本文介紹和給出了擴散泵以及擴散噴射泵的主要尺寸、參數(shù)的設(shè)計與計算，并對抽氣速率、蒸發(fā)面積及噴咀設(shè)置與返流率等問題進行探討。最后對兩種產(chǎn)品實例進行分析和計算，為產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和改進提供參考和依據(jù)。

1、概述

　　自1913 年Gaede 發(fā)明擴散泵至今已有101 年，在此期間技術(shù)上已經(jīng)有很大進步。現(xiàn)在生產(chǎn)的油擴散泵抽速已達到100000 L/s 以上，擴散噴射泵的抽速也達40000 L/s，蒸汽流真空泵在真空應(yīng)用領(lǐng)域中起著十分重要的作用。盡管有許多其它類型的抽氣方式也可以在高真空領(lǐng)域工作，但由于擴散泵結(jié)構(gòu)簡單、操作和維護方便、使用壽命長、對各種氣體均有較好的抽氣特性，因而它一直是獲得高真空的主要抽氣設(shè)備。而擴散噴射泵，由于抽氣量大、反壓力高，因而需要的前級泵容量小，也是獲得中真空較為理想的抽氣方式。

2、抽氣速率和抽氣量

　　抽氣速率是評定蒸汽流真空泵的最重要指標，為方便于不同尺寸產(chǎn)品的比較，引入抽速系數(shù)這個詞匯來評判最為合理。

　　抽氣速率是指按國家標準在泵上放一個標準試驗罩，并引入一個已知的氣體量Q，在穩(wěn)定狀態(tài)下，測量泵口壓力P，因而得出抽氣速率S=QP，抽速系數(shù)是指泵的實際抽速與泵入口處按分子泄流計算的理論抽速之比值。

圖1 將7 in 試驗罩放置在35 in 試驗罩的頂上

　　Landfors 把一個7 in 直徑的小試驗罩放在一個35 in 擴散泵試驗罩的頂部，如圖1，像通常情況一樣做35 in 擴散泵的抽速試驗，并在圖中所示位置加裝模擬噴口帽和泵入口形狀的圓筒。噴口帽與小試驗罩直徑之比為0.286，角度為22°。這時所測得的抽速為4000 L/s，而將7 in 試驗罩放在一個7 in 泵上所測得的抽速為1600 L/s。因而確定泵的抽速系數(shù)為0.4，對于凸腔泵來說大約為0.5。

　　上個世紀80 年代，真空行業(yè)協(xié)會組織行業(yè)內(nèi)企業(yè)到歐洲考察并引進兩臺油擴散泵作為樣機進行泵的性能測試，測試地點選在蘭州真空設(shè)備廠和北京儀器廠，測試結(jié)果為：蘭州廠測試結(jié)果(泵口直徑準400 mm)抽氣速率，在1.3×10^-3~6.7×10^-2 Pa 時平均值為工作液DC-704 5820 L/s 抽速系數(shù)0.399KS-3 5725 L/s 抽速系數(shù)0.393北京廠測試結(jié)果(泵口直徑準320 mm)抽氣速率在1.3×10^-3~6.7×10^-2 Pa 時平均值為3600 L/s，抽速系數(shù)為0.386。

　　機械工業(yè)真空設(shè)備質(zhì)量檢驗中心也曾對瓦里安公司生產(chǎn)的兩臺泵口直徑為準890 mm 的油擴散泵抽速進行測試，其中一臺抽速為31696 L/s，而另一臺抽速為26231 L/s，其平均抽速為28963 L/s，平均抽速系數(shù)為0.4。

　　可以認為，對于直筒擴散泵，其抽速系數(shù)是0.4。對于擴散噴射泵，其抽速系數(shù)要比擴散泵低一些，應(yīng)該是小于0.3。

圖2 6 in 擴散泵入口和兩個噴嘴之間被抽氣體(空氣)的密度分布

　　何氏系數(shù)是指噴咀間隙面積上的實際抽速與該處按分子泄流計算的理論抽速之比。圖2 為1974年第六屆國際真空會議上Hablanian 撰文給出的一臺6 in 油擴散泵在入口壓力為0.4×10-3×133 Pa時，噴咀間隙(環(huán)形面積)處以及兩個噴嘴之間壓力分布。可以看出，由于引入氣流，噴咀環(huán)形面積上壓力不同，很難找出一個能代表這個面積上的壓力，因而不能測定出這個環(huán)形面積上的實際抽速，當(dāng)然也就計算不出何氏系數(shù)值。因而用何氏系數(shù)來表示泵的特征參數(shù)，目前還值得商榷。關(guān)于抽氣量，由于單級噴咀不能產(chǎn)生高的抽速和大的壓縮比，因而泵都由多級噴咀串聯(lián)工作來達到較好的工作特性。在泵的工作中，總有極少部分的油蒸汽或泵油裂化物不能充分冷凝，這將造成下一級的噴咀工作負擔(dān)增加。圖3 為擴散泵對各種氣體的抽氣特性，由圖中可以看出;泵對泵油蒸汽和裂化物抽氣能力很低，而泵在實際工作中，頂噴咀以下各級噴咀的實際負擔(dān)在逐級增大。

圖3 擴散泵對各種氣體的抽速特性曲線

5、結(jié)束語

　　通過上面兩個實例的計算，可以看出計算結(jié)果和實際尺寸有一定的誤差。希望共同做進一步探討，提供更準確的工作模型和計算式。不過美國CTI 公司Steinherz 來華講學(xué)時曾指出：擴散泵理論計算只能做尺寸估算的手段，性能的提高和完善主要依靠實驗室逐步完成，這一點也是國人的普遍共識。

　　筆者認為一方面要加強實驗室工作，另一方面也要注重產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)的精度，噴咀系統(tǒng)要有良好的剛性，以保證調(diào)試工作中測試數(shù)據(jù)的可靠性和重復(fù)性。由于噴咀系統(tǒng)都是由多級組成，互相間影響，調(diào)試中要把相互間的影響一并考慮。