分子泵：应用精析与故障妙修全攻略
日期：2025-02-28 13:51:38
分子真空泵（简称分子泵）的抽气机制有别于传统机械泵依靠泵腔容积变化抽气，它以动量传递原理为基石，驱动气体分子定向流动实现抽气。凭借工作的稳定可靠与分子流态下卓越的抽气效率，分子泵已成为清洁高真空和超高真空领域获取真空的关键设备，广泛应用于科学仪器及工业生产设备。
分子泵剖面图
从结构与原理看，分子泵分为涡轮分子泵、牵引分子泵和复合分子泵三类。
牵引分子泵基于分子牵引现象。借助高速刚体表面携带并定向移动气体分子。其优势在于启动快、分子流态下压缩比高，能抽除多种气体与蒸气，对重气体抽除尤佳。但因抽速小、密封间隙窄，工作可靠性差，易出故障且制造困难，实际应用较少。
涡轮分子泵是在牵引分子泵基础上改进而来。其内部有交替排列的动轮叶与定轮叶，轮叶上有众多特定角度倾斜的叶片，多级叶列串联，排列为动片、定片交替循环。动叶片转动时类似电扇叶片，将气体从一侧送至另一侧。它属于机械式真空泵，靠高速旋转的涡轮转子叶片与静止叶片配合抽气，在分子流区域对被抽气体产生高压缩比，极限真空度优于扩散泵，可达 10⁻⁸ Pa。正常工作需一定前级真空度（1 - 200 Pa，因泵而异），常用机械泵作前级泵。
涡轮分子泵剖面图
复合分子泵由涡轮分子泵与牵引分子泵串联组合而成。融合二者优点，在 10⁻⁶ - 1 Pa 宽压力范围有较大抽速与高压缩比，提升了泵的出口压力，在复杂真空应用场景适应性更强。
分子泵在众多领域有着广泛应用，包括但不限于以下方面：
如质谱分析、电子显微镜等，为高精度的物质分析提供高真空环境，确保分析过程的准确性与可靠性。
在电子组件、集成电路、柔性太阳能电池等制造过程中，满足其对高真空环境的严格要求，保障产品质量与性能。
用于热保护、增透、反射、光学滤光膜等工艺，有助于提升光学元件的光学性能与稳定性。
在表面保护、装饰涂料、显示器、屏幕等镀膜工艺中，保证镀膜的均匀性与附着力。
如真空炉、真空钎焊、真空烧结、真空合金等工艺，促进金属材料的精炼与特殊性能合金的制备。
针对真空系统、车辆的油箱、安全气囊等进行泄漏检测，确保系统的密封性与安全性。
在医学核磁共振成像、核粒子物理、核聚变研究、激光应用等研究实验中，为实验提供特定的真空条件，保障实验的顺利进行。
为节能灯生产过程中的某些工艺环节提供必要的真空环境，提高产品质量与生产效率。
在半导体产业中，涉及多种反应气体的工艺条件，如离子注入、反应蒸发离子喷镀、反应溅射、反应离子刻蚀、P 刻蚀、等离子体化学气相沉积、低压化学气相沉积等，分子泵在这些工艺中均起着关键作用。
1
定期巡检
应定期对分子泵进行巡检，重点检查泵体温度、噪声、振动等参数，以便及时察觉设备故障。对于接近或达到保养周期的分子泵，需及时与厂家取得联系，确保设备维护的及时性与规范性。
2 故障处理流程
01.当分子泵出现故障时，应立即关闭分子泵进气口处的挡板阀或者插板阀，迅速切断分子泵与真空腔室的连接，防止故障进一步恶化或对其他部件造成影响。
02. 通过控制系统或分子泵控制器上的 “停止” 键，停止分子泵运转，并密切观察分子泵的运转频率。当显示为 “0” 后，关闭电源，并断开主电缆，确保设备完全停止运行且断电。
03. 切断分子泵前级与预抽泵的连接，使整个分子泵与真空系统隔离，避免系统内其他部分对故障分子泵产生干扰或受到其影响。
3 充气操作
若分子泵设有气体吹扫接口或充气口等，在分子泵破坏真空后应断开相关连接管路。若无此类充气口，则需在保证分子泵进气口处阀门、前级接口与预抽泵隔断阀门无泄漏的前提下，缓慢打开前级接口，往分子泵内充气，使分子泵内、外压力保持一致。
当系统有多台分子泵并联使用时，务必在充气前确认充气动作对其他分子泵无不良影响；若无法确定，则应在工艺过程完成、整机停机后再进行充气操作，以保障整个真空系统的稳定性与安全性。
4
后续拆卸步骤
01. 断开分子泵前级接口与前级泵的连接后，切断冷却水路，为分子泵的拆卸做好准备。
02. 将分子泵与高真空阀门或真空腔室的连接件卸下，小心取下分子泵。对于油润滑型分子泵，需将泵静止半小时后，拆下油池，卸下润滑油后，再进行包装发运；其他分子泵可直接进行打包发运，打包时尽量采用原包装，以保护分子泵在运输过程中不受损坏。
原因：
冷却不良或负载过大可能导致分子泵油发黑。冷却不良会使泵体温度升高，影响油的性能；负载过大则可能使泵在工作过程中产生过多热量或受到异常应力，进而影响油的品质。
解决方法：
检查冷却系统，确保冷却介质的流量、温度等参数符合要求，检查冷却管路是否畅通、冷却设备是否正常运行；同时检查真空系统，查看是否存在漏气、气体负载异常等情况，排除可能导致负载过大的因素。
原因：
负载过大以及系统真空度不足可能致使分子泵在运转过程中频率出现波动。负载过大使泵的运转阻力增加，而系统真空度不够则会影响泵的抽气性能与正常工作状态，导致频率不稳定。
解决方法：
对系统进行全面检查，包括检查被抽容器是否有泄漏、前级泵工作是否正常、气体负载是否超出设计范围等，找出导致负载过大与真空度不足的原因并加以解决。
原因：
1. 缺乏定期维护，导致轴承磨损加剧、润滑不良等问题逐渐积累，最终引发烧毁。
2. 冷却不良使轴承过热，超出其正常工作温度范围，影响轴承的机械性能与寿命。
3. 没有及时换油，油质变差，无法有效润滑与散热，增加轴承的摩擦与热量产生。
4. 抽除的气体中含有大量粉尘，粉尘进入轴承内部，加剧磨损与摩擦，破坏轴承结构。
解决方法：
1. 建立定期维护制度，按照规定的时间间隔对分子泵进行维护保养，包括检查轴承状态、清洗轴承、补充或更换润滑油等。
2. 检查冷却系统，确保冷却效果良好，使轴承温度维持在正常范围内。
3. 及时换油，根据分子泵的使用情况与油的品质变化周期，定期更换润滑油，保证油的润滑与散热性能。
4. 对抽除气体进行预处理，如设置过滤器等，隔离粉尘，防止其进入泵内尤其是轴承部位。
原因：
防护网破裂或前级管道破裂可能导致大块碎玻璃等异物掉入泵内。防护网若存在质量缺陷、受到外力冲击或长期使用老化等情况可能破裂；前级管道因压力波动、腐蚀、机械损伤等原因也可能发生破裂，使异物进入分子泵。
解决方法：
优化系统设计，提高防护网的强度与可靠性，定期检查防护网的完整性；加强前级管道的设计、选材与维护管理，确保管道的稳定性与密封性，防止破裂事件发生。
原因：
油池破裂或密封不良是导致分子泵油返到前级管道的主要原因。油池可能因材料缺陷、加工工艺问题、受到外力或高温等因素影响而破裂；密封不良可能是由于密封件老化、安装不当或密封面受损等导致。
解决方法：
检查油池，查看是否有破裂迹象，如有破裂需及时修复或更换油池；对密封部位进行检查与维护，更换老化或损坏的密封件，确保密封良好。
原因：
过热与负载大是造成分子泵油池出现裂纹或者变形的常见因素。过热可能源于冷却系统故障、泵长时间高负荷运转等；负载大则使泵体承受较大压力与应力，传递至油池导致其结构受损。
解决措施：
检查冷却系统，排除冷却故障，确保冷却效果；分析负载过大的原因，如检查真空系统是否存在异常气体负载、泵的工作参数是否合理等，并进行相应调整。
原因：
分子泵中偶尔掉出顶丝、螺钉等物体，可能是在平衡过程中遗漏的平衡钉。这种情况通常是偶然发生的，但仍需引起重视。
影响及解决方法：
一般情况下，少量此类部件掉落对分子泵的使用影响较小，但如果频繁发生或掉落部件较多，则可能影响泵的动平衡与正常运转。若发现此类问题，应检查泵的平衡情况，必要时进行重新平衡调试，并确保在装配过程中严格把控质量，避免类似部件遗漏。
要求：
对于胶圈口分子泵，卡钳数量不作特殊限定，但至少使用 3 个。可根据法兰大小选择 3、6、12、24 等不同数量的卡钳，以确保连接的安全性与稳定性。在实际应用中，应根据具体的法兰尺寸、工作压力、密封要求等因素综合确定卡钳数量与安装方式，保证分子泵的密封性能与机械连接可靠性。
程序丢失或错乱原因：
1. 电压不稳可能导致变频器电源内部电路工作异常，使程序存储或运行受到干扰，从而造成程序丢失或错乱。
2. 强干扰，如电磁干扰、射频干扰等，可能影响变频器电源的控制信号与数据传输，破坏程序的正常执行。
3. 高压打火可能产生瞬间的高能量脉冲，对电源电路与程序存储芯片造成冲击，导致程序损坏或错乱。
4. 人为解密等非法操作也可能破坏变频器电源的程序完整性与安全性，使其无法正常工作。
预防措施：
为避免此类问题，应确保供电电源的稳定性，可采用稳压设备、滤波装置等改善电源质量；对变频器电源进行电磁屏蔽，减少外界干扰的影响；加强设备的安全管理，防止人为非法操作；定期对变频器电源进行维护与检查，及时发现并处理潜在问题。
界定与标准：
分子泵噪音小于 72 dB 为合格。然而，噪音的大小界定较为复杂，需要使用专用仪器并在特定的测试环境下进行测量。在实际应用中，可通过定期监测分子泵的噪音水平，对比正常工作时的噪音数据，及时发现噪音异常变化，判断泵是否存在故障或潜在问题。如噪音突然增大，可能预示着泵的轴承磨损、部件松动、气流异常等情况，需及时进行检查与维修。
风冷要求：
对于风冷分子泵，外界温度需控制在适宜范围内。一般来说，应避免在高温环境下长时间运行，过高的外界温度会降低风冷效果，导致泵体温度升高，影响泵的性能与寿命。
具体的适宜外界温度范围因分子泵的型号、规格与设计参数而异，通常应参考设备制造商提供的技术资料与使用说明书。
水冷要求：
水冷分子泵对水有特定要求，包括水温、水流量等。水温应控制在一定范围内，一般不宜过高或过低，过高可能导致冷却效果不佳，过低则可能引起结露等问题。水流量需满足泵的散热需求，确保有足够的冷却介质带走泵在工作过程中产生的热量。若未达到水冷要求，可能出现无故停机、泵体损坏（如碎泵）、油变黑等严重后果。
因此，应配备水温监测与调节装置、水流量监测设备，定期检查与维护水冷系统，保证其正常运行。
接地要求：
分子泵电源本身设有接地线，在安装与使用过程中，只需保证有良好接地即可。良好的接地可有效防止漏电事故，保障操作人员安全，同时减少电磁干扰对设备的影响。接地电阻应符合相关电气安全标准，一般要求接地电阻值较小，可通过接地电阻测试仪进行测量与检查。
屏蔽要求：
屏蔽主要是针对强磁场和强辐射的防护。在分子泵周围存在强磁场或强辐射源时，如其他电气设备、电磁辐射装置等，应采取适当的屏蔽措施，如使用屏蔽罩、屏蔽电缆等，减少外界磁场与辐射对分子泵电源及内部电路的干扰，确保分子泵的正常工作与测量精度。
原因：
变频器电源在转速上升过程中自动关机并显示 “Poff”，通常是由于电压低所致。电压低可能是供电电源本身电压不足、线路压降过大、电源故障等原因引起。当电压低于变频器电源的最低工作电压要求时，电源会自动保护关机，以防止设备因低电压运行而损坏。
解决方法：
检查供电电源电压是否正常，可使用电压表进行测量；检查供电线路是否存在接触不良、电阻过大等问题，如有问题及时修复；若供电电源本身存在故障，应进行维修或更换，确保电压稳定在变频器电源的正常工作范围内。
原因：
1.误操作是导致分子泵叶片破碎的常见原因之一，例如突然的破真空操作。由于转子与定子叶片之间的间隙极小，如果叶片材质较薄或较软，突然的空气阻力会使叶片发生变形，进而可能造成转子与定子之间的摩擦，最终导致叶片破碎。
3. 电压的不稳定对磁浮类分子泵损伤较大。电压波动可能导致泵的转速不稳定、磁场变化异常，使叶片受到不均匀的力，从而增加叶片破碎的可能性。
4. 前级泵的效率差会影响分子泵的工作状态。因为腔体内大部分气体首先由前级泵抽出，若前级泵效率低下，分子泵工作时会较为吃力，启动速度慢、抽气时间长、电流高、温度升高等，这些因素都可能间接导致叶片破碎。
5. 分子泵保养时的动平衡未做好。动平衡不佳会使泵在运转过程中振动过大，降低抽气效率，同时也容易造成轴承过度磨损，进而影响叶片的稳定性，增加叶片破碎的风险。
6.轴承部分未使用原厂标准轴承。非原厂标准轴承可能在效果和尺寸上存在偏差，影响泵的整体机械性能，导致叶片受力不均，容易引发叶片破碎。
