膜片泵是如何工作的？

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膜片真空泵是摆动式容积泵，属于气体传输真空泵类别。它们属于粗真空泵，在只需要几毫巴压力的实验室中发挥着重要作用。这种泵常用于制药或医疗工艺的化学实验室以及其他应用。

工作原理

膜片真空泵为单级或多级干式压缩真空泵（目前生产的膜片泵最多有四级）。在这种真空泵中，膜片边张紧在泵头与泵壳壁之间（图 2.1）。膜片在连杆和偏心装置的作用下，以摆动的方式移动。抽取或压缩室的容积会周期性地变大和变小，从而实现抽气操作。阀的布置方式可在泵室容积变大时使阀对进气管路打开。在压缩过程中，泵室与排气管路连通。膜片在齿轮室和泵室之间提供密封，以保持无油和无润滑剂（干式压缩真空泵）。只有膜片和阀会接触被抽的介质。若膜片上有 PTFE（特氟龙）涂层，并且进气阀和排气阀是由高度氟化弹性体制成，比如 Leybold 莱宝的 DIVAC 真空泵，就可以泵腐蚀性蒸汽和气体，非常适合化学实验室中的真空应用。

图 2.1 膜片泵的泵级设计示意图。

1) 泵壳盖 2) 阀 3) 泵盖 4) 膜片盘 5) 膜片 6) 膜片支撑盘 7) 连杆 8) 偏心盘

膜片泵的优势

如今，膜片泵变得越来越重要，这主要是因为用户越来越重视环保。膜片泵不会产生任何废水，因此在许多应用中取代了射水式真空泵。总体而言，与射水泵相比，膜片真空泵可节省高达 90% 的运行成本。与旋片泵相比，膜片泵的泵室完全无油。从设计上来讲，它无需使用油浸式轴封。

膜片泵的局限性

膜片的弹性变形能力有限，因此只能实现相对较低的抽速。鉴于这种抽气原理，泵内存在一个被称为“死区”的容积 - 此处的气体无法被移至排气管路。在随后的抽气过程中，这些留在泵内的气体会膨胀进入并填充正在膨胀的泵室，因此，随着进气压力降低，流入的新气体量越来越少。因此，这会导致容积效率持续降低。膜片真空泵所能达到的压缩比最高只能是“死区”和泵室最大容积的比值。对于单级膜片真空泵，可达到的最终压力约为 80 mbar。两级泵（比如 Leybold 莱宝的 DIVAC 真空泵）可达到约 10 mbar（见图 2.2），三级泵可达到约 2 mbar，四级膜片泵可达到约 5 ·10^-1 mbar。

图 2.2 双级膜片泵的工作原理。在连杆转动一圈的四个后续阶段 (a-d)，会打开和关闭阀、通道和抽气机构

与其他泵和应用的相容性

膜片泵可提供的极限压力很低，因此适合将三级和四级膜片泵用作具有完全集成的分子拖曳泵级的涡轮分子泵的前级泵（复合泵或压力范围较宽的涡轮分子泵）。通过这种方式，可以获得绝对无油的泵系统，这对于包含质谱仪系统和检漏仪的测量应用极其重要。与旋片泵相比，为检漏仪提供这种泵组合具有以下优点：膜片泵中自然不会溶解氦气，从而完全避免可能积聚的氦气本底压力。不过，即便是采用 4 级膜片泵组成的系统，其所能达到的真空度也远远低于油封式旋片泵或涡旋泵。

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