级吸气原理

1- 侧槽级;2- 侧槽;3- 气体旋涡流;4- 叶轮;5- 轴; 6- 搅拌桨;7- 吸排气口之间的单向截止阀;8- 吸/ 排气口

       由于侧槽的设计和叶轮的旋转,气体分子形成了一个沿叶轮旋转方向的涡流。侧槽泵的工作状态是可变的。一个高速运转的叶轮通过动量传输作用将能量施加给气体分子。由于这种涡流式的运动,气体分子在到达排气口前会不断地碰撞叶轮。与叶轮的多次碰撞使能量传输到气体中,从而使气体得以压缩。侧槽级的压缩比比一般的动量传输式泵要高。为了使侧槽级工作在最佳的状态,被抽气体应为粘滞流态,也就是说槽的尺寸应比气体分子的平均自由程大。侧槽泵也可工作在大气压下。OnTool干泵采用卧式结构,在同一根轴串联了Holweck级转子、侧槽旋涡级转子和内电机转子,转速可达60,000r/min 。抽速可达130m 3/h 。冷却采用水冷,对于抽速为84m 3/h 的OnTool干泵,冷却水入口温度18 ℃,水流量达150L/h 。OnTool干泵的运转时噪声低于60dB 。图12列出了配用OnTool干泵时的真空室压力随抽气时间的变化曲线(下) ,并与配用分子泵+涡旋泵机组时的抽气时间曲线(上) 进行了比较,可以明显看出,配用OnTool干泵的优势。

图12 　OnTool150 型干泵与分子泵机组抽气时间曲线的比较

     OnTool干泵成功用于OTB太阳能公司的DEPx太阳能电池镀膜系统中,使得其真空系统的安装变得容易了许多。一台泵和一个阀门就可以替代原来的涡轮分子泵、前级泵、三个阀门以及大量的真空系统安装过程中的零部件。同时也可以降低控制软件和系统线路的复杂性。另外,由于机器零部件的减少,降低了系统的非运转时间,使系统可以长时间连续工作。