真空泵的核心作用只有一个:从一个密闭或半密闭的容器中抽出气体分子,从而降低该容器内的气体压力,创造并维持“真空”环境。
这里的“真空”并非指绝对没有任何物质的完美真空,而是指压力低于标准大气压(101.325 kPa)的特定低压空间。根据压力范围的不同,可分为:
粗/低真空 (Rough/Low Vacuum): 10⁵ Pa ~ 10² Pa
应用:吸盘搬运、真空包装、干燥
中真空 (Medium Vacuum): 10² Pa ~ 10⁻¹ Pa
应用:冷冻干燥、灯泡制造、冶金
高真空 (High Vacuum): 10⁻¹ Pa ~ 10⁻⁶ Pa
应用:真空镀膜、粒子加速器
超高真空 (Ultra-High Vacuum): < 10⁻⁶ Pa
应用:表面物理实验、半导体研究
简单比喻: 真空泵就像一个超级“吸尘器”,但它不是吸灰尘,而是专门吸“空气”,把盒子里的空气抽走,让里面变得“空荡荡”。
二、真空泵的工作原理(How)
真空泵的工作原理主要基于两大类:气体传输(Transfer) 和 气体捕获(Entrapment)。绝大多数工业应用属于第一类。
类型一:气体传输泵(将气体从入口抽到出口排出)
这是最常见的一类,又分为变容式和动量传输式。
1. 变容式真空泵 (Positive Displacement Pump)
原理: 通过机械运动使泵腔的工作容积周期性变化,实现吸气、压缩和排气。就像用一个活塞在气缸里反复抽拉。
工作过程:
吸气: 泵腔容积增大,内部压力降低,吸入气体。
压缩/隔离: 泵腔容积减小或与进气口隔离,对气体进行压缩。
排气: 当气体压力超过排气口压力(通常为大气压)时,顶开排气阀将气体排出。
常见泵型:
旋片泵 (Rotary Vane Pump): 最常用的粗真空泵。转子带动旋片在偏心泵腔内旋转,滑动旋片将空间分隔,实现吸排气。
液环泵 (Liquid Ring Pump): 用水或其他液体作为活塞。叶轮偏心旋转,形成液环,液环与叶轮之间容积变化实现吸排气。可处理潮湿和含少量可凝性气体。
螺杆泵 (Dry Screw Pump): 两根咬合的螺杆在泵腔内反向旋转,像绞肉机一样将气体从一端“啮合”到另一端。“干式”运行,无油污染。
2. 动量传输泵 (Momentum Transfer Pump)
原理:利
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