一般分子泵機組的設計是單氣路, 如圖4 所示。工作過程是: ①啟動前級機械泵P2 使真空室內氣體經過連接管路—分子泵—連接管路—機械泵, 然后排到大氣。②當分子泵前級達到分子泵啟動壓強時啟動分子泵, 真空室內氣體同樣經過連接管路—分子泵—連接管路—機械泵, 然后排到大氣。在過程①中, 分子泵沒有啟動, 僅起到一個管路的作用, 但由于分子泵具有多層渦輪型葉片的復雜結構,增大了機械泵的流阻, 同時也就必定增加了抽氣時間。而對于前級是有油旋片泵的分子泵機組, 分子泵的這種結構起到擋油作用, 大大減少了機械泵的返油。有油分子泵機組上的分子泵需要定時清洗就是因為這個原因。

圖4　單氣路連接分子泵機組示意圖

       對于本套機組而言, 如果采用一般氣路設計方案, 在干泵粗抽時, 氣體要先經過兩個結構復雜、流阻大的分子泵才能排到大氣, 對于較大的系統采用這種方案抽氣時間較長, 是不可取的。我們充分利用干泵不會對真空系統造成油污染的優點, 又利用1By6 型干泵的大抽速性能, 對原有氣路增加了一套旁路(見圖5) , 工作過程是: ①開啟閥門V 1、V 2, 啟動干泵P3, 開啟低真空計G2, 抽除真空室及兩個分子泵中的氣體; ② 當低真空計G2 的指示達到100Pa 時, 關閉閥門V 2, 啟動牽引分子泵P2, 開啟真空計G1; ③待達到A TP100 的啟動壓強后, 開啟渦輪分子泵P1。

圖5　帶旁路分子泵機組氣路示意圖

泵間配合計算

        本文以N 2 為例進行計算, 經過圖5 中帶旁路設計的工作過程①②, 根據圖2 (P2 的抽速曲線) , 可計算最大排氣量為Q = 300 Pa·L/s, 又根據P2 的最大出氣口壓力要求, 可計算出P2 需前級泵的抽速S 干> 0. 075 L/s; 由干泵抽速曲線圖3①可知, 干泵不僅能滿足要求而且有很大的盈余。開啟冷規, 當冷規激發并工作正常后, 此時真空度進入0. 1 Pa 便啟動渦輪分子泵P1, 再根據P1 的抽速曲線計算出最大排氣量為Q = 9 Pa·L/s , 再由P1 最大出氣口壓力要求計算出牽引分子泵抽速S 牽分> 0. 9L/s。從牽引分子泵抽氣曲線可以得知牽引分子泵抽速滿足要求但盈余不大。

連接管路、儀器支架的設計及選擇

      根據泵間配合的計算并結合BEPC 的實際情況設計了連接管路及儀器支架, 其特點主要表現在以下兩個方面。

        ①兩個分子泵及其電源、高真空計及規管安裝在一個儀器推車上, 干泵安裝在另一個儀器車上, 兩車就位后用波紋管(兩端快卸卡箍) 連接。這樣就避免了干泵運轉時的強烈震動影響分子泵及真空計工作。此外由計算知, 干泵作牽引分子泵前級抽速盈余較大, 波紋管上的抽速損失不會對機組運行造成太大影響。

        ②充分利用兩分子泵體積小、重量輕、安裝方向靈活的優點, 使渦輪分子泵正向垂直安裝, 牽引分子泵反向垂直安裝。這樣就可以降低機組的高度且儀器推車的制造也相對簡單。由于牽引分子泵作渦輪分子泵的前級抽速盈余不大, 因此兩泵之間用適當尺寸的三通連接(其中一通為檢漏儀預留) , 這樣可以減少管路上的抽速損失。

總結：

        通過合理的設計連接, 最大限度地發揮了各泵的優點, 使連接后的機組得到很好的使用。此外, 由于干泵耐可凝性氣體的能力較差, 在使用中要注意清洗原來使用過有油機械泵的被抽室。當干泵抽過一定數量曾暴露過濕度較高的大氣的被抽室, 干泵的極限真空就會下降。當這種情況發生時, 我們通過實驗總結出一個經驗, 解決了泵室中的水分子含量較高的問題, 提高了泵的極限真空。因此, 如果有條件的話, 破壞真空時最好對被抽室充干燥氮氣。如果高真空泵為冷凝泵就會大大減少這種情況。