前蘇聯高真空擴散泵統一系列工作的回顧

2013-11-14 楊乃恒 東北大學

  詳細地介紹了前蘇聯1953年由國家制訂的高真空油擴散泵工業產品的統一系列。該系列包括五種規格,在入口壓力為1×10-4~1×10-5Torr(1Torr=133Pa,下同)范圍內,對空氣的抽速為100~8000L/s,用…-1A號泵油獲極限壓力為(2~5)×10-6Torr。以后又補充一臺H-40T大泵抽速為32000L/s。抽速100和500L/s的泵為二級噴咀;抽速為2000、5000和8000L/s的泵為三級噴咀,而32000L/s的大泵出口連接一臺‚-3型油增壓泵。所有這些泵的最大出口壓力不低于0.1Torr,因此前級泵可直接用機械真空泵,不用增壓泵即能正常工作。1990年按國際標準口徑又研制了新系列產品,性能有所改進。本文對目前我國生產高真空系列擴散泵有一定的參考價值。

  由于高真空油擴散泵產品的繁雜,急待統一典型的產品系列,也是發展高真空應用設備工作的繼續和必需。

  研制的目的是要建立國家的統一系列,即泵的抽速為100~8000L/s。同以前生產的舊型產品相比,要求做到生產成本便宜,操作更為簡便。在開始研制統一系列產品之前,以1948~1951年生產的8種高真空擴散泵為基礎(即抽速為100~26000L/s的高真空擴散泵),這些泵的主要性能如表1所示。

  但是,這些已生產過的高真空擴散泵,有著致命的缺點,在新設計產品系列時必須加以克服。這些舊泵的主要缺點是:

  單個泵相互之間,比特性有明顯的差別,其中與某些現代成就不相稱(表1);

表1 高真空擴散泵的主要性能(1948~1951年)

高真空擴散泵的主要性能

  各個泵的結構型式極不統一;

  泵的裝配和拆卸很復雜(特別是加固用的零件數目多)(見表2);

表2 主要外形尺寸和擴散泵典型結構的零件數量(不計電加熱器)

主要外形尺寸和擴散泵典型結構的零件數量

  泵體的冷卻系統,采用焊接的蛇形管,利用稀缺的金屬錫;

  制造泵所用的有色金屬材料消耗量大(例如冷卻系統),平均為所用材料成本的75%(見表3)。

表3 擴散泵典型結構的材料重量和成本(不含電加熱器按1952年價格計)

擴散泵典型結構的材料重量和成本

  原H-5T這個泵的特征是:

  與其余同類型的泵相比,它有最好的比特性(見表4)。

表4 ˜ƒH-15、H-4和H-5T擴散泵比特性比較表

˜ƒH-15、H-4和H-5T擴散泵比特性比較表

  在泵內用三級導流管,第三級為噴射級。它可不用增壓泵,使泵能照常工作。以前這種噴射器僅在小抽速的擴散泵(˜ƒ-100和˜ƒ-15型泵)上應用。在這個H-5T泵的運行試驗表明:在高抽速的大型擴散泵上裝置噴射級,實際上是可行的和合理的。減少了制造抽氣裝置的材料消耗,降低了成本,還降低了操作過程中的電能消耗達50%。

  在導流管的下面裝有環形分餾裝置,加強了油在泵中的分餾過程,縮短了達到極限壓力的時間,并且極限壓力得到改善(見圖1)。

高真空油擴散泵的分餾裝置

圖1 高真空油擴散泵的分餾裝置

  導流管的固定是利用一個帶螺紋的中心拉桿。噴咀間隙尺寸的固定也不用專用的限位器,大大減輕了泵的裝配和拆卸過程(圖2)。

H-5T泵上噴咀固定的示意圖

圖2 H-5T泵上噴咀固定的示意圖

  加固用零件數目少(在同樣的擴散泵中,H-4為75件,而H-5T僅為6件)(見表2)。

  與同類泵相比,它的外形尺寸小、重量也輕(見表4)。

  因此,高真空擴散泵的統一系列,則以原H-5T型擴散泵為新系列的基形。

結論

  1953年統一系列研制的五種尺寸的擴散泵,在1×10-5~1×10-4Torr壓力范圍內,對空氣的抽速從100~8000L/s,以后的H-40T泵的抽速為32000L/s。而1990年研制新系列產品五種尺寸,在10-4~3Pa的壓力范圍內,抽速分別為310,640,2150,5600和15500L/s。

  用…-1A泵油時1953的泵的極限壓力為(2~4)×10-6Torr,而1990年產品的極限壓力為7×10-5 Pa。

  對于1953年系列產品的最大出口壓力為0.1Torr,而H-40T出口加增壓泵故出口壓力為0.3Torr,而1990年產品為27Pa。

  1953年系產品100,500L/s為雙級泵,2000,5000和8000L/s為三級泵,第三級均為噴咀器。

  在導流管下部加分餾裝置,加速了泵油在泵中的分餾過程。改善了極限壓力。

  冷卻系統由蛇形管改為水套式冷卻。

  另件數量減少使成本降低。

  所有泵的尺寸和重量減少了。

  拆裝方便,噴咀間隙不用限位器固定。

  回顧前蘇聯新舊系列產品的研制過程,對我們統一產品系列,標準化生產,提高性能和降低成本是可以借鑒的。有不當之處,請批評指出。