分子泵：應(yīng)用精析與故障妙修全攻略
日期：2025-02-28 13:51:38
分子真空泵（簡(jiǎn)稱(chēng)分子泵）的抽氣機(jī)制有別于傳統(tǒng)機(jī)械泵依靠泵腔容積變化抽氣，它以動(dòng)量傳遞原理為基石，驅(qū)動(dòng)氣體分子定向流動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽氣。憑借工作的穩(wěn)定可靠與分子流態(tài)下卓越的抽氣效率，分子泵已成為清潔高真空和超高真空領(lǐng)域獲取真空的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于科學(xué)儀器及工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。
分子泵剖面圖
從結(jié)構(gòu)與原理看，分子泵分為渦輪分子泵、牽引分子泵和復(fù)合分子泵三類(lèi)。
牽引分子泵基于分子牽引現(xiàn)象。借助高速剛體表面攜帶并定向移動(dòng)氣體分子。其優(yōu)勢(shì)在于啟動(dòng)快、分子流態(tài)下壓縮比高，能抽除多種氣體與蒸氣，對(duì)重氣體抽除尤佳。但因抽速小、密封間隙窄，工作可靠性差，易出故障且制造困難，實(shí)際應(yīng)用較少。
渦輪分子泵是在牽引分子泵基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)。其內(nèi)部有交替排列的動(dòng)輪葉與定輪葉，輪葉上有眾多特定角度傾斜的葉片，多級(jí)葉列串聯(lián)，排列為動(dòng)片、定片交替循環(huán)。動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)類(lèi)似電扇葉片，將氣體從一側(cè)送至另一側(cè)。它屬于機(jī)械式真空泵，靠高速旋轉(zhuǎn)的渦輪轉(zhuǎn)子葉片與靜止葉片配合抽氣，在分子流區(qū)域?qū)Ρ怀闅怏w產(chǎn)生高壓縮比，極限真空度優(yōu)于擴(kuò)散泵，可達(dá) 10?? Pa。正常工作需一定前級(jí)真空度（1 - 200 Pa，因泵而異），常用機(jī)械泵作前級(jí)泵。
渦輪分子泵剖面圖
復(fù)合分子泵由渦輪分子泵與牽引分子泵串聯(lián)組合而成。融合二者優(yōu)點(diǎn)，在 10?? - 1 Pa 寬壓力范圍有較大抽速與高壓縮比，提升了泵的出口壓力，在復(fù)雜真空應(yīng)用場(chǎng)景適應(yīng)性更強(qiáng)。
分子泵在眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，包括但不限于以下方面：
如質(zhì)譜分析、電子顯微鏡等，為高精度的物質(zhì)分析提供高真空環(huán)境，確保分析過(guò)程的準(zhǔn)確性與可靠性。
在電子組件、集成電路、柔性太陽(yáng)能電池等制造過(guò)程中，滿足其對(duì)高真空環(huán)境的嚴(yán)格要求，保障產(chǎn)品質(zhì)量與性能。
用于熱保護(hù)、增透、反射、光學(xué)濾光膜等工藝，有助于提升光學(xué)元件的光學(xué)性能與穩(wěn)定性。
在表面保護(hù)、裝飾涂料、顯示器、屏幕等鍍膜工藝中，保證鍍膜的均勻性與附著力。
如真空爐、真空釬焊、真空燒結(jié)、真空合金等工藝，促進(jìn)金屬材料的精煉與特殊性能合金的制備。
針對(duì)真空系統(tǒng)、車(chē)輛的油箱、安全氣囊等進(jìn)行泄漏檢測(cè)，確保系統(tǒng)的密封性與安全性。
在醫(yī)學(xué)核磁共振成像、核粒子物理、核聚變研究、激光應(yīng)用等研究實(shí)驗(yàn)中，為實(shí)驗(yàn)提供特定的真空條件，保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
為節(jié)能燈生產(chǎn)過(guò)程中的某些工藝環(huán)節(jié)提供必要的真空環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，涉及多種反應(yīng)氣體的工藝條件，如離子注入、反應(yīng)蒸發(fā)離子噴鍍、反應(yīng)濺射、反應(yīng)離子刻蝕、P 刻蝕、等離子體化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積等，分子泵在這些工藝中均起著關(guān)鍵作用。
1
定期巡檢
應(yīng)定期對(duì)分子泵進(jìn)行巡檢，重點(diǎn)檢查泵體溫度、噪聲、振動(dòng)等參數(shù)，以便及時(shí)察覺(jué)設(shè)備故障。對(duì)于接近或達(dá)到保養(yǎng)周期的分子泵，需及時(shí)與廠家取得聯(lián)系，確保設(shè)備維護(hù)的及時(shí)性與規(guī)范性。
2 故障處理流程
01.當(dāng)分子泵出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即關(guān)閉分子泵進(jìn)氣口處的擋板閥或者插板閥，迅速切斷分子泵與真空腔室的連接，防止故障進(jìn)一步惡化或?qū)ζ渌考斐捎绊憽?/p>
02. 通過(guò)控制系統(tǒng)或分子泵控制器上的 “停止” 鍵，停止分子泵運(yùn)轉(zhuǎn)，并密切觀察分子泵的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率。當(dāng)顯示為 “0” 后，關(guān)閉電源，并斷開(kāi)主電纜，確保設(shè)備完全停止運(yùn)行且斷電。
03. 切斷分子泵前級(jí)與預(yù)抽泵的連接，使整個(gè)分子泵與真空系統(tǒng)隔離，避免系統(tǒng)內(nèi)其他部分對(duì)故障分子泵產(chǎn)生干擾或受到其影響。
3 充氣操作
若分子泵設(shè)有氣體吹掃接口或充氣口等，在分子泵破壞真空后應(yīng)斷開(kāi)相關(guān)連接管路。若無(wú)此類(lèi)充氣口，則需在保證分子泵進(jìn)氣口處閥門(mén)、前級(jí)接口與預(yù)抽泵隔斷閥門(mén)無(wú)泄漏的前提下，緩慢打開(kāi)前級(jí)接口，往分子泵內(nèi)充氣，使分子泵內(nèi)、外壓力保持一致。
當(dāng)系統(tǒng)有多臺(tái)分子泵并聯(lián)使用時(shí)，務(wù)必在充氣前確認(rèn)充氣動(dòng)作對(duì)其他分子泵無(wú)不良影響；若無(wú)法確定，則應(yīng)在工藝過(guò)程完成、整機(jī)停機(jī)后再進(jìn)行充氣操作，以保障整個(gè)真空系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。
4
后續(xù)拆卸步驟
01. 斷開(kāi)分子泵前級(jí)接口與前級(jí)泵的連接后，切斷冷卻水路，為分子泵的拆卸做好準(zhǔn)備。
02. 將分子泵與高真空閥門(mén)或真空腔室的連接件卸下，小心取下分子泵。對(duì)于油潤(rùn)滑型分子泵，需將泵靜止半小時(shí)后，拆下油池，卸下潤(rùn)滑油后，再進(jìn)行包裝發(fā)運(yùn)；其他分子泵可直接進(jìn)行打包發(fā)運(yùn)，打包時(shí)盡量采用原包裝，以保護(hù)分子泵在運(yùn)輸過(guò)程中不受損壞。
原因：
冷卻不良或負(fù)載過(guò)大可能導(dǎo)致分子泵油發(fā)黑。冷卻不良會(huì)使泵體溫度升高，影響油的性能；負(fù)載過(guò)大則可能使泵在工作過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多熱量或受到異常應(yīng)力，進(jìn)而影響油的品質(zhì)。
解決方法：
檢查冷卻系統(tǒng)，確保冷卻介質(zhì)的流量、溫度等參數(shù)符合要求，檢查冷卻管路是否暢通、冷卻設(shè)備是否正常運(yùn)行；同時(shí)檢查真空系統(tǒng)，查看是否存在漏氣、氣體負(fù)載異常等情況，排除可能導(dǎo)致負(fù)載過(guò)大的因素。
原因：
負(fù)載過(guò)大以及系統(tǒng)真空度不足可能致使分子泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中頻率出現(xiàn)波動(dòng)。負(fù)載過(guò)大使泵的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力增加，而系統(tǒng)真空度不夠則會(huì)影響泵的抽氣性能與正常工作狀態(tài)，導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。
解決方法：
對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，包括檢查被抽容器是否有泄漏、前級(jí)泵工作是否正常、氣體負(fù)載是否超出設(shè)計(jì)范圍等，找出導(dǎo)致負(fù)載過(guò)大與真空度不足的原因并加以解決。
原因：
1. 缺乏定期維護(hù)，導(dǎo)致軸承磨損加劇、潤(rùn)滑不良等問(wèn)題逐漸積累，最終引發(fā)燒毀。
2. 冷卻不良使軸承過(guò)熱，超出其正常工作溫度范圍，影響軸承的機(jī)械性能與壽命。
3. 沒(méi)有及時(shí)換油，油質(zhì)變差，無(wú)法有效潤(rùn)滑與散熱，增加軸承的摩擦與熱量產(chǎn)生。
4. 抽除的氣體中含有大量粉塵，粉塵進(jìn)入軸承內(nèi)部，加劇磨損與摩擦，破壞軸承結(jié)構(gòu)。
解決方法：
1. 建立定期維護(hù)制度，按照規(guī)定的時(shí)間間隔對(duì)分子泵進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，包括檢查軸承狀態(tài)、清洗軸承、補(bǔ)充或更換潤(rùn)滑油等。
2. 檢查冷卻系統(tǒng)，確保冷卻效果良好，使軸承溫度維持在正常范圍內(nèi)。
3. 及時(shí)換油，根據(jù)分子泵的使用情況與油的品質(zhì)變化周期，定期更換潤(rùn)滑油，保證油的潤(rùn)滑與散熱性能。
4. 對(duì)抽除氣體進(jìn)行預(yù)處理，如設(shè)置過(guò)濾器等，隔離粉塵，防止其進(jìn)入泵內(nèi)尤其是軸承部位。
原因：
防護(hù)網(wǎng)破裂或前級(jí)管道破裂可能導(dǎo)致大塊碎玻璃等異物掉入泵內(nèi)。防護(hù)網(wǎng)若存在質(zhì)量缺陷、受到外力沖擊或長(zhǎng)期使用老化等情況可能破裂；前級(jí)管道因壓力波動(dòng)、腐蝕、機(jī)械損傷等原因也可能發(fā)生破裂，使異物進(jìn)入分子泵。
解決方法：
優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高防護(hù)網(wǎng)的強(qiáng)度與可靠性，定期檢查防護(hù)網(wǎng)的完整性；加強(qiáng)前級(jí)管道的設(shè)計(jì)、選材與維護(hù)管理，確保管道的穩(wěn)定性與密封性，防止破裂事件發(fā)生。
原因：
油池破裂或密封不良是導(dǎo)致分子泵油返到前級(jí)管道的主要原因。油池可能因材料缺陷、加工工藝問(wèn)題、受到外力或高溫等因素影響而破裂；密封不良可能是由于密封件老化、安裝不當(dāng)或密封面受損等導(dǎo)致。
解決方法：
檢查油池，查看是否有破裂跡象，如有破裂需及時(shí)修復(fù)或更換油池；對(duì)密封部位進(jìn)行檢查與維護(hù)，更換老化或損壞的密封件，確保密封良好。
原因：
過(guò)熱與負(fù)載大是造成分子泵油池出現(xiàn)裂紋或者變形的常見(jiàn)因素。過(guò)熱可能源于冷卻系統(tǒng)故障、泵長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等；負(fù)載大則使泵體承受較大壓力與應(yīng)力，傳遞至油池導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)受損。
解決措施：
檢查冷卻系統(tǒng)，排除冷卻故障，確保冷卻效果；分析負(fù)載過(guò)大的原因，如檢查真空系統(tǒng)是否存在異常氣體負(fù)載、泵的工作參數(shù)是否合理等，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
原因：
分子泵中偶爾掉出頂絲、螺釘?shù)任矬w，可能是在平衡過(guò)程中遺漏的平衡釘。這種情況通常是偶然發(fā)生的，但仍需引起重視。
影響及解決方法：
一般情況下，少量此類(lèi)部件掉落對(duì)分子泵的使用影響較小，但如果頻繁發(fā)生或掉落部件較多，則可能影響泵的動(dòng)平衡與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。若發(fā)現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)檢查泵的平衡情況，必要時(shí)進(jìn)行重新平衡調(diào)試，并確保在裝配過(guò)程中嚴(yán)格把控質(zhì)量，避免類(lèi)似部件遺漏。
要求：
對(duì)于膠圈口分子泵，卡鉗數(shù)量不作特殊限定，但至少使用 3 個(gè)。可根據(jù)法蘭大小選擇 3、6、12、24 等不同數(shù)量的卡鉗，以確保連接的安全性與穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的法蘭尺寸、工作壓力、密封要求等因素綜合確定卡鉗數(shù)量與安裝方式，保證分子泵的密封性能與機(jī)械連接可靠性。
程序丟失或錯(cuò)亂原因：
1. 電壓不穩(wěn)可能導(dǎo)致變頻器電源內(nèi)部電路工作異常，使程序存儲(chǔ)或運(yùn)行受到干擾，從而造成程序丟失或錯(cuò)亂。
2. 強(qiáng)干擾，如電磁干擾、射頻干擾等，可能影響變頻器電源的控制信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸，破壞程序的正常執(zhí)行。
3. 高壓打火可能產(chǎn)生瞬間的高能量脈沖，對(duì)電源電路與程序存儲(chǔ)芯片造成沖擊，導(dǎo)致程序損壞或錯(cuò)亂。
4. 人為解密等非法操作也可能破壞變頻器電源的程序完整性與安全性，使其無(wú)法正常工作。
預(yù)防措施：
為避免此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)確保供電電源的穩(wěn)定性，可采用穩(wěn)壓設(shè)備、濾波裝置等改善電源質(zhì)量；對(duì)變頻器電源進(jìn)行電磁屏蔽，減少外界干擾的影響；加強(qiáng)設(shè)備的安全管理，防止人為非法操作；定期對(duì)變頻器電源進(jìn)行維護(hù)與檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題。
界定與標(biāo)準(zhǔn)：
分子泵噪音小于 72 dB 為合格。然而，噪音的大小界定較為復(fù)雜，需要使用專(zhuān)用儀器并在特定的測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)定期監(jiān)測(cè)分子泵的噪音水平，對(duì)比正常工作時(shí)的噪音數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)噪音異常變化，判斷泵是否存在故障或潛在問(wèn)題。如噪音突然增大，可能預(yù)示著泵的軸承磨損、部件松動(dòng)、氣流異常等情況，需及時(shí)進(jìn)行檢查與維修。
風(fēng)冷要求：
對(duì)于風(fēng)冷分子泵，外界溫度需控制在適宜范圍內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)避免在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，過(guò)高的外界溫度會(huì)降低風(fēng)冷效果，導(dǎo)致泵體溫度升高，影響泵的性能與壽命。
具體的適宜外界溫度范圍因分子泵的型號(hào)、規(guī)格與設(shè)計(jì)參數(shù)而異，通常應(yīng)參考設(shè)備制造商提供的技術(shù)資料與使用說(shuō)明書(shū)。
水冷要求：
水冷分子泵對(duì)水有特定要求，包括水溫、水流量等。水溫應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，一般不宜過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高可能導(dǎo)致冷卻效果不佳，過(guò)低則可能引起結(jié)露等問(wèn)題。水流量需滿足泵的散熱需求，確保有足夠的冷卻介質(zhì)帶走泵在工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量。若未達(dá)到水冷要求，可能出現(xiàn)無(wú)故停機(jī)、泵體損壞（如碎泵）、油變黑等嚴(yán)重后果。
因此，應(yīng)配備水溫監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)裝置、水流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，定期檢查與維護(hù)水冷系統(tǒng)，保證其正常運(yùn)行。
接地要求：
分子泵電源本身設(shè)有接地線，在安裝與使用過(guò)程中，只需保證有良好接地即可。良好的接地可有效防止漏電事故，保障操作人員安全，同時(shí)減少電磁干擾對(duì)設(shè)備的影響。接地電阻應(yīng)符合相關(guān)電氣安全標(biāo)準(zhǔn)，一般要求接地電阻值較小，可通過(guò)接地電阻測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量與檢查。
屏蔽要求：
屏蔽主要是針對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)輻射的防護(hù)。在分子泵周?chē)嬖趶?qiáng)磁場(chǎng)或強(qiáng)輻射源時(shí)，如其他電氣設(shè)備、電磁輻射裝置等，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧缡褂闷帘握?、屏蔽電纜等，減少外界磁場(chǎng)與輻射對(duì)分子泵電源及內(nèi)部電路的干擾，確保分子泵的正常工作與測(cè)量精度。
原因：
變頻器電源在轉(zhuǎn)速上升過(guò)程中自動(dòng)關(guān)機(jī)并顯示 “Poff”，通常是由于電壓低所致。電壓低可能是供電電源本身電壓不足、線路壓降過(guò)大、電源故障等原因引起。當(dāng)電壓低于變頻器電源的最低工作電壓要求時(shí)，電源會(huì)自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)，以防止設(shè)備因低電壓運(yùn)行而損壞。
解決方法：
檢查供電電源電壓是否正常，可使用電壓表進(jìn)行測(cè)量；檢查供電線路是否存在接觸不良、電阻過(guò)大等問(wèn)題，如有問(wèn)題及時(shí)修復(fù)；若供電電源本身存在故障，應(yīng)進(jìn)行維修或更換，確保電壓穩(wěn)定在變頻器電源的正常工作范圍內(nèi)。
原因：
1.誤操作是導(dǎo)致分子泵葉片破碎的常見(jiàn)原因之一，例如突然的破真空操作。由于轉(zhuǎn)子與定子葉片之間的間隙極小，如果葉片材質(zhì)較薄或較軟，突然的空氣阻力會(huì)使葉片發(fā)生變形，進(jìn)而可能造成轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦，最終導(dǎo)致葉片破碎。
3. 電壓的不穩(wěn)定對(duì)磁浮類(lèi)分子泵損傷較大。電壓波動(dòng)可能導(dǎo)致泵的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、磁場(chǎng)變化異常，使葉片受到不均勻的力，從而增加葉片破碎的可能性。
4. 前級(jí)泵的效率差會(huì)影響分子泵的工作狀態(tài)。因?yàn)榍惑w內(nèi)大部分氣體首先由前級(jí)泵抽出，若前級(jí)泵效率低下，分子泵工作時(shí)會(huì)較為吃力，啟動(dòng)速度慢、抽氣時(shí)間長(zhǎng)、電流高、溫度升高等，這些因素都可能間接導(dǎo)致葉片破碎。
5. 分子泵保養(yǎng)時(shí)的動(dòng)平衡未做好。動(dòng)平衡不佳會(huì)使泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振動(dòng)過(guò)大，降低抽氣效率，同時(shí)也容易造成軸承過(guò)度磨損，進(jìn)而影響葉片的穩(wěn)定性，增加葉片破碎的風(fēng)險(xiǎn)。
6.軸承部分未使用原廠標(biāo)準(zhǔn)軸承。非原廠標(biāo)準(zhǔn)軸承可能在效果和尺寸上存在偏差，影響泵的整體機(jī)械性能，導(dǎo)致葉片受力不均，容易引發(fā)葉片破碎。
