涡轮分子泵运转时值得注意的几个问题—1.doc

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涡轮分子泵运转时值得注意的几个问题
1、返流
涡轮分子泵具有提供超清洁、无碳氢化合物的真空环境的能力，故常被用户选用。然而，用户也偶尔会发现涡轮分子泵提供不了不含碳氢化合物的真空环境。经调查发现碳氢化合物的来源，50%是操作失误所带来的问题，如涡轮分子泵的前级泵为油封式旋片泵时，没有控制返流的安全阀，不合理的放气程序都会引起油蒸汽的返流，不合要求的安全阀也会引起油污染。
为了在系统中实现无碳氢化合物这一要求，在前级泵不是干式泵的情况下，有必要了解涡轮分子泵的压缩比及如何给泵充气的一些基本知识。
2、压缩比
涡轮分子泵的压缩比是指前级管道（排气口处）的压力与进气口处的压力之比。由于被抽气体的分子量不同，泵对各种气体的压缩比也不同。气体分子量M 的平方根与压缩比K 的关系如图6所示，泵对氢的压缩比很小，一般为1000 左右，这样一来如果前级管道中氢的压力为1 10- 7 Torr（13.33 Pa），那么进气口处氢的压力则小1000倍，即为1 10- 10 Torr（13.33 nPa）。由于氢是超高真空系统中主要的残余气体，所以氢的压缩比是决定涡轮分子泵的极限压力的关键因素。
涡轮分子泵对于大分子量的气体，如对那些碳氢化合物分子的压缩比是相当大的，一般高于1012。这个比值根据不同泵，以及不同分子量而不同，由于前级泵的不同和其它因素，涡轮分子泵的前级管道中的碳氢化合物的分压力在10- 4 Torr（13.33 mPa）～10- 6 Torr（133.3 Pa）之间，在这种条件下，在泵的入口处碳氢化合物的分压力将低了1012 倍，即为10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低。这样几乎是无限小的压力，已超出了可测量的范围，即使最灵敏的质谱仪也难以测出。
图6 不同分子量M 的平方根与压缩比的关系曲线
3、充气措施
(1)为什么要充气
当涡轮分子泵关闭或运转极慢时，泵将不再有足够大的压缩比（泵内压力梯度）来阻止前级侧存在的碳氢化合物通过涡轮叶片向真空室进行返流。这种现象称作反扩散或分子返流。在静态条件下，整个系统的压力均衡时，在前级管道侧， 油的分压力通常为10- 4 ～10- 6 Torr （ 或13.33mPa～133.3 Pa）最后也会波及到泵的入口处。当泵关闭时，适当地给泵内充气是控制油分子返流，保持真空室内无碳氢化合物的一种有效的措施。
当停泵后，碳氢化合物返流很快通过泵进入真空室内，如果系统仍保持在真空状态下，碳氢化合物将会粘在清洁的叶片和真空室的表面上。在随后再运转该系统时，将极难抽除粘着的碳氢化合物。另一方面，在涡轮分子泵停止运转时，如果给泵充入干燥氮气或干燥空气，则该干燥气体将给暴露的表面提供一层气体保护层，而且在系统充气后，返流的碳氢化合物由于与充入的气体混合起来，从而它的粘着能力很弱，在混合气体中碳氢化合物所占比例极小，在下一次抽空时也很快就能被抽走。
(2)延迟充气
虽然在泵断开电源后就应给泵充气已被大家所接受，且很平常，但是，涡轮分子泵在切断电源后，泵要渐渐地减速，若延迟几秒或几分钟再充气会更好一些。在泵减速到它平时速度的30%～50%期间，此时泵仍能起到抽气和压缩作用。能有效地使真空室处在真空状态下且能防止碳氢化合物的返流。延迟充气也能使阀门有足够的时间关闭，在经常停电的情况下，延迟充气是很有用的。为了延迟充气， 前级真空必须维持在1 ～1000 mHg （1 10- 3 mmHg ~1 mmHg 或133.3 mPa～133.3 Pa）范围之内，所以在涡轮分子泵与前级泵之间必须有一个真空阀，或者在前级泵内部装一个控制阀，该阀应在电源中断时，使涡轮分子泵与前级泵隔离开来。否则，通过前级泵、前级管道被充气，并导致了油的污染。
(3)在何处充气
在涡轮分子泵的前级侧充气，能强制使碳氢化合物立刻通过涡轮分子泵流入真空室。另一方面，若在涡轮分子泵吸入侧充气，能达到以清洁气体覆盖表面的目的。并使气流流向涡轮分子泵（自上而下），能暂时阻止、延迟碳氢化合物的返流，也有些涡轮分子泵在压缩级之间进行中间充气，它和在吸入侧充气控制碳氢化合物返流几乎同样有效。在超高真空系统中，在压缩级充气尤其优越。因为中间充气不需要价格昂贵的金属密封的可烘烤的充气阀。
(4)怎样充气
如果涡轮分子泵置于一个清洁、干燥的周围环境中，就可以充室内的空气。然而充气入口的位置必须仔细选择。如果充气入口位置靠近油封式旋片泵的排气口位置之上，则充入的气体中会含有油蒸汽势必会对真空系统造成污染，而且如果空气是湿的，为了减少以后再抽气的时间，于是要充入干燥氮气或经过干燥器过滤的空气。另外也不一定总是充入大气压力下的气体，若充入气体的压力为几Torr（几hpa）的干燥气体就足以能控制碳氢化合物的返流。
4、前级管道设安全阀
如果不采用一个操作合理的前级管道安全阀，就有可能即污染涡轮分子泵又污染真空室。当前级泵断电停车时，前级泵就会给自己充气反向通到涡轮分子泵的排气口。这种前级泵充气会输送前级管道返流的泵油，之后通过涡轮分子泵进入真空室，这种现象称为油污染，被污染后涡轮分子泵的叶片就必须在厂家的指导下用氟利昂来清洗。
在涡轮分子泵与前级泵之间装上一个真空阀，可以防止反向充气，当停电时立刻关上此阀。理想的情况是，它即能对前级泵入口充气又不致于使泵油返流浸入安全阀。另外，只有当它的压力基本均衡时才能打开安全阀，否则就有可能出现压力冲击前级管道的问题，例如，在断电瞬间前级泵压力将为大气压力，然而前级管道仍可能处于真空状态下。若阀门的两侧压力差很大，一旦通电阀门会立刻打开，含污染油的大气压下的气体将由前级泵冲向前级管道，从而会污染系统。所以安全阀需要一定的延迟开启的时间，以便让前级泵将阀门后的管道内抽成真空，阀前后的压差均衡时才可打开安全阀，总之采取办法来控制阀门的两侧的压力差，不使气流返冲。现在许多直联式旋片泵，在泵内装有安全阀，但阀门密封性能一定要保证，一旦阀门关不上后果相当严重，涡轮分子泵系统就会被油污染，这种问题是可能通过检测事先发现的。在运转的前级泵上安装一个前级真空规管，将泵关闭如果前级压力增加值在10～1000 mHg （1 10- 2～1 torr 或1.333～133.3Pa）之间并不再增加，则阀门有效如果压力继续上升很快，直接达到大气压力说明阀门失效。如果阀门的密封良好，检查阀门是否立即开启还是等压力均衡后再开启，观察规管并开前级泵，如果规管马上就跳到几乎是大气压力，说明有返流的蒸汽的冲击。
5、操作程序
由于涡轮分子泵的种类和型号是多种多样的，每种泵的操作方式由制造厂家提供，涡轮分子泵的操作最简单、最便宜的方法是同时启动涡轮分子泵和前级泵，当涡轮分子泵加速到正常转速时，同时也预抽完了该系统，在此初始高压强预抽阶段，油蒸汽的返流是不可能的。因为这时系统内气体处于粘滞流或层流状态，排出气体的密度大，可阻挡任何碳氢化合物的分子向涡轮分子泵方向返流。当达到分子流态时，涡轮分子泵已进入正常速度运转，在泵高压缩比的情况下运转时，就可防止了油蒸汽的返流。
涡轮分子泵的前级泵由一个电纽开关控制，两泵可同时启动和停车。
在某些快速循环的系统中，也没有足够的时间，使涡轮分子泵在每一个循环周期内，由于时间短来不及达到正常的运转速度。在这种情况下，就不能随工作循环去周期性地开启涡轮分子泵。此时涡轮分子泵就不得不连续的运转，前级泵粗抽真空室，很快就能达到涡轮分子泵的启动压力，就可以很快打开主阀，涡轮分子泵可以在相对高的压力下工作（节约了时间）也可使粗抽管道返流降到最低程度。
如果系统需要有粗抽管道，操作不当也有可能出现返流问题，若是将系统粗抽到太低的压力，粗抽管道内就会出现分子流态。则粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室。当压力低于100～200 mHg（13.33～26.66Pa）时，就会出现这种返流。
当真空室粗抽适度后就关闭粗抽阀门，而粗抽泵还在继续运转时，粗抽管道内的压力降低了会出现分子流状态。碳氢化合物会出现返流，并凝结在粗抽阀盖上或阀的密封处。当粗抽阀再打开时，这些凝结物就有可能离开阀盖或密封处而返流向真空室一侧。在下一个高真空循环周期中这些油蒸汽就会迁移到真空室内而遭到污染。
为了解决粗抽造成的返流问题，主要是在前级管道中避免分子流态的发生，以防油蒸汽返流。当前级管道中达到前级压力时，关闭粗抽阀对粗抽管道内充气（用一个充气阀和一个可控漏孔），然后关闭粗抽泵。因而粗抽管道内就不可能出现分子流态，防止了返流。
使用涡轮分子泵时，通常可不用粗抽管道。如在快速循环的系统中不设粗抽管道，可以选用那些耐大气冲击的涡轮分子泵。能直接从大气压力下对真空室进行抽真空。
上述讨论是涡轮分子泵选用有油的前级泵工作时应注意的事项。在当前研制成功的不同型的干式前级泵可作为涡轮分子泵的前级泵时就解决了有油系统的返流问题，实现清洁的真空获得，如能选用当前出现的那种从大气压一直抽到高真空的新型分子泵工作就更好了。
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涡轮分子泵的优缺点
涡轮分子泵运转时值得注意的几个问题

1、返流
渦輪分子泵具有提供超清潔、無碳氫化合物的真空環境的能力，故常被用戶選用。然而，用戶也偶爾會發現渦輪分子泵提供不瞭不含碳氫化合物的真空環境。經調查發現碳氫化合物的來源，50%是操作失誤所帶來的問題，如渦輪分子泵的前級泵為油封式旋片泵時，沒有控制返流的安全閥，不合理的放氣程序都會引起油蒸汽的返流，不合要求的安全閥也會引起油污染。
為瞭在系統中實現無碳氫化合物這一要求，在前級泵不是幹式泵的情況下，有必要瞭解渦輪分子泵的壓縮比及如何給泵充氣的一些基本知識。
2、壓縮比
渦輪分子泵的壓縮比是指前級管道（排氣口處）的壓力與進氣口處的壓力之比。由於被抽氣體的分子量不同，泵對各種氣體的壓縮比也不同。氣體分子量M 的平方根與壓縮比K 的關系如圖6所示，泵對氫的壓縮比很小，一般為1000 左右，這樣一來如果前級管道中氫的壓力為1 10- 7 Torr（13.33 Pa），那麼進氣口處氫的壓力則小1000倍，即為1 10- 10 Torr（13.33 nPa）。由於氫是超高真空系統中主要的殘餘氣體，所以氫的壓縮比是決定渦輪分子泵的極限壓力的關鍵因素。
渦輪分子泵對於大分子量的氣體，如對那些碳氫化合物分子的壓縮比是相當大的，一般高於1012。這個比值根據不同泵，以及不同分子量而不同，由於前級泵的不同和其它因素，渦輪分子泵的前級管道中的碳氫化合物的分壓力在10- 4 Torr（13.33 mPa）～10- 6 Torr（133.3 Pa）之間，在這種條件下，在泵的入口處碳氫化合物的分壓力將低瞭1012 倍，即為10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低。這樣幾乎是無限小的壓力，已超出瞭可測量的范圍，即使最靈敏的質譜儀也難以測出。
圖6 不同分子量M 的平方根與壓縮比的關系曲線
3、充氣措施
(1)為什麼要充氣
當渦輪分子泵關閉或運轉極慢時，泵將不再有足夠大的壓縮比（泵內壓力梯度）來阻止前級側存在的碳氫化合物通過渦輪葉片向真空室進行返流。這種現象稱作反擴散或分子返流。在靜態條件下，整個系統的壓力均衡時，在前級管道側， 油的分壓力通常為10- 4 ～10- 6 Torr （ 或13.33mPa～133.3 Pa）最後也會波及到泵的入口處。當泵關閉時適當地給泵內充氣是控制油分子返流，保持真空室內無碳氫化合物的一種有效的措施。
當停泵後，碳氫化合物返流很快通過泵進入真空室內，如果系統仍保持在真空狀態下，碳氫化合物將會粘在清潔的葉片和真空室的表面上。在隨後再運轉該系統時，將極難抽除粘著的碳氫化合物。另一方面，在渦輪分子泵停止運轉時，如果給泵充入幹燥氮氣或幹燥空氣，則該幹燥氣體將給暴露的表面提供一層氣體保護層，而且在系統充氣後，返流的碳氫化合物由於與充入的氣體混合起來，從而它的粘著能力很弱，在混合氣體中碳氫化合物所占比例極小，在下一次抽空時也很快就能被抽走。
(2)延遲充氣
雖然在泵斷開電源後就應給泵充氣已被大傢所接受，且很平常，但是，渦輪分子泵在切斷電源後，泵要漸漸地減速，若延遲幾秒或幾分鐘再充氣會更好一些。在泵減速到它平時速度的30%～50%期間，此時泵仍能起到抽氣和壓縮作用。能有效地使真空室處在真空狀態下且能防止碳氫化合物的返流。延遲充氣也能使閥門有足夠的時間關閉，在經常停電的情況下，延遲充氣是很有用的。為瞭延遲充氣， 前級真空必須維持在1 ～1000 mHg （1 10- 3 mmHg ~1 mmHg 或133.3 mPa～133.3 Pa）范圍之內，所以在渦輪分子泵與前級泵之間必須有一個真空閥，或者在前級泵內部裝一個控制閥，該閥應在電源中斷時，使渦輪分子泵與前級泵隔離開來。否則，通過前級泵、前級管道被充氣，並導致瞭油的污染。
(3)在何處充氣
在渦輪分子泵的前級側充氣，能強制使碳氫化合物立刻通過渦輪分子泵流入真空室。另一方面，若在渦輪分子泵吸入側充氣，能達到以清潔氣體覆蓋表面的目的。並使氣流流向渦輪分子泵（自上而下），能暫時阻止、延遲碳氫化合物的返流，也有些渦輪分子泵在壓縮級之間進行中間充氣，它和在吸入側充氣控制碳氫化合物返流幾乎同樣有效。在超高真空系統中，在壓縮級充氣尤其優越。因為中間充氣不需要價格昂貴的金屬密封的可烘烤的充氣閥。
(4)怎樣充氣
如果渦輪分子泵置於一個清潔、幹燥的周圍環境中，就可以充室內的空氣。然而充氣入口的位置必須仔細選擇。如果充氣入口位置靠近油封式旋片泵的排氣口位置之上，則充入的氣體中會含有油蒸汽勢必會對真空系統造成污染，而且如果空氣是濕的，為瞭減少以後再抽氣的時間，於是要充入幹燥氮氣或經過幹燥器過濾的空氣。另外也不一定總是充入大氣壓力下的氣體，若充入氣體的壓力為幾Torr（幾hpa）的幹燥氣體就足以能控制碳氫化合物的返流。
4、前級管道設安全閥
如果不采用一個操作合理的前級管道安全閥，就有可能即污染渦輪分子泵又污染真空室。當前級泵斷電停車時，前級泵就會給自己充氣反向通到渦輪分子泵的排氣口。這種前級泵充氣會輸送前級管道返流的泵油，之後通過渦輪分子泵進入真空室，這種現象稱為油污染，被污染後渦輪分子泵的葉片就必須在廠傢的指導下用氟利昂來清洗。
在渦輪分子泵與前級泵之間裝上一個真空閥，可以防止反向充氣，當停電時立刻關上此閥。理想的情況是，它即能對前級泵入口充氣又不致於使泵油返流浸入安全閥。另外，隻有當它的壓力基本均衡時才能打開安全閥，否則就有可能出現壓力沖擊前級管道的問題，例如，在斷電瞬間前級泵壓力將為大氣壓力，然而前級管道仍可能處於真空狀態下。若閥門的兩側壓力差很大，一旦通電閥門會立刻打開，含污染油的大氣壓下的氣體將由前級泵沖向前級管道，從而會污染系統。所以安全閥需要一定的延遲開啟的時間，以便讓前級泵將閥門後的管道內抽成真空，閥前後的壓差均衡時才可打開安全閥，總之采取辦法來控制閥門的兩側的壓力差，不使氣流返沖。現在許多直聯式旋片泵，在泵內裝有安全閥，但閥門密封性能一定要保證，一旦閥門關不上後果相當嚴重，渦輪分子泵系統就會被油污染，這種問題是可能通過檢測事先發現的。在運轉的前級泵上安裝一個前級真空規管，將泵關閉如果前級壓力增加值在10～1000 mHg （1 10- 2～1 torr 或1.333～133.3Pa）之間並不再增加，則閥門有效如果壓力繼續上升很快，直接達到大氣壓力說明閥門失效。如果閥門的密封良好，檢查閥門是否立即開啟還是等壓力均衡後再開啟，觀察規管並開前級泵，如果規管馬上就跳到幾乎是大氣壓力，說明有返流的蒸汽的沖擊。
5、操作程序
由於渦輪分子泵的種類和型號是多種多樣的，每種泵的操作方式由制造廠傢提供，渦輪分子泵的操作最簡單、最便宜的方法是同時啟動渦輪分子泵和前級泵，當渦輪分子泵加速到正常轉速時，同時也預抽完瞭該系統，在此初始高壓強預抽階段，油蒸汽的返流是不可能的。因為這時系統內氣體處於粘滯流或層流狀態，排出氣體的密度大，可阻擋任何碳氫化合物的分子向渦輪分子泵方向返流。當達到分子流態時，渦輪分子泵已進入正常速度運轉，在泵高壓縮比的情況下運轉時，就可防止瞭油蒸汽的返流。
渦輪分子泵的前級泵由一個電紐開關控制，兩泵可同時啟動和停車。
在某些快速循環的系統中，也沒有足夠的時間，使渦輪分子泵在每一個循環周期內，由於時間短來不及達到正常的運轉速度。在這種情況下，就不能隨工作循環去周期性地開啟渦輪分子泵。此時渦輪分子泵就不得不連續的運轉，前級泵粗抽真空室，很快就能達到渦輪分子泵的啟動壓力，就可以很快打開主閥，渦輪分子泵可以在相對高的壓力下工作（節約瞭時間）也可使粗抽管道返流降到最低程度。
如果系統需要有粗抽管道，操作不當也有可能出現返流問題，若是將系統粗抽到太低的壓力，粗抽管道內就會出現分子流態。則粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室。當壓力低於100～200 mHg（13.33～26.66Pa）時，就會出現這種返流。
當真空室粗抽適度後就關閉粗抽閥門，而粗抽泵還在繼續運轉時，粗抽管道內的壓力降低瞭會出現分子流狀態。碳氫化合物會出現返流，並凝結在粗抽閥蓋上或閥的密封處。當粗抽閥再打開時，這些凝結物就有可能離開閥蓋或密封處而返流向真空室一側。在下一個高真空循環周期中這些油蒸汽就會遷移到真空室內而遭到污染。
為瞭解決粗抽造成的返流問題，主要是在前級管道中避免分子流態的發生，以防油蒸汽返流。當前級管道中達到前級壓力時，關閉粗抽閥對粗抽管道內充氣（用一個充氣閥和一個可控漏孔），然後關閉粗抽泵。因而粗抽管道內就不可能出現分子流態，防止瞭返流。
使用渦輪分子泵時，通常可不用粗抽管道。如在快速循環的系統中，不設粗抽管道，可以選用那些耐大氣沖擊的渦輪分子泵。能直接從大氣壓力下對真空室進行抽真空。
上述討論是渦輪分子泵選用有油的前級泵工作時應註意的事項。在當前研制成功的不同型的幹式前級泵可作為渦輪分子泵的前級泵時就解決瞭有油系統的返流問題，實現清潔的真空獲得，如能選用當前出現的那種從大氣壓一直抽到高真空的新型分子泵工作就更好瞭。
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渦輪分子泵的優缺點
渦輪分子泵運轉時值得註意的幾個問題

1、返流
涡轮分子泵具有提供超清洁、无碳氢化合物的真空环境的能力，故常被用户选用。然而，用户也偶尔会发现涡轮分子泵提供不了不含碳氢化合物的真空环境。经调查发现碳氢化合物的来源，50%是操作失误所带来的问题，如涡轮分子泵的前级泵为油封式旋片泵时，没有控制返流的安全阀不合理的放气程序都会引起油蒸汽的返流，不合要求的安全阀也会引起油污染。
为了在系统中实现无碳氢化合物这一要求，在前级泵不是干式泵的情况下，有必要了解涡轮分子泵的压缩比及如何给泵充气的一些基本知识。
2、压缩比
涡轮分子泵的压缩比是指前级管道（排气口处）的压力与进气口处的压力之比。由于被抽气体的分子量不同，泵对各种气体的压缩比也不同。气体分子量M 的平方根与压缩比K 的关系如图6所示，泵对氢的压缩比很小，一般为1000 左右，这样一来如果前级管道中氢的压力为1 10- 7 Torr（13.33 Pa），那么进气口处氢的压力则小1000倍，即为1 10- 10 Torr（13.33 nPa）。由于氢是超高真空系统中主要的残余气体，所以氢的压缩比是决定涡轮分子泵的极限压力的关键因素。
涡轮分子泵对于大分子量的气体，如对那些碳氢化合物分子的压缩比是相当大的，一般高于1012。这个比值根据不同泵，以及不同分子量而不同，由于前级泵的不同和其它因素，涡轮分子泵的前级管道中的碳氢化合物的分压力在10- 4 Torr（13.33 mPa）～10- 6 Torr（133.3 Pa）之间，在这种条件下，在泵的入口处碳氢化合物的分压力将低了1012 倍，即为10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低。这样几乎是无限小的压力，已超出了可测量的范围，即使最灵敏的质谱仪也难以测出。
图6 不同分子量M 的平方根与压缩比的关系曲线
3、充气措施
(1)为什么要充气
当涡轮分子泵关闭或运转极慢时，泵将不再有足够大的压缩比（泵内压力梯度）来阻止前级侧存在的碳氢化合物通过涡轮叶片向真空室进行返流。这种现象称作反扩散或分子返流。在静态条件下，整个系统的压力均衡时，在前级管道侧， 油的分压力通常为10- 4 ～10- 6 Torr （ 或13.33mPa～133.3 Pa）最后也会波及到泵的入口处。当泵关闭时，适当地给泵内充气是控制油分子返流，保持真空室内无碳氢化合物的一种有效的措施。
当停泵后，碳氢化合物返流很快通过泵进入真空室内，如果系统仍保持在真空状态下，碳氢化合物将会粘在清洁的叶片和真空室的表面上。在随后再运转该系统时，将极难抽除粘着的碳氢化合物。另一方面，在涡轮分子泵停止运转时，如果给泵充入干燥氮气或干燥空气，则该干燥气体将给暴露的表面提供一层气体保护层，而且在系统充气后，返流的碳氢化合物由于与充入的气体混合起来，从而它的粘着能力很弱，在混合气体中碳氢化合物所占比例极小，在下一次抽空时也很快就能被抽走。
(2)延迟充气
虽然在泵断开电源后就应给泵充气已被大家所接受，且很平常，但是，涡轮分子泵在切断电源后，泵要渐渐地减速，若延迟几秒或几分钟再充气会更好一些。在泵减速到它平时速度的30%～50%期间，此时泵仍能起到抽气和压缩作用。能有效地使真空室处在真空状态下且能防止碳氢化合物的返流。延迟充气也能使阀门有足够的时间关闭，在经常停电的情况下，延迟充气是很有用的。为了延迟充气， 前级真空必须维持在1 ～1000 mHg （1 10- 3 mmHg ~1 mmHg 或133.3 mPa～133.3 Pa）范围之内，所以在涡轮分子泵与前级泵之间必须有一个真空阀，或者在前级泵内部装一个控制阀，该阀应在电源中断时，使涡轮分子泵与前级泵隔离开来。否则，通过前级泵、前级管道被充气，并导致了油的污染。
(3)在何处充气
在涡轮分子泵的前级侧充气，能强制使碳氢化合物立刻通过涡轮分子泵流入真空室。另一方面，若在涡轮分子泵吸入侧充气，能达到以清洁气体覆盖表面的目的。并使气流流向涡轮分子泵（自上而下），能暂时阻止、延迟碳氢化合物的返流，也有些涡轮分子泵在压缩级之间进行中间充气，它和在吸入侧充气控制碳氢化合物返流几乎同样有效。在超高真空系统中，在压缩级充气尤其优越。因为中间充气不需要价格昂贵的金属密封的可烘烤的充气阀。
(4)怎样充气
如果涡轮分子泵置于一个清洁、干燥的周围环境中，就可以充室内的空气。然而充气入口的位置必须仔细选择。如果充气入口位置靠近油封式旋片泵的排气口位置之上，则充入的气体中会含有油蒸汽势必会对真空系统造成污染，而且如果空气是湿的，为了减少以后再抽气的时间，于是要充入干燥氮气或经过干燥器过滤的空气。另外也不一定总是充入大气压力下的气体，若充入气体的压力为几Torr（几hpa）的干燥气体就足以能控制碳氢化合物的返流。
4、前级管道设安全阀
如果不采用一个操作合理的前级管道安全阀，就有可能即污染涡轮分子泵又污染真空室。当前级泵断电停车时，前级泵就会给自己充气反向通到涡轮分子泵的排气口。这种前级泵充气会输送前级管道返流的泵油，之后通过涡轮分子泵进入真空室，这种现象称为油污染，被污染后涡轮分子泵的叶片就必须在厂家的指导下用氟利昂来清洗。
在涡轮分子泵与前级泵之间装上一个真空阀，可以防止反向充气，当停电时立刻关上此阀。理想的情况是，它即能对前级泵入口充气又不致于使泵油返流浸入安全阀。另外，只有当它的压力基本均衡时才能打开安全阀，否则就有可能出现压力冲击前级管道的问题，例如，在断电瞬间前级泵压力将为大气压力，然而前级管道仍可能处于真空状态下。若阀门的两侧压力差很大，一旦通电阀门会立刻打开，含污染油的大气压下的气体将由前级泵冲向前级管道，从而会污染系统。所以安全阀需要一定的延迟开启的时间，以便让前级泵将阀门后的管道内抽成真空，阀前后的压差均衡时才可打开安全阀，总之采取办法来控制阀门的两侧的压力差，不使气流返冲。现在许多直联式旋片泵，在泵内装有安全阀，但阀门密封性能一定要保证，一旦阀门关不上后果相当严重，涡轮分子泵系统就会被油污染，这种问题是可能通过检测事先发现的。在运转的前级泵上安装一个前级真空规管，将泵关闭如果前级压力增加值在10～1000 mHg （1 10- 2～1 torr 或1.333～133.3Pa）之间并不再增加，则阀门有效如果压力继续上升很快，直接达到大气压力说明阀门失效。如果阀门的密封良好，检查阀门是否立即开启还是等压力均衡后再开启，观察规管并开前级泵，如果规管马上就跳到几乎是大气压力，说明有返流的蒸汽的冲击。
5、操作程序
由于涡轮分子泵的种类和型号是多种多样的，每种泵的操作方式由制造厂家提供，涡轮分子泵的操作最简单、最便宜的方法是同时启动涡轮分子泵和前级泵，当涡轮分子泵加速到正常转速时，同时也预抽完了该系统，在此初始高压强预抽阶段，油蒸汽的返流是不可能的。因为这时系统内气体处于粘滞流或层流状态，排出气体的密度大，可阻挡任何碳氢化合物的分子向涡轮分子泵方向返流。当达到分子流态时，涡轮分子泵已进入正常速度运转，在泵高压缩比的情况下运转时，就可防止了油蒸汽的返流。
涡轮分子泵的前级泵由一个电纽开关控制，两泵可同时启动和停车。
在某些快速循环的系统中，也没有足够的时间，使涡轮分子泵在每一个循环周期内，由于时间短来不及达到正常的运转速度。在这种情况下，就不能随工作循环去周期性地开启涡轮分子泵。此时涡轮分子泵就不得不连续的运转，前级泵粗抽真空室，很快就能达到涡轮分子泵的启动压力，就可以很快打开主阀，涡轮分子泵可以在相对高的压力下工作（节约了时间）也可使粗抽管道返流降到最低程度。
如果系统需要有粗抽管道，操作不当也有可能出现返流问题，若是将系统粗抽到太低的压力，粗抽管道内就会出现分子流态。则粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室。当压力低于100～200 mHg（13.33～26.66Pa）时，就会出现这种返流。
当真空室粗抽适度后就关闭粗抽阀门，而粗抽泵还在继续运转时，粗抽管道内的压力降低了会出现分子流状态。碳氢化合物会出现返流，并凝结在粗抽阀盖上或阀的密封处。当粗抽阀再打开时，这些凝结物就有可能离开阀盖或密封处而返流向真空室一侧。在下一个高真空循环周期中这些油蒸汽就会迁移到真空室内而遭到污染。
为了解决粗抽造成的返流问题，主要是在前级管道中避免分子流态的发生，以防油蒸汽返流。当前级管道中达到前级压力时，关闭粗抽阀对粗抽管道内充气（用一个充气阀和一个可控漏孔），然后关闭粗抽泵。因而粗抽管道内就不可能出现分子流态，防止了返流。
使用涡轮分子泵时，通常可不用粗抽管道。如在快速循环的系统中，不设粗抽管道，可以选用那些耐大气冲击的涡轮分子泵。能直接从大气压力下对真空室进行抽真空。
上述讨论是涡轮分子泵选用有油的前级泵工作时应注意的事项。在当前研制成功的不同型的干式前级泵可作为涡轮分子泵的前级泵时就解决了有油系统的返流问题，实现清洁的真空获得，如能选用当前出现的那种从大气压一直抽到高真空的新型分子泵工作就更好了。
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如何选择和使用涡轮分子泵 结构型式与工作原理
涡轮分子泵的优缺点
涡轮分子泵运转时值得注意的几个问题

1、返流
渦輪分子泵具有提供超清潔、無碳氫化合物的真空環境的能力，故常被用戶選用。然而，用戶也偶爾會發現渦輪分子泵提供不瞭不含碳氫化合物的真空環境。經調查發現碳氫化合物的來源，50%是操作失誤所帶來的問題，如渦輪分子泵的前級泵為油封式旋片泵時，沒有控制返流的安全閥，不合理的放氣程序都會引起油蒸汽的返流，不合要求的安全閥也會引起油污染。
為瞭在系統中實現無碳氫化合物這一要求，在前級泵不是幹式泵的情況下，有必要瞭解渦輪分子泵的壓縮比及如何給泵充氣的一些基本知識。
2、壓縮比
渦輪分子泵的壓縮比是指前級管道（排氣口處）的壓力與進氣口處的壓力之比。由於被抽氣體的分子量不同，泵對各種氣體的壓縮比也不同。氣體分子量M 的平方根與壓縮比K 的關系如圖6所示，泵對氫的壓縮比很小，一般為1000 左右，這樣一來如果前級管道中氫的壓力為1 10- 7 Torr（13.33 Pa），那麼進氣口處氫的壓力則小1000倍，即為1 10- 10 Torr（13.33 nPa）。由於氫是超高真空系統中主要的殘餘氣體，所以氫的壓縮比是決定渦輪分子泵的極限壓力的關鍵因素。
渦輪分子泵對於大分子量的氣體，如對那些碳氫化合物分子的壓縮比是相當大的，一般高於1012。這個比值根據不同泵，以及不同分子量而不同，由於前級泵的不同和其它因素，渦輪分子泵的前級管道中的碳氫化合物的分壓力在10- 4 Torr（13.33 mPa）～10- 6 Torr（133.3 Pa）之間，在這種條件下，在泵的入口處碳氫化合物的分壓力將低瞭1012 倍，即為10- 16 Torr（13.33 fPa）或更低。這樣幾乎是無限小的壓力，已超出瞭可測量的范圍，即使最靈敏的質譜儀也難以測出。
圖6 不同分子量M 的平方根與壓縮比的關系曲線
3、充氣措施
(1)為什麼要充氣
當渦輪分子泵關閉或運轉極慢時，泵將不再有足夠大的壓縮比（泵內壓力梯度）來阻止前級側存在的碳氫化合物通過渦輪葉片向真空室進行返流。這種現象稱作反擴散或分子返流。在靜態條件下，整個系統的壓力均衡時，在前級管道側， 油的分壓力通常為10- 4 ～10- 6 Torr （ 或13.33mPa～133.3 Pa）最後也會波及到泵的入口處。當泵關閉時，適當地給泵內充氣是控制油分子返流，保持真空室內無碳氫化合物的一種有效的措施。
當停泵後，碳氫化合物返流很快通過泵進入真空室內，如果系統仍保持在真空狀態下，碳氫化合物將會粘在清潔的葉片和真空室的表面上。在隨後再運轉該系統時，將極難抽除粘著的碳氫化合物。另一方面，在渦輪分子泵停止運轉時，如果給泵充入幹燥氮氣或幹燥空氣，則該幹燥氣體將給暴露的表面提供一層氣體保護層，而且在系統充氣後，返流的碳氫化合物由於與充入的氣體混合起來，從而它的粘著能力很弱，在混合氣體中碳氫化合物所占比例極小，在下一次抽空時也很快就能被抽走。
(2)延遲充氣
雖然在泵斷開電源後就應給泵充氣已被大傢所接受，且很平常，但是，渦輪分子泵在切斷電源後，泵要漸漸地減速，若延遲幾秒或幾分鐘再充氣會更好一些。在泵減速到它平時速度的30%～50%期間，此時泵仍能起到抽氣和壓縮作用。能有效地使真空室處在真空狀態下且能防止碳氫化合物的返流。延遲充氣也能使閥門有足夠的時間關閉，在經常停電的情況下，延遲充氣是很有用的。為瞭延遲充氣， 前級真空必須維持在1 ～1000 mHg （1 10- 3 mmHg ~1 mmHg 或133.3 mPa～133.3 Pa）范圍之內，所以在渦輪分子泵與前級泵之間必須有一個真空閥，或者在前級泵內部裝一個控制閥，該閥應在電源中斷時，使渦輪分子泵與前級泵隔離開來。否則，通過前級泵、前級管道被充氣，並導致瞭油的污染。
(3)在何處充氣
在渦輪分子泵的前級側充氣，能強制使碳氫化合物立刻通過渦輪分子泵流入真空室。另一方面，若在渦輪分子泵吸入側充氣，能達到以清潔氣體覆蓋表面的目的。並使氣流流向渦輪分子泵（自上而下），能暫時阻止、延遲碳氫化合物的返流，也有些渦輪分子泵在壓縮級之間進行中間充氣，它和在吸入側充氣控制碳氫化合物返流幾乎同樣有效。在超高真空系統中，在壓縮級充氣尤其優越。因為中間充氣不需要價格昂貴的金屬密封的可烘烤的充氣閥。
(4)怎樣充氣
如果渦輪分子泵置於一個清潔、幹燥的周圍環境中，就可以充室內的空氣。然而充氣入口的位置必須仔細選擇。如果充氣入口位置靠近油封式旋片泵的排氣口位置之上，則充入的氣體中會含有油蒸汽勢必會對真空系統造成污染，而且如果空氣是濕的，為瞭減少以後再抽氣的時間，於是要充入幹燥氮氣或經過幹燥器過濾的空氣。另外也不一定總是充入大氣壓力下的氣體，若充入氣體的壓力為幾Torr（幾hpa）的幹燥氣體就足以能控制碳氫化合物的返流。
4、前級管道設安全閥
如果不采用一個操作合理的前級管道安全閥，就有可能即污染渦輪分子泵又污染真空室。當前級泵斷電停車時，前級泵就會給自己充氣反向通到渦輪分子泵的排氣口。這種前級泵充氣會輸送前級管道返流的泵油，之後通過渦輪分子泵進入真空室，這種現象稱為油污染，被污染後渦輪分子泵的葉片就必須在廠傢的指導下用氟利昂來清洗。
在渦輪分子泵與前級泵之間裝上一個真空閥，可以防止反向充氣，當停電時立刻關上此閥。理想的情況是，它即能對前級泵入口充氣又不致於使泵油返流浸入安全閥。另外，隻有當它的壓力基本均衡時才能打開安全閥，否則就有可能出現壓力沖擊前級管道的問題，例如，在斷電瞬間前級泵壓力將為大氣壓力，然而前級管道仍可能處於真空狀態下。若閥門的兩側壓力差很大，一旦通電閥門會立刻打開，含污染油的大氣壓下的氣體將由前級泵沖向前級管道，從而會污染系統。所以安全閥需要一定的延遲開啟的時間，以便讓前級泵將閥門後的管道內抽成真空，閥前後的壓差均衡時才可打開安全閥，總之采取辦法來控制閥門的兩側的壓力差，不使氣流返沖。現在許多直聯式旋片泵，在泵內裝有安全閥，但閥門密封性能一定要保證，一旦閥門關不上後果相當嚴重，渦輪分子泵系統就會被油污染，這種問題是可能通過檢測事先發現的。在運轉的前級泵上安裝一個前級真空規管，將泵關閉如果前級壓力增加值在10～1000 mHg （1 10- 2～1 torr 或1.333～133.3Pa）之間並不再增加，則閥門有效如果壓力繼續上升很快，直接達到大氣壓力說明閥門失效。如果閥門的密封良好，檢查閥門是否立即開啟還是等壓力均衡後再開啟，觀察規管並開前級泵，如果規管馬上就跳到幾乎是大氣壓力，說明有返流的蒸汽的沖擊。
5、操作程序
由於渦輪分子泵的種類和型號是多種多樣的，每種泵的操作方式由制造廠傢提供，渦輪分子泵的操作最簡單、最便宜的方法是同時啟動渦輪分子泵和前級泵，當渦輪分子泵加速到正常轉速時，同時也預抽完瞭該系統，在此初始高壓強預抽階段，油蒸汽的返流是不可能的。因為這時系統內氣體處於粘滯流或層流狀態，排出氣體的密度大，可阻擋任何碳氫化合物的分子向渦輪分子泵方向返流。當達到分子流態時，渦輪分子泵已進入正常速度運轉，在泵高壓縮比的情況下運轉時就可防止瞭油蒸汽的返流。
渦輪分子泵的前級泵由一個電紐開關控制，兩泵可同時啟動和停車。
在某些快速循環的系統中，也沒有足夠的時間，使渦輪分子泵在每一個循環周期內，由於時間短來不及達到正常的運轉速度。在這種情況下，就不能隨工作循環去周期性地開啟渦輪分子泵。此時渦輪分子泵就不得不連續的運轉，前級泵粗抽真空室，很快就能達到渦輪分子泵的啟動壓力，就可以很快打開主閥，渦輪分子泵可以在相對高的壓力下工作（節約瞭時間）也可使粗抽管道返流降到最低程度。
如果系統需要有粗抽管道，操作不當也有可能出現返流問題，若是將系統粗抽到太低的壓力，粗抽管道內就會出現分子流態。則粗抽泵的油蒸汽就有可能返流到真空室。當壓力低於100～200 mHg（13.33～26.66Pa）時，就會出現這種返流。
當真空室粗抽適度後就關閉粗抽閥門，而粗抽泵還在繼續運轉時，粗抽管道內的壓力降低瞭會出現分子流狀態。碳氫化合物會出現返流，並凝結在粗抽閥蓋上或閥的密封處。當粗抽閥再打開時，這些凝結物就有可能離開閥蓋或密封處而返流向真空室一側。在下一個高真空循環周期中這些油蒸汽就會遷移到真空室內而遭到污染。
為瞭解決粗抽造成的返流問題，主要是在前級管道中避免分子流態的發生，以防油蒸汽返流。當前級管道中達到前級壓力時，關閉粗抽閥對粗抽管道內充氣（用一個充氣閥和一個可控漏孔），然後關閉粗抽泵