真空泵的工作原理是什么

更新時間：2025-12-09

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真空泵的核心工作邏輯是通過特定結構改變泵腔容積或利用氣體分子運動規律，實現氣體的吸入、壓縮與排出，從而在目標容器內形成真空環境。不同類型的真空泵工作原理差異較大，可分為氣體傳輸泵和氣體捕集泵兩大類，具體如下：

氣體傳輸泵（主流類型，通過機械動作輸送氣體）

旋片式真空泵
泵腔內部有一個偏心安裝的轉子，轉子上嵌有可伸縮的旋片（通常由彈簧或離心力驅動）。當轉子旋轉時，旋片緊貼泵腔內壁，將泵腔分隔成多個可變容積的小腔室：
水環式真空泵
泵殼內注入一定量的水作為工作液，葉輪偏心安裝在泵腔內。當葉輪高速旋轉時，水在離心力作用下被甩向泵殼內壁，形成一個與泵殼同心的水環，水環與葉輪輪轂之間形成月牙形的封閉腔室，且該腔室被葉輪葉片分成若干個小腔：
羅茨真空泵
泵腔內有兩個 8 字形的轉子，由同步齒輪驅動實現反向同步旋轉，且轉子與泵腔、轉子之間保持微小間隙（無接觸）：
干式螺桿真空泵
泵腔內有兩根相互嚙合、反向旋轉的螺桿（陰陽螺桿）。螺桿旋轉時，進氣端的氣體被截留在螺桿的螺槽內，隨著螺桿轉動，螺槽容積逐漸縮小，氣體被壓縮并向排氣端推送，最終從排氣口排出。因無需油或水等工作液密封，屬于無油真空泵，適用于潔凈、易燃易爆或腐蝕性氣體的抽排。
渦輪分子泵
基于氣體分子動量傳遞原理工作，泵內有多層動葉輪和靜葉輪（定子），動葉輪由高速電機驅動（轉速可達數萬轉 / 分鐘）。當氣體分子進入泵內，會被高速旋轉的動葉輪撞擊，獲得與葉輪相同方向的運動速度，進而被推向靜葉輪，經過多層葉輪的逐級傳輸，氣體最終被壓縮至排氣口，由前級泵抽走。它能獲得超高真空，常用于半導體、科研等高真空需求場景。

吸氣階段：轉子轉動時，進氣側的空間容積擴大，氣體被吸入轉子與泵腔形成的封閉腔室；
輸送階段：轉子帶著封閉腔室內的氣體向排氣側移動，此過程中氣體無壓縮；
排氣階段：當封閉腔室與排氣口連通時，排氣側的高壓氣體回流對腔內氣體進行壓縮，隨后氣體被排出。
羅茨真空泵通常需搭配前級泵（如旋片泵、水環泵）使用，不能單獨抽大氣，主要用于提升真空系統的抽氣速率和極限真空。
吸氣階段：小腔容積從最小逐漸變大，壓力降低，通過吸氣口吸入氣體；
壓縮階段：葉輪繼續轉動，小腔容積從zui大逐漸縮小，氣體被壓縮；
排氣階段：當小腔容積縮小到最小，氣體壓力達到排氣壓力時，通過排氣口排出。
其工作液也可根據工況換成其他液體（如油、硫酸），對應稱為液環真空泵。
吸氣階段：小腔室容積逐漸增大，內部壓力降低，被抽容器內的氣體隨之流入；
壓縮階段：轉子繼續轉動，小腔室容積縮小，氣體被壓縮，壓力升高；
排氣階段：當氣體壓力超過排氣口的大氣壓和排氣閥彈簧力時，排氣閥打開，氣體被排出泵外。
泵腔內會填充真空油，起到密封、潤滑和冷卻作用，因此也叫油潤滑旋片泵。

氣體捕集泵（通過物理 / 化學作用吸附氣體，無氣體排出）

低溫泵
利用低溫表面（通常由液氮或液氦冷卻至 10-20K 甚至更低）對氣體分子進行冷凝或吸附：泵內的低溫板會將氣體分子冷卻并凍結在其表面，從而實現對被抽容器的抽氣。它能獲得ji高的極限真空，且無油污染，適用于對潔凈度要求ji高的科研和半導體工藝。
濺射離子泵
泵內充有惰性氣體（如氬氣），通過高壓電場使氬氣電離，產生的氬離子轟擊鈦陰極，濺射出鈦原子并沉積在泵壁和陽極上。鈦是活性金屬，能與被抽氣體分子（如氧氣、氮氣、氫氣）發生化學吸附，同時氣體分子也會被電離后吸附到陽極上，從而實現抽氣。其無油、無振動，常用于超高真空的科研裝置和航天設備。