真空系统设计（捕集器(阱)）

2.3捕集器(阱)

在有机械泵-蒸气流泵组成的真空系统中,存在着工作液的蒸气,如油蒸气、汞蒸气、水蒸气等,这些蒸气进入被抽容器后,使真空度降低,氧化电热体和被加工器件,污染真空系统。目前,扩散泵的返油率一般在10-1~10-2mg/(cm2·min);国外的扩散泵采用DC-705、聚苯醚和烷基萘油时,返油率在10-3mg/(cm2·min)。为了减少和消除这些有害蒸气,在有油真空系统中广泛使用捕集器来捕集或消除它们。捕集器的种类很多,捕集蒸气的方法也各不相同。按捕集蒸气的原理不同,将捕集器分为:机械捕集器、冷凝捕集器、吸附捕集器和其他捕集器四大类。

2.3.1机械捕集器

2.3.1.1捕集原理及挡油帽

机械捕集器又称挡板、障板、机械阱、挡油器等,它主要用来防止蒸气流泵工作液的蒸气分子进入被抽容器。在高真空状态下,分子自由程远大于容器的线性尺寸,蒸气分子做直线运动;因此,在蒸气通路上安装不同结构的光学屏蔽性的壁板等组件,使直线运动的蒸气分子在壁板上凝结或反射回去。用这种机械阻挡的方法消除或减少蒸气分子进入被抽容器的装置,称为机械捕集器。常见多用的机械捕集器的形式如表2-16所示。

表2-16常见的机械捕集器形式

还需采用其他挡油措施,使返流的蒸气分子减少到最小值。采用机械捕集器是其他挡油措施之一。通常加挡油帽后使泵抽速降低小于20%。此外,挡油帽向下伸出长度愈大,效果愈好,但尺寸过大会使抽速降低过多。通常挡油帽边缘与蒸气射流表面相切,这样既不阻挡工作蒸气的主流,又能挡住蒸气向高真空端的返流。设计方法如图244所示,先画出导流管和喷嘴外沿的连接线AB,再在距B为1cm左右处引垂线CD,延长AB与CD交于E点,此即挡油帽的外缘由常规扩散泵的抽速计算可知,当不带挡油帽时泵抽速S1为:

若加上挡油帽时,则抽速S2为:

式中,D为泵入口直径,mm;Ho为何氏系数;d1为喷嘴直径,mm;

d2为挡油帽直径,mm。

上述两式相比,则得到如下关系:

因为扩散泵的喷嘴直径d1与泵入口直径D的关系通常为:d1=(0.3~0.5)D,故抽速的影响将低于20%。

挡油帽伸出长度(或高度)H(mm)可由图2-45得出下式:

图2-44机械捕集器设计 图2-45挡油帽伸出长度计算

式中,δ为挡油帽边缘厚度,mm;α为喷嘴角度,(°)

各种形式挡油帽的挡油效果如图2-46所示。图2-46(a)为不 加挡油帽时,设挡油量为1;其余各图为加挡油帽及水冷套等措施后的挡油量,数值愈小,挡油效果愈好。

图2-46各种挡油帽的挡油效果