復合分子泵牽引級參數(shù)對氦質(zhì)譜檢漏儀性能的影響研究
復合分子泵作為氦質(zhì)譜檢漏儀的重要部件,其自身的幾何參數(shù)在影響抽氣性能的同時也影響檢漏儀的檢測性能;分子泵抽氣基本理論,建立了復合分子泵牽引級的計算模型,通過改變螺旋升角、牽引槽深度和轉(zhuǎn)子與定子的間隙,分別計算了復合分子泵牽引級對氦質(zhì)譜檢漏儀涉及到的2種氣體——空氣和氦氣在不同工況下的抽氣性能,研究了復合分子泵牽引級參數(shù)對氦質(zhì)譜檢漏儀檢測性能的影響。結(jié)果表明,隨著螺旋升角和牽引槽深度增大,氦質(zhì)譜檢漏儀的靈敏度均先提高后下降;增大轉(zhuǎn)子與定子間隙,不利于氦質(zhì)譜檢漏儀靈敏度的提高;選取螺旋升角為22°、牽引槽深為 2.5 mm、轉(zhuǎn)子與定子間隙為 0.3 mm時,氦質(zhì)譜檢漏儀具有較高的靈敏度,同時復合分子泵牽引級性能可靠且結(jié)構(gòu)安全。
氦質(zhì)譜檢漏儀以氦氣作為示漏氣體,性能穩(wěn)定,靈敏度高,是專門用于真空檢漏的質(zhì)譜分析儀器,廣泛應用在航天、電力、石油、環(huán)保等領(lǐng)域。復合分子泵作為真空獲得設備,是氦質(zhì)譜檢漏儀的關(guān)鍵部件,其抽氣性能直接影響檢漏儀的檢測性能。國內(nèi)復合分子泵的研制起步較晚,與國外產(chǎn)品有一定差距,尚未研制出氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)中使用的多口復合式分子泵。
復合分子泵牽引級的參數(shù)直接影響著分子泵的抽氣性能,進而影響著氦質(zhì)譜檢漏儀的檢測性能。本文以氦質(zhì)譜檢漏儀用復合分子泵牽引級為研究對象,建立適用于檢漏技術(shù)的牽引級計算模型,改變螺旋升角、牽引槽深度和轉(zhuǎn)子與定子間隙等參數(shù),分別計算牽引級的抽氣性能,結(jié)合氦質(zhì)譜檢漏儀的實際使用情況對由牽引級參數(shù)變化引起的檢漏性能的改變進行研究。通過對分子泵的抽氣性能和氦質(zhì)譜儀的檢測靈敏度的優(yōu)化,使復合分子泵能夠更好地應用于檢漏技術(shù)。
1、計算模型和方法
首先建立氦質(zhì)譜檢漏儀用復合分子泵牽引級的計算模型、確定計算方法。
1.1 分子泵渦輪級抽氣性能計算模型
牽引級的工作原理是分子牽引,即高速運動的剛體表面攜帶氣體分子,并且使之按照一定的方向運動,如圖1所示。
圖1 牽引分子泵工作原理圖
結(jié)論
應用逐段判別流態(tài)法計算了具有不同螺旋升角、牽引槽深、轉(zhuǎn)子與定子間隙的復合分子泵牽引級對空氣和氦氣的抽氣性能,研究了以上參數(shù)對抽氣性能的影響,以及對氦質(zhì)譜檢漏儀靈敏度的影響,得出以下結(jié)論:
(1)增大螺旋升角,壓縮比降低;螺旋升角小于22°時,增大螺旋升角有利于氦質(zhì)譜檢漏儀檢測靈敏度的提升;螺旋升角大于 22°時,增大螺旋升角將逐漸降低氦質(zhì)譜檢漏儀檢測靈敏度。
(2)隨著牽引槽深度增加,牽引級的壓縮比先增大后減小;牽引槽深小于 2.5 mm時,增大槽深有利于氦質(zhì)譜檢漏儀檢測靈敏度的提升;牽引槽深大于2.5 mm,增大槽深將逐漸降低氦質(zhì)譜檢漏儀檢測靈敏度。
(3)轉(zhuǎn)子與定子間隙增加的過程中,K1、K2、K1/K2整體處于下降趨勢,K2的變化較 K1更為平穩(wěn);增大轉(zhuǎn)子與定子間隙,不利于氦質(zhì)譜檢漏儀檢測靈敏度的提升。
(4)選取螺旋升角為 22°、牽引槽深為 2.5 mm、轉(zhuǎn)子與定子間隙為0.3 mm時(使用CAD制圖時需注意公差),分子泵牽引級性能較好、結(jié)構(gòu)安全可靠,氦質(zhì)譜檢漏儀可以獲得較高的檢測靈敏度。