渦輪分子泵于1957年首次問世，各國真空企業(yè)都有產(chǎn)品投放市場，已獲得發(fā)展和推廣應(yīng)用。渦輪分子泵的應(yīng)用范圍與擴(kuò)散泵基本相同，這兩種泵均可由前級泵不停地向大氣中排氣，進(jìn)口壓力在1 Pa~10^-7 Pa范圍，抽氣都對分子類別無選擇性，從70 l/s~10000l/s的泵都能得到。特殊用途還有更小或更大的渦輪分子泵。擴(kuò)散泵有60000 l/s的產(chǎn)品，目前一般用途的渦輪分子泵沒有大于10000l/s的。

　　分子泵輸送氣體應(yīng)滿足二個必要條件：

　　1、渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)下工作。因為當(dāng)將一定容積的容器中所含氣體的壓力降低時，其中氣體分子的平均自由程則隨之增加。在常壓下空氣分子的平均自由程只有 0.06 μm ，即平均看一個氣體分子只要在空間運動 0.06 μm ，就可能與第二個氣體分子相碰。而在 1.3Pa 時，分子間平均自由程可達(dá) 4.4mm 。若平均自由程增加到大于容器壁間的距離時，氣體分子與器壁的碰撞機(jī)會將大于氣體分子之間的碰撞機(jī)會。在分子流范圍內(nèi)，氣體分子的平均自由程長度遠(yuǎn)大于分子泵葉片之間的間距。當(dāng)器壁由不動的定子葉片與運動著的轉(zhuǎn)子葉片組成時，氣體分子就會較多地射向轉(zhuǎn)子和定子葉片，為形成氣體分子的定向運動打下基礎(chǔ)。

　　2、分子泵的轉(zhuǎn)子葉片必須具有與氣體分子速度相近的線速度。具有這樣的高速度才能使氣體分子與動葉片相碰撞后改變隨機(jī)散射的特性而作定向運動。

　　分子泵的轉(zhuǎn)速越高，對提高分子泵的抽速越有利。實踐表明，對不同分子量的氣體分子其速度越大，泵抽除越困難。例：H₂在空氣中含量甚徽，但由于H₂分子具有很大的運動速度( 最可幾速度為1557m/s) ，所以分子泵對H₂的抽吸困難。通過對極限真空中殘余氣體的分析，可發(fā)現(xiàn)氫氣比重可達(dá)85%，而分子量較大，而運動速度慢的油分子所占的比重幾乎為零。這就是分子泵對油蒸氣等高分子量的氣體的壓縮比很高，抽吸效果好的原因。

　　現(xiàn)以渦輪分子泵的一個葉片為例說明它的抽氣原理。假設(shè)一個軸流式單葉列在分子流范圍內(nèi)以速度 V 運動，如圖1所示。

圖1：渦輪分子泵抽氣機(jī)理圖

　　設(shè) I 側(cè)為吸入側(cè)，Ⅱ側(cè)為排氣側(cè)。從 I 側(cè)向Ⅱ側(cè)運動的氣體分子，可分為以下幾種情況：有一部分氣體分子與葉片的端部相碰返回 I 側(cè)，一部分氣體分子直接通過葉片槽到達(dá)Ⅱ側(cè)，還有一部分氣體分子在葉片槽內(nèi)與葉片壁相碰，其碰撞結(jié)果將使一部分到達(dá)Ⅱ側(cè)，而另一部分氣體分子返回 I 側(cè)。同樣，對于Ⅱ側(cè)來講，也有一部分氣體分子自Ⅱ側(cè)直接抵達(dá) I 側(cè)，一部分氣體分子與葉片碰撞后或返回Ⅱ側(cè)或抵達(dá) I 側(cè)。如圖 21(b) 所示，當(dāng) I 側(cè)的氣體分子與葉片相碰后反射方向在α1 角內(nèi)的將又回到 I 側(cè)，而反射方向在β1 角內(nèi)的氣體分子最后將進(jìn)入到Ⅱ側(cè)或散射回 I 側(cè)，撞擊在γ1 角內(nèi)再反射的氣體分子將進(jìn)入Ⅱ側(cè);同樣，凡是從Ⅱ側(cè)入射到葉片上的氣體分子在角α2 內(nèi)再反射的氣體分子仍回到 I 側(cè)，在角γ2 內(nèi)再反射的氣體分子將散射到 I 側(cè)，而在角度β2 內(nèi)再反射的氣體分子或散射到 I 側(cè)或返回Ⅱ側(cè)。從α1 、α2 、β1 、β2 、γ1 、γ2 角度的大小關(guān)系可以看出：氣體分子從 I 側(cè)最終通過葉片進(jìn)入到Ⅱ側(cè)的幾率 M21 大于氣體分子從Ⅱ側(cè)最終到達(dá) I 側(cè)的幾率 M 21 且葉片的運動速度 V 值越大，效果越明顯，這樣就實現(xiàn)了泵的抽氣目的。葉片的傾角α、葉片弦長 b 、節(jié)弦比 S0 、線速度 V 對葉列的抽氣效果都有影響。

　　設(shè) N1 、 N2分別表示自 I 側(cè)和 I 側(cè)入射到葉片的氣體分子流量。而用 W 表示由 I 側(cè)到達(dá)Ⅱ側(cè)的凈氣體分子流量與入射氣體分子流量之比， W 稱何氏系數(shù)，則有公式(1)或公式(2)

　　假定葉片兩側(cè)溫度相等，而且氣體分子速度分布函數(shù)相同，則N₂ / N1等是密度比n₂ / n₁等或是壓縮比P₂ / P₁。即：(3)

　　通過葉列的凈氣體流量為零時，可得最大壓縮比 (4)

　　在壓縮比為1時 (P₂=P₁) ，何氏系數(shù)最大，即 (5)

　　實際的渦輪分子泵都是由多級葉列串聯(lián)組成，即按動片、定片、動片、……次序交替排列的。泵的總壓縮比是由葉列的級數(shù)決定的。在渦輪分子泵的設(shè)計中，應(yīng)對多級葉列的組合進(jìn)行優(yōu)化選配。一般在泵入口側(cè)附近應(yīng)選擇抽速較大的葉片形狀及尺寸，其壓縮比可以相對的小一些。在經(jīng)過幾級壓縮之后氣體壓力升高，抽速下降了，這時就應(yīng)該選擇那種壓縮比高、抽速低的葉片形狀。這樣設(shè)計可以使整臺泵的抽氣性能得到抽速大、壓縮比高、級數(shù)少的理想結(jié)果。

　　計算分子泵葉列傳輸幾率M₁₂和M₂₁的方法很多。例如：積分方程法、角系數(shù)法、蒙特卡羅法、矩陣法、工程近似計算法等等。