检漏用多口复合分子泵抽气特性的研究

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复合分子泵作为氦质谱检漏技术中获得高真空的重要设备,是氦质谱检漏仪不可或缺的关键部件,其抽气特性直接影响检漏仪检测性能的好坏。近年来,随着高真空检漏技术的不断发展和进步,对仪器性能的要求越来越高,对分子泵的设计也发生着重大变化,尤其是多口复合分子泵的开发,它结合了顺流检漏与逆流检漏各自特点,拓宽了传统检漏仪的应用范围,使其在检测过程中更加地方便与灵活。因此对多口复合分子泵的研究具有重要的理论意义与实用价值。
  本文基于传统复合分子泵的抽气理论与计算方法,以多口复合分子泵为研究对象,通过分析检漏仪的真空系统,建立了气体分流的计算模型,并编写相关计算程序,提高了计算效率。通过采用积分均值法与逐段判别流态法提高了计算精度。
  依据“分子泵专项”提供的F-63型复合分子泵样机数据,利用计算软件通过大量计算,分析了涡轮叶片的倾角、叶片数目、叶片高度、叶片厚度以及牵引筒的螺旋升角、牵引槽深、转子与定子间隙等参数对分子泵抽气特性的影响,对比空气与氦气两种工作介质的抽气性能,以提升氦气的返流量为目的,为其抽气特性的优化改进提供了解决方案,使其更好地应用于检漏技术。
  针对检漏过程中涉及到空气与氦气两种介质,首先分析了涡轮叶列对不同种类气体抽速的异同,通过绘制最大何氏系数随叶片速度比的关系图以及公式推导,得出两种气体的抽速相差非常小;其次分析了漏孔的气流特性,通过流导公式的推导计算,得出了氦气与空气在不同流态下的漏率比值,推出分子流态下更有利于对氦气的检测,并且利用计算模型进行了进一步验证。
  为了更好地发挥逆流检漏的优势,对多口复合分子泵抽气口位置的选取进行了优化设计。基于计算模型,以HLT550型氦质谱检漏仪各项参数为例,计算分析了不同抽气口的压力值以及空气与氦气的返流量随开口位置的变化规律,并且从抽气口工作压力、漏孔的漏率、质谱室的许可压力以及仪器最小可检漏率等不同角度分别分析了其对抽气口位置选取的影响,得出结论为:在涡轮级选择8到10级叶列之间,在牵引级选择牵引高度为15mm到20mm处分别设立精检阀与中检阀可以获得较优的抽气特性。
  综上所述,本文通过建立多口复合分子泵计算模型,利用程序辅助进行大量计算,分析讨论了其应用于氦质谱检漏技术时的抽气性能,基于F-63型复合分子泵样机,提出了一系列优化改进方案。本文所阐述的计算模型以及相应计算程序、抽气特性曲线、优化思路和改进方案将对多口复合分子泵的开发和应用提供一定的理论支持。
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