涡轮分子泵的结构示意图和涡轮叶片展开图如图4-51及图452所示。从图中可知,泵  的转子和定子都装有多层(一般为15~31层)涡轮叶片,转子与定片叶片的倾斜面方向相  反。每一个转子处于两个定片之间。涡轮分子泵工作时,转子高速旋转迫使气体分子通过叶  片从泵的上部流向出口,从而产生抽气作用。排出的气体经排气管道由前级泵抽走

求闪装有许多轮叶,每一叶轮上有许多斜置叶片。叶轮转动时有与电风扇叶轨类  似的作用,能将气体从一方抽向另一方,如图4-53所示,p1<P2,P2/p1称为该片叶轮的  压缩比。实际分子泵上各个轮叶是动叶轮与静叶轮相间安排的,且它们之间的倾斜角度互为  镜像,如图4-54所示

见取一个轮叶来进行讨论。如图4-55所示为轮叶的展开图。叶片的几何形状和尺寸用  三个参数来表示:槽间隙S、槽弦长b、槽平面与轮叶平面的交角a(称叶面角)。叶片厚度
b与S相比一般可略去不计。图中各轮叶设为向下运动

4-56射分子的術度分布  轮叶旋转时和气体间有相对速率u。如图4-56所示,先看轮叶左侧即①侧的气体,除  了能直接通过轮叶者外,大部分气体分子都以近似于相对速率a的方向,碰撞至轮叶的D  处,碰撞于D处的分子呈漫散射,它们朝向A、B、C角的概率决定于余弦定律。B角部  分的分子将再次与气槽的另一壁碰撞;A角部分直接进入②侧;C角部分飞回①侧。值得  注意的是,A角比C角大,故分子飞到②侧的概率就比返回侧的概率大。同理可以讨论右  侧即②侧的气体。这时C角部分进入①侧,A'角部分返回②侧,B'角部分再次与气槽的另  壁碰撞。但是,因A角比C角大,故大部分分子仍然返回②侧。因此,旋转的轮叶就产  生压缩作用,即平均说来将气体从①侧压往②侧。不难理解,这是由于叶片倾斜于运动方向  造成的。  下面将根据轮叶两侧各自向另一侧传输概率不同的观点,分析旋转轮叶产生的抽速及压  缩比,以及其他有关问题。  假定  (1)气体分子为分子流状态,与轮叶碰撞后按余弦分布;  (2)气体分子的温度和轮叶的温度相同;  (3)轮叶两侧的分子速率分布相同  令W12表示分子从①侧碰撞到轮叶最后传输到②侧的概率;W21表示分子从②侧碰撞到  轮叶最后传输到①侧的概率;N1、N2分别表示每秒从①侧到②侧碰撞到轮叶上的分子流  数日;H表示从①侧到②侧净流的分子数对碰撞的分子数N1的比值,即轮叶的何氏系数。  于是在稳定时有
HNI=N,WI2-NW2Y

(4-62)  移项后分别有
N2-W12H

N  H-W12 Ni

(4-64)  因设温度相等,故N、p,即式(4-63)为轮叶压缩作用所产生的压缩比K。从式(4-63)  和式464)可见:当H=0时,即在零流量时压缩比达到它的最大值;当压缩比N2=1时,  H值达到它的最大值。故有
W

65)  W
W  在槽的间隙s与弦长b之比,=1的情况下,在大型电子计算机上用蒙特卡罗方法,由  式(4-65)和式(4-66)决定的零流量时的压缩比,和单位压缩比下的何氏系数与速率比值  (轮叶的线速率与气体分子最可几速率之比)的关系,其计算结果如图457所示

实际情况下,轮叶转速所能达到的速率比值一短六  2(对于常见气体),由图可知,在此范围内,随着转速的  增加,轮叶的何氏系数和压缩比均有显著的增加,这相当  于气体分子中有更多的分子直接由①侧进入②侧,以及以  较接近于切向速率的方向与轮叶的D处碰撞。随着叶面  角a角的增加,在同一速率比值下压缩比有所减少,而对  何氏系数则以a角为300-40°最佳。
在设计泵时,既不能单纯追求大抽速而无压缩比,也  不能单纯追求最大压缩比而无抽速,以上任何一种选择都  会使分子泵无法正常工作。从图458可看到,分子泵的  实际结构中,上部、下部的轮叶结构不同。上部叶片长,  叶片间距大、叶片角度也大,在该部分主要以实现大抽速  为目的;而下部的叶片短、叶片间距小、叶片角度小,以  达到大压缩比的要求。