真空技术书籍,第二版

4.9.1.2 Holweck 级工作原理

Holweck 级(图 4.26)是多级 Gaede 类型的分子泵, 具有 螺旋形泵通道。由于转子的旋转,进入泵通道的气体分子接 收到通道方向的牵引速度。回流损失的出现是因为挡板之间 的间隙,该挡板将 Holweck 通道彼此隔离并将其与转子隔 离。 间隙的宽度必须保持较小,以减少回流。绕定子 (2) 中 螺旋形通道旋转的圆柱形套筒 (1) 用作 Holweck 级。 将定子 安排在转子的内外使得两个 Holweck 级很容易集成在同一泵 内。这意味着,被抽出的气体通过定子通道被输送到转子的 外部, 然后通过另外的定子通道被输送到转子的内部,直到 它们通过收集通道被输送到前级泵。一些现代涡轮分子泵具 有几个这样的“折返”Holweck 级。

Holweck 级的抽速 $S_0$ 等于:

\[S_0=\frac{1}{2} \cdot b \cdot h \cdot v \cdot \mbox{cos }\alpha \]

公式 4-12: Holweck 级的抽速

其中, $b \cdot h$ 是通道横截面, $v \cdot \mbox{cos }\alpha$ 是通道方向的速度分量。

压缩比因通道长度 $L$ 和速度 $v \cdot \mbox{cos }\alpha$ 以指数方式增长 [4]:

\[K_0=\frac{v \cdot \mbox{cos }\alpha \cdot L}{\bar{c} \cdot g \cdot h} \mbox{with 1 < g < 3}\]

公式 4-13: Holweck 级压缩比

使用该公式计算得到的值在实际 Holweck 级中无法实现, 因 为从相邻通道经过挡板的回流急剧降低了压缩比, 而且这种 影响没有考虑在公式 4-13 内

为使极限压力在 0.5 和 5 hPa 之间以隔膜泵为前级建立涡轮 分子泵系统,涡轮分子泵目前配备了 Holweck 级。这些类型 的泵被称为涡轮拖动泵。由于涡轮分子泵的高压缩比而只需 低抽速就能获得低的本底压力,排气通道,特别是通道高度 以及转子之间的间隙可以保持得极小,从而仍然在 1 hPa 范 围内提供分子流。同时,这使氮的压缩比增加了所需的 103数量级。从图4.27中可以看出, 压缩比曲线向较高压力移动 了大约 10 的二次幂。

纯涡轮分子泵和涡轮拖式泵的压缩比

图 4.27: 纯涡轮分子泵和涡轮牵引泵的压缩比

对于专为大气体流量而设计的涡轮分子泵,提供了折中方 案, 其中涉及到气体抽气量、前真空兼容性以及颗粒耐受 性,且 Holweck 级中间隙距离增大了。