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旋片式實驗室真空油泵的原理、特點和應用范圍介紹

更新時間:2026-01-21  |  點擊率:41

       實驗室旋片式真空泵是一種油封式機械真空泵,基于變容原理工作的機械真空泵。它的核心結構由泵體、偏心轉子、旋片、端蓋和彈簧等部件組成。

       在泵的腔體內部,一個偏心安裝的轉子與定子內壁相切,二者之間保持很小的間隙(通常2-3微米)。轉子槽內裝有帶彈簧的兩個或多個旋片,當轉子旋轉時,旋片在離心力和彈簧張力的作用下與泵腔內壁保持接觸。這種結構將泵腔分為多個可變容積的工作室,隨著轉子旋轉,這些工作室的容積周期性變化,從而實現氣體的吸入、壓縮和排出。旋片式真空泵通常使用專門的真空泵油作為密封介質。這些油液在轉子與定子間形成密封油膜,既保證運動部件的潤滑,又有效防止高壓氣體返流。相較于剛性密封,這種油封方式可以將極限真空度提高1-2個數量級。根據結構不同,旋片泵可分為單級和雙級兩種,雙級泵通過串聯結構可實現更高的真空度。

       旋片式真空泵的工作過程可以分為三個階段,構成一個完整的氣體處理循環。當轉子按順時針方向旋轉時,與吸氣口相通的空間A容積逐漸增大,內部氣體壓力降低,外部氣體在壓力差作用下被吸入泵內。隨著轉子繼續旋轉,被吸入的氣體被轉至空間B的位置,此時容積開始逐漸縮小,氣體被壓縮。最后,當被壓縮氣體的壓力超過排氣壓強時,排氣閥被推開,氣體穿過油箱內的油層排至大氣中。如果是雙級泵,排出的氣體會進入第二級進一步壓縮處理。這一連續運轉過程使旋片泵能夠實現連續抽氣,為實驗室提供穩定的真空環境。油液在這一過程中起著多重作用:密封各運動部件之間的間隙,減少有害空間;潤滑旋轉部件,減少摩擦;幫助冷卻泵體,防止過熱。

        實驗室環境中常用的真空泵種類繁多,每種類型都有其獨特優勢和適用場景。旋片式真空泵與其他類型真空泵相比較,主要有如下特點:旋片泵結構緊湊、運行平穩;能夠達到更高的極限真空;可以單獨使用,不需要前級泵配合;技術更為成熟,價格相對較為經濟。

       根據上述特點,旋片式真空泵在實驗室中有著廣泛而多樣化的應用,幾乎涵蓋了所有需要真空環境的科研領域,主要包括下述主要應用:

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       旋轉蒸發儀——用于在減壓條件下溫和地蒸發溶劑、濃縮樣品或回收溶劑,通過降低沸點,使熱敏性物質能夠在較低溫度下分離純化。旋片式真空油泵的高真空度(1mabr以內),能夠滿足大部分樣品蒸餾所需要的真空度要求。在具體判斷選擇的油泵能否搭配時,還應當注意蒸餾瓶的容量。實驗室使用較多的一般是1-2L容量蒸餾瓶的旋轉蒸發儀,亦或是容量5L以下的普通的臺式機型,都使用抽氣量T242型號的旋片泵,其抽氣量為42升每分鐘。如果是工業生產用或者容量更大的落地式旋轉蒸發儀,那么應當選用抽氣量更大的泵,否則也無法抽到需要的真空值。

        減壓蒸餾——和旋轉蒸發儀的基本原理相同,但是區別在于,一般是將蒸餾瓶連接真空泵后直接抽氣,并不進行加熱。缺少加熱的輔助,需要真空泵能夠達到更高的真空度才能實現蒸餾效果。這就需要使用采用兩級抽氣結構的T242高真空度實驗室旋片式真空油泵。兩級抽氣結構是指真空泵內有兩組氣缸,每一組氣缸內都有一組獨立的倩文所述的旋片部件。兩組氣缸接力抽氣,可以達到較高的0.066mbar的真空度。

        真空鍍膜——在材料科學研究中,旋片泵為真空鍍膜設備提供必要的真空環境,用于制備各種功能性薄膜材料。它也是電子掃描顯微鏡(SEM)和聚焦離子束系統的重要輔助設備,確保這些高分辨率儀器能夠在高真空條件下工作。

        凍干機——冷凍干燥過程中,旋片泵創造的低壓環境使冰直接從固態升華為氣態,保留生物樣品的結構和活性。在凝膠干燥、溶劑回收等操作中,旋片泵也發揮著不可替代的作用。

        真空干燥箱—— 通過干燥箱的加熱功能使樣品中的水分蒸發出來,搭配真空泵的抽氣將水汽抽走,從而實現干燥的效果。相較于蒸餾應用,真空度高低會影響到蒸餾效果,真空度的抽氣速率對于真空干燥箱在使用時的效果影響更大。抽氣速度越快,那么干燥的時間和效果也會越好。在實際選擇搭配的真空泵時,需要考慮到效費比,所以可以根據干燥箱的容量來選擇合適容積的真空泵。如常見的20L以下干燥箱也可以使用抽泣速度為42升/分鐘的T142搭配,50L左右的可以選擇抽取速率70升/分鐘的T170型,如果是100升左右的大容量真空干燥箱則需要使用抽速127升/分鐘的T1127。在實際使用中,客戶如果發現新購的干燥箱真空度遲遲抽不上去,除了進行常規的密封性檢查外,應該查看干燥箱的容量和真空泵的抽速是否匹配,如不匹配,那么干燥箱上的真空表就無法顯示到理想的真空度。