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涡轮分子泵的特点很多,但是随着我国机械、、电子、化工等领域的高速发展,涡轮分子泵想要扩大它的市场占有率,其需要克服的难题还有很多。这些不仅仅需要人士的专研,同时也需要各界的共同努力,对涡轮分子泵特点的进一步研究,相信在未来是个值得突破的课题。
典型的涡轮分子泵抽气系统 ,抽气系统设置分开的粗抽管道和前级管道,这种系统和常用的扩散泵抽气系统类似,其粗抽管道和前级管道的基本配置与扩散泵不同。扩散泵的正常运转要求前级泵具有足够大的抽速,以便在很大排气量时前级压力能低于临界前级压力,在涡轮分子泵抽气系统中,要选择具有足够容量的前级泵,使很靠近前级管道的叶片在很大排气量时处于分子流或者正好处于过渡流。
大多数涡轮分子泵的很大稳态进气口压力P1在0.5~1Pa之间,而很大前级压力P2约为30Pa。因为排气量为一常数,即P1S1=P2S2, (1)式(1)表明,涡轮分子泵抽速和前级泵抽速之S1/S2比应该在30到60的范围内,对于很大的对氢压缩比小于500的泵来说,其级配比应该为20:1。1-涡轮分子泵;2-液氮冷阱;3-放气阀;4-电离规;5-热传导规;6-粗抽阀;7-机械泵;8-前级管路阀;9-高真空阀。
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市场主要磁悬浮分子泵生产商包括真空、Atlas(Edwards&Leybold)、大阪真空机器制造所、和等,按收入计,2021年大厂商占有大约%的市场份额。从产品泵速方面来看,低于1500升/秒占有重要地位,按收入计,2021年市场份额为%,预计2028年份额将达到%。同时就应用来看,半导体行业在2028年份额大约是%,未来几年CAGR大约为%。
根据不同产品泵速,磁悬浮分子泵细分为:
低于1500升/秒
1500到3000升/秒
高于3000升/秒
根据不同应用,本文重点关注以下领域:
半导体行业
光伏行业
镀膜行业
其他
涡轮分子泵的工作特性主要表现在以下几个方面:
(1)抽速与转速的关系抽速与转速之间的关系大致为S(4-67)。其中:g是由几何形状决定的常数;u是活动刀片的转速。随着速度的增加,泵送速度比直线略慢。这可以通过在抽速较高时对进气管电导率的限制来解释。根据(4-66),随着S1的增加,S将偏离直线。
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分子泵入口应装设防护网,以避免异物进入泵内损坏泵转子和定子叶片。抽气系统装有单独粗抽管路的涡轮分子泵抽气系统的操作方法与扩散泵抽气系统相似。在开始粗抽以前,高真空阀和粗抽阀是关着的,而前级管道阀是打开的。首先关闭前级阀,启动粗抽泵(兼前级泵),打开粗抽阀开始对真空室进行抽气。在真空室内的压力降到150~100Pa时关闭粗抽阀,打开前级管道阀,再启动涡轮分子泵(需先接通冷却系统)。
如果分子泵入口处装有液氮冷阱,则应在泵加速到额定转速后(一般需5~10min)加注液氮。1-涡轮分子泵;2-液氮冷阱;3-放气阀;4-电离规;5-热传导规;6-粗抽阀;7-机械泵;8-前级管路阀;9-高真空阀。图1 典型涡轮分子泵抽气系统粗抽系统的配置随真空室的容积大小而有所不同。对500L/s或更小的涡轮分子泵来说,可采用一台双级旋片泵;1000L/s以上的涡轮分子泵则采用以机械泵为前级泵的罗茨泵机组。
在压力为100到150Pa时关闭粗抽阀,把真空室切换到涡轮分子泵上。对某些泵,这样做会引起轻微而滞后的瞬时减速,但这对抽气并无影响。正如扩散泵抽气系统那样,涡轮分子泵系统中的很主要的物质是水蒸气,其臭气时间将受液氮冷阱抽速的支配。如果不用液氮冷阱,那么这个系统抽除水蒸气的速度就会比同样抽速的无冷阱扩散泵略慢一些。
传统的产品设计和开发过程,常被当作是研制产品的一个步骤,因为产品的设计者不可能对上市时间、质量与可靠性、生产成本、售后及易维护性等全盘掌握,使用传统过程设计的产品在投入生产时不可避免地需要进行反复修改。产品生命周期设计方法通过提议、调查、实验室原型、生产原型、试运行和量产六个步骤来推动和设计过程,
在这些设计过程推进时,采用各种各样的测试和多个部门参与的交互式讨论和分析来决定产品设计方案和方向,而这其中的关键就是各种测试。为了验证各种不同的设计,执行了远超行业标准的大量测试,在量产之前陆续生产了多达1000余台样泵,对各项结构和功能参数进行测试和分析,很终产品定型时,仅选用了结果很佳的结构和方案。
扩展测试
寿命测试在通过对有统计学意义数量的泵进行加速寿命测试(长时间暴露于加速损坏的条件下),对泵的可靠性进行验证。该测试可确保泵无故障运行的平均时间超过五年。
冲击测试对一批泵在运行和非运行条件下进行一系列测试,证明泵的抗冲击性。每个泵受到30–120g的加速度,相当于从82厘米/32英寸高跌落(处于非运行状态的泵)和从15厘米/6英寸高跌落(处于运行状态的泵)。