涡轮分子泵压缩比  式(2-21)表明最大压缩比要求正向和反向传输概率之比应当最大。克鲁格和  夏皮罗用蒙特卡洛法计算12和2与叶片角度a、叶片间隔和弦长之比5/b以及叶  片与气体分子最可几速度比C=w/√2RT/M的函数关系见图2-20,并给出了零流  量条件下单级涡轮叶片的压缩比的计算值。在s/b≤1.5线段区域，压缩比的对数  值与叶片速度比近似呈线性关系

(222)  exp/v√M  K

aRT  由式(2-22)可以看出，压缩比与叶片速度vBM2呈指数关系。对氢、氦等轻  的气体压缩比很小，对氩等重的气体压缩比大。若叶片速度达到400m/s时，对氩  和氢的速度比分别为1和0,3。此数值，在图220(c)a=30°曲线中对应的压缩比  分别为对氢为1.6,对氩为4。叶片的线速度与叶片半径、转子的角频率呈正比  (vB=ru),叶片端部线速度大，靠近转子中心，线速度和叶片间隔与弦长之比均  小。从叶片端部到转轴中心区域，分子泵的压缩比逐渐降低。因此设计分子泵的开  般在半径的1/3处。涡轮分子泵在零流量的最大压缩比只发生在不抽气  槽深度  的时候，在实际工作时不可能做到。而公式(2-22)给出的压缩比与叶片速度、几  何形状及分子量的指数关系仍然正确。实测的K值与M平方根关系，示于图  2-21中。

压缩比实验曲线的测试方法是首先将分子泵抽到极限压力，关掉前级维持泵，  然后将气体通过节流阀放入分子泵的前级，逐渐升高前级压力，测出的前级压力与
进口压力之比作为泵的压缩比。随着前级压力不  断升高，靠近前级的叶片组首先进入过渡流，进  入黏滞流范围时气体阻力增大，使转子的转速降低，压缩比迅速降低。涡轮分子泵的压缩比与前级压力的关系曲线见图2-22。压缩比曲线形状类似于扩散泵的极限压力曲线。一般将压缩比降低20%作为分子泵极限前级压力，超过极限压力时，泵的压缩比迅速衰减。过高的前级压力(例如突然暴露大气),可能使相邻叶片因机械碰撞而损坏

涡轮分子泵抽速  在分子流范围内，由于入射到泵进气口的气

0

10  10

10  体分子数与分子的热运动速率成正比，所以，叶

前级压力  片的净抽速与碰撞分子的分子量无关，也与压力
图2-22涡轮分子泵的压缩  无关，其最大抽速Smx与泵的特征几何形状因素

比与前级压力的关系曲线  G和叶片圆周速度vB的乘积成正比。

2-23)  max~UBG(中)  最佳设计的涡轮分子泵的抽速大致正比于转速。采用新型材料，涡轮分子泵的  实测抽速与被抽气体相对分子质量的关系示于图223。其对轻气体的抽速要比重  气体的抽速稍高一些。涡轮分子泵抽速曲线的高压端，抽速随进口压力升高而降  低。从抽速的平坦部分到前级泵抽速的过渡区，一般要横跨三个数量级(10-5~  10-2Pa)。当入口处压力升高到气体分子的平均自由程小于出口叶片盘的叶片之间  1/10间隔时，抽气性能开始变坏。增大涡轮分子泵前级泵的抽速，可改善涡轮分  子泵在高压力端的抽速曲线，图224中曲线I、Ⅱ、Ⅲ分别为配置不同抽速的前  级泵的涡轮分子泵在高压力端的抽速曲线。一般涡轮分子泵与前级泵组合时，两者  之间的抽速比K=S分/S前在50~100之间，若用于抽除氢气，需要配置更大的前  级泵，对于大型涡轮分子泵来说，选用罗茨泵机械泵抽气级组是最经济的前级抽  气系统。
图25所示为典型的涡轮分子泵抽速曲线，曲线形状与扩散泵的抽速曲线相  似。分子泵的抽速是由于叶片速度和气体分子到达并进入叶片间隙的流导的共同作  用所决定的，在分子流范围内，则抽速有一横跨将近五个数量级的平坦部分。对氢  的抽速稍大的原因是由于分子量不同的气体，在泵的入口叶片的流导和传输概率不  同。对于除氢以外的其他气体，抽速大致相同，因为流导反比于分子量的平方根，  而传输概率大致正比于分子量的平方根，使两者相互抵消

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