渦輪分子泵的發明史

2016-01-24 普發真空中國 普發真空中國

渦輪分子泵的發明史

根據Willi Becker 理念制造出的第一臺渦輪泵

  自1945年擔任實驗室主任以來,工程師Willi Becker一直致力于優化擴散泵的性能以及找到避免抽送能力下降過半的方法——而造成性能下降的就是當時必須使用的擋板。在實驗中,他發現裝有渦輪葉片的旋轉圓盤具有抽吸效果,從而想到制造一種對吸入氣體無氣阻的擋板。沿著這條思路出發,1955年渦輪分子泵問世。

  Willi Becker 博士,渦輪泵的發明者(1919年-1986年)

  1956:申請渦輪泵設計專利

  1958:第一臺渦輪泵上市

  1966年7月:成為吉森大學的榮譽博士

  隨后幾年

  優化渦輪分子泵:縮減尺寸和重量,改善軸承結構和性能

  1982年3月:退休

  1986年2月:Willi Becker 博士去世,享年66歲

渦輪分子泵的發明史

圖為Willi Becker 在實驗室

  Willi Becker 博士個人簡歷,渦輪泵的發明者(1919年-1986年)

  1939:畢業于達姆施塔特工程學院。進入韋茨拉爾的 Arthur Pfeiffer 公司,起初在飛機導航設備領域工作

  1945:成為高真空領域的開發負責人,建立一套完整的真空技術設備和測量儀器程序

  1954/55:研制渦輪泵

渦輪分子泵的發明史

渦輪分子泵發明者Willi Becker

  Willi Becker在1955年的設計基礎上制造出一款新泵,有針對性地組裝了多個高速旋轉的圓形渦輪葉片,這款泵也不負眾望地顯示出了卓越的性能。Willi Becker這樣描述道:“這種擋板主要由一個快速旋轉的葉輪組成,翼片端部邊緣沿軸方向逐漸減輕。正確的旋轉方向和一定的轉速可以保證空氣分子從上到下自由通過,而從下向上飛的油滴則會被表面捕獲。在試驗階段最引人注目的是這種旋轉擋板能夠產生相當大的壓縮比。由于葉輪與轉輪相近,我們參照渦輪機在轉輪前后對稱安裝導輪,通過導輪放大壓縮效果,再將許多這樣的轉輪安裝在一個泵內。因為這種泵的結構與渦輪機十分相似,我們將其命名為渦輪真空泵。“

  渦輪分子泵使真空技術發生了顛覆性變革,稱得上是該研究領域最具意義的發明之一。

  渦輪分子泵的發明使普發真空成為行業的標桿

  當1945年Willi Becker接管普發真空實驗室工作時, 他還沒有想到他將為真空技術帶來革命性進步。在研究擴散泵期間,他提出一種設計方案,使此類泵中擋板不會對吸入氣體產生阻力——這種阻力會導致泵功率下降多達 50%。

  1955年,他將想法付諸實踐,以快速旋轉葉輪為基礎設計出一款擋板,葉輪由裝配渦輪葉片的圓盤所組成。這款旋轉擋板展示出驚人的功率,空氣分子從上向下流動,而從下向上飛的油滴將被表面捕獲。

  三年后,他研制出第一臺按照此原理運作的樣機泵,并申請了專利。渦輪分子泵——簡稱渦輪泵誕生,普發真空再一次證明了自身在真空制造業的開創性。

  隨后幾年中,Willi Becker 不斷改進他的發明,優化功能并為他所發現的抽吸效應提供理論依據,這使他于1966年成為吉森大學的榮譽博士。真空技術網(http://www.bdfwqmh.cn/)認為渦輪分子泵是市場上品質和性能最好的泵,是每個現代實驗室的基本設備之一。

  普發真空的現任研發負責人 Armin Conrad 深諳這項發明所具有的劃時代意義,并在采訪中解釋了渦輪分子泵之所以重要的原因。

渦輪分子泵的發明史

Conrad先生,請問渦輪分子泵是在什么樣背景下誕生的,在它之前人們都適用哪些真空設備進行生產和研究?

  Armin Conrad: 在渦輪分子泵發明前,工業上主要使用油泵制造真空。顧名思義,這種泵在使用過程中需要大量的油。然而,在上世紀中葉,對于無油真空的需求愈發迫切,人們試圖用油氣密封方法解決這個問題,但始終難以滿足要求。Willi Becker是一位極具探索精神的發明家和手工制作愛好者,他的好奇心以及對解決問題的癡迷促使他決定填補無油真空的空白。他迎難而上,并在研究過程發現渦輪的抽吸作用。

渦輪分子泵的基礎原理是什么?

  Armin Conrad:氣體粒子擊中移動的擋壁,則自身的熱運動方向變為垂直于擋壁。這個過程多次重復,無規則熱分子運動被轉換成定向粒子流,由此得到泵送過程。根據這一原理運作的泵因此被稱為分子泵。這一工作原理的難點是氣體粒子的相互碰撞,這會抵消泵送過程,因此必須預先使腔體壓力降至約10-1 hPa 。

第一臺分子泵是什么樣的?

  渦輪分子泵主要由一個外殼與轉子和定子組成。旋轉圓盤和固定圓盤交叉排列,一個轉子盤和一個定子盤組成一個泵級。轉子轉動得越快,抽吸效果就越顯著。現代泵的轉速已高達90 000 min-1,圓周速度為 400 m/s。而在1958年Willi Becker的自制樣機轉速就能達到142 m/s。

渦輪分子泵自問世后有哪些改進?

  Armin Conra:如前文所述,第一臺泵壓力達到10-1 hPa。為了適應更高的前級壓力,在90年代開發出霍爾威克級。它由一個帶銑削螺紋的直立件和一個旋轉圓筒組成。泵通道的典型尺寸比渦輪盤上的小10至50倍。因為高壓是影響氣體粒子碰撞的第一因素,故標準前級壓為10 hPa,特殊情況下甚至允許達到30hPa。

它對泵用戶有什么好處?

  Armin Conrad:我們致力于渦輪分子泵的改進,追求技術領先。近年來,通過改進轉子動力和完善軸承技術,產品的可靠性有了極大提高。普發真空的特殊均衡技術在這種情況下起到了重要的作用。此外,HiPace 系列渦輪分子泵通過早期故障檢測簡化了后期維護工作。

  另一方面, HiPace 實現了能源的高效利用,通過優化驅動技術、減少資源消耗和改進驅動器的效率,大大節約了運行成本。

您怎么看待渦輪分子泵未來的趨勢?

  Armin Conrad:真空技術網(http://www.bdfwqmh.cn/)認為產品能效在目前具有重要意義,并且在未來將越來越重要。越來越多的客戶要求解決方案具有更高的生產率、更低的資源消耗與運營成本。真空系統的能耗有時甚至可以占到生產設備總能耗的30%,也就是說在節能方面仍舊有很大的空間可以進行改善。在HiPace 系列中,我們極大地提高了渦輪分子泵技術的環境可持續發展能力和經濟效益。未來我們仍會在這條道路上探索,以滿足市場和客戶日益高漲的需求。