分子泵是一种通过高速旋转的转子将动量传递给气体分子，从而使它们获得定向速度并最终被排出的真空泵。它的工作原理是利用转子的高速旋转，使得气体分子与其发生碰撞并获得定向速度，随后这些分子被压缩并排向前级泵。

分类

分子泵分为三种类型：

1. 牵引分子泵：气体分子与高速运动的转子相撞，从而获得动量并被驱赶到泵的出口。

2. 涡轮分子泵：依靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互作用来实现抽气功能。这类泵通常在分子流状态下工作。

3. 复合分子泵：这是一种结合了涡轮式和牵引式的分子泵，具有更广泛的适用范围和更高的效率。

工作条件

分子泵的工作条件包括：

1. 转子转速至少达到20,000 r/min，因此分子泵的启动时间相对较长。

2. 在气体处于分子流状态的情况下，分子泵需要配备前级泵，通常选择旋片泵作为前级泵。

结构特点

复合式分子泵是涡轮分子泵与牵引分子泵的串联组合，集两种泵的优点于一身。在广泛的压力范围内（10^-6 ~ 1 Pa），复合式分子泵具有较大的抽速和较高的压缩比，显著提升了泵的出口压力。法国Alcatel公司生产的复合分子泵采用了气体静压轴承和动态密封技术，实现了完全无油操作，并能够直接向大气中排气。

分类

复合式分子泵的形式多样，按照结构可分为两类：一是涡轮叶片与盘式牵引泵的串联组合；二是涡轮叶片与筒式牵引泵的串联组合。涡轮级主要用于提升泵的抽速，通常采用有助于提高抽速的叶片形状，级数不超过10级。牵引级则用于增加泵的压缩比和出口压力。

盘式牵引级

盘式牵引级由多个按特定规律开有型线沟槽的圆盘组成，型线可能包括阿基米德螺线、对数螺线、圆弧线等多种形式。当转子高速旋转时，圆盘对气体分子进行“拖动”，引导其沿着沟槽做内外往返的定向流动，从而实现抽气。

筒式牵引级

筒式牵引级的沟槽位于转子圆柱外表面或泵体内表面上，这使得圆柱外圆的高线速度得以有效利用，从而增强对气体分子的动量传递，提高抽气效果。通过调整螺旋沟槽通道与抽气方向之间的夹角（即螺旋升角），可以获得更好的抽气效果。

设计要点

在复合分子泵的设计过程中，必须妥善处理涡轮级与牵引级之间的匹配和连接问题。由于涡轮级的抽气面积较大，抽速较高，而牵引级的沟槽抽气面积相对较小，两者的连接处会导致气体分子运动的无序性增加，进而影响抽气效率。因此，在设计时应当在涡轮级和牵引级之间加入过渡级结构，以改善泵的抽气性能。

标准规范

分子泵的相关标准包括：

- JB/T 10771-2007 真空技术 复合分子泵

- JB/T 9125-2007 真空技术 涡轮分子泵

- SJ 3192-1989 立式涡轮分子泵型式与基本参数

- SJ/T 10097-1991 F-250/1400型立式涡轮分子泵

- SJ/T 11085-1996 立式涡轮分子泵通用技术条件

- ISO 5302:2003《真空技术 涡轮分子泵性能参数的测量》

- GB/T 7774-2007 真空技术 涡轮分子泵性能参数的测量

参考资料

分子泵的结构和原理图.真空技术网.2024-09-18

涡轮分子泵是如何工作的？.Leybold.2024-09-18

2022年中国分子泵行业市场现状及竞争格局分析 中科科仪引领国内分子泵技术【组图】.前瞻网.2024-09-18