由于擴(kuò)散泵具有極限真空度高、抽速大、抽氣范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、沒有運(yùn)動部件等優(yōu)點，使得擴(kuò)散泵還有長遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，還有研究發(fā)展的空間。根據(jù)上述分析，預(yù)計發(fā)展方向應(yīng)該是解決擴(kuò)散泵耗能高、有返油、自動化程度低、理論不能指導(dǎo)設(shè)計等缺點。

1、節(jié)能型擴(kuò)散泵的研究
        擴(kuò)散泵的高效節(jié)能，應(yīng)該在加熱器上下功夫。
        加熱器主要有內(nèi)加熱器和外加熱器兩種。需要統(tǒng)一認(rèn)識的是內(nèi)、外加熱器的定義，我們認(rèn)為：應(yīng)該以泵壁（泵底）為界，直接裝在泵壁內(nèi)（油鍋里）的加熱器稱為內(nèi)加熱器，裝在泵壁外面的加熱器稱為外加熱器。目前有些工作人員將改進(jìn)的、能插入到擴(kuò)散泵底的加熱管，稱為內(nèi)加熱器是不確切的，應(yīng)該還是屬于外加熱器。前文圖5、圖7都是外加熱器，只是較普通外加熱器有所改進(jìn)，比較節(jié)約能源。
        可以看到，無論外加熱器與泵底安裝得多么緊密，都必須留有空氣隙，否則電加熱元件將與泵底接觸而造成短路?？諝庀秾?dǎo)致電爐對泵底（油鍋）的加熱只能是輻射加熱和空氣的對流加熱，輻射加熱的效率低，空氣對流加熱的熱損失大。這就是外加熱器無法克服的缺點。
        內(nèi)加熱器是將加熱器直接放在泵體內(nèi)的油鍋里，加熱器直接加熱油，省去了加熱器與泵底的傳導(dǎo)熱阻和對外界的輻射、對流散熱，因此內(nèi)加熱器的熱損失少、熱效率高，而且還有助于減少擴(kuò)散泵的啟動預(yù)熱和停泵降溫所需時間。
在20世紀(jì)70~80年代，曾經(jīng)有幾家工廠研制過內(nèi)加熱器，加熱元件采用鎳鉻帶，采用磁夾作為固定和絕緣元件，直接放在油鍋里，實現(xiàn)節(jié)能。但是，按照當(dāng)時的技術(shù)條件，出現(xiàn)了難題。主要是加熱電極在通過泵壁時的密封、絕緣都很困難，而且不太可靠，密封、絕緣的零件需要經(jīng)常更換；加熱器的安裝、更換比較難；使用時出現(xiàn)過短路現(xiàn)象。因此，內(nèi)加熱器沒有發(fā)展起來。
        現(xiàn)在的密封材料、絕緣材料都有了很大改變，電加熱器也出現(xiàn)了好多種，如果認(rèn)真研究，上述難題應(yīng)該能夠解決。

2、低返油率擴(kuò)散泵的研究
        擴(kuò)散泵的主要缺點之一是返油，降低返油率是解決擴(kuò)散泵應(yīng)用前景的重要問題。為降低擴(kuò)散泵的返油率，應(yīng)該在單泵的結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)兩方面下功夫。
        前文圖1和圖2給出的低返油率擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)，均是在第一級噴嘴之上加設(shè)水冷帽。還有人提出加大第一級噴嘴的擴(kuò)展度，提高噴射的蒸汽射流速度，實現(xiàn)擴(kuò)散泵的低返油率。這些結(jié)論應(yīng)該是研制低返油率擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方向之一。
        組建低返油率的擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)是另一個方向。在擴(kuò)散泵頂部加低溫冷阱是有效的方法，隨著小型制冷機(jī)組的日臻成熟，這種方法在鍍膜設(shè)備的擴(kuò)散泵系統(tǒng)中已被大量采用。還有什么新的辦法，值得期待。

3、高度自動化擴(kuò)散泵的研究
        從加工制造、裝配調(diào)試、性能測試、包裝運(yùn)輸?shù)绞褂镁S護(hù)，都需要自動化。現(xiàn)在擴(kuò)散泵技術(shù)與其他制造技術(shù)相比相對落后，需要全面發(fā)展、趕上機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。制造不規(guī)范、裝配不精準(zhǔn)都會使得泵的性能不穩(wěn)定。
        值得強(qiáng)調(diào)的是擴(kuò)散泵運(yùn)行控制的自動化。例如，依據(jù)工作真空度和氣體負(fù)荷實時調(diào)整油鍋溫度和加熱功率，不僅可以降低能耗，還有望提高抽氣性能和減少返流；對加熱器和冷卻系統(tǒng)的聯(lián)合控制，可以解決目前普遍存在的預(yù)熱升溫和停車降溫時間過長的問題；引入嵌入式故障報警系統(tǒng)，可大大提高擴(kuò)散泵的有效可靠壽命。這些都需要研究和發(fā)展擴(kuò)散泵與擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)的自動化。

4、特殊需求擴(kuò)散泵的研究
        近年來，常規(guī)擴(kuò)散泵的市場需求受到了來自用戶使用要求提高和其他泵種發(fā)展的雙重擠壓。大抽速分子泵和廉價低溫泵的發(fā)展，蠶食了無油清潔高真空的部分市場需求。針對市場特殊需求開發(fā)專屬用途的產(chǎn)品，是擴(kuò)散泵發(fā)展的重要方向。
        早期曾面向逆流擴(kuò)散檢漏儀，開發(fā)出目前口徑最?。?5mm）的非標(biāo)型號擴(kuò)散泵，如圖8所示，已得到實際應(yīng)用；以及面向小型儀器應(yīng)用市場，開展微小型擴(kuò)散泵的實驗研究。

圖8  K-65型擴(kuò)散泵的結(jié)構(gòu)示意圖

        但隨著微小型號分子泵的產(chǎn)品面世，小型儀器所使用的高真空擴(kuò)散泵受到?jīng)_擊。但擴(kuò)散泵還會有屬于它自己的市場需求，例如面向核聚變發(fā)電廠所開發(fā)的汞擴(kuò)散泵，我國也正在籌劃中。

5、擴(kuò)散泵的理論和設(shè)計方法研究
        擴(kuò)散泵的理論研究難度比較大，到目前為止，理論還不能指導(dǎo)擴(kuò)散泵的設(shè)計，設(shè)計計算不可靠。擴(kuò)散泵的設(shè)計主要還是靠經(jīng)驗。
        目前對于擴(kuò)散泵還有一些現(xiàn)象解釋不清。例如：凸腔泵可以提高抽速是認(rèn)識到的實際情況，為什么凸腔泵可以提高抽速也能解釋。但是，凸腔開在什么位置、凸起大小怎么確定等問題還都是憑經(jīng)驗解決。因此，理論與實際相結(jié)合設(shè)計出性能良好的擴(kuò)散泵還是非常期待的事情。
???????        擴(kuò)散泵理論研究的主要方向應(yīng)該是低壓氣體動力學(xué)。設(shè)計方法的研究最好是拋棄經(jīng)驗設(shè)計，尋找科學(xué)的設(shè)計計算方法。

結(jié)論
???????        擴(kuò)散泵發(fā)展到今天，應(yīng)該認(rèn)識到：
???????        擴(kuò)散泵的極限抽速為理論抽速，擴(kuò)散泵的實際抽速受第一級噴嘴噴出的蒸汽射流形成的抽氣面大小、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度影響；受泵口到抽氣面通導(dǎo)影響；受工作蒸汽返流大小影響。但實際抽速永遠(yuǎn)小于理論抽速。

???????        擴(kuò)散泵的極限真空度，取決于泵工作液的飽和蒸氣壓、油鍋溫度、擋油帽或冷阱溫度、泵的漏氣率，受第一級噴嘴結(jié)構(gòu)影響也比較大。目前擴(kuò)散泵的極限真空度基本能滿足用戶要求，除特殊需要外，再花精力追求提高真空度沒有太大意義。

???????        從公開發(fā)表的文章看，20世紀(jì)70年代擴(kuò)散泵發(fā)展迅速，近些年來擴(kuò)散泵的發(fā)展很慢，理論上沒有突破，結(jié)構(gòu)變化不大，性能指標(biāo)基本穩(wěn)定。其原因主要是擴(kuò)散泵的理論研究難度較大、意義不大，致使研究人員減少；隨著干式真空泵的發(fā)展，清潔無油真空環(huán)境的需要，擴(kuò)散泵的用量在減少，致使研究、改進(jìn)擴(kuò)散泵結(jié)構(gòu)和性能的人員減少。但是，擴(kuò)散泵在目前是不會消亡的。

???????        擴(kuò)散泵的發(fā)展方向，應(yīng)該是研究、解決、提高理論認(rèn)識；節(jié)約能源、降低成本、減少返油；根據(jù)需要發(fā)展?jié)M足特殊需求的擴(kuò)散泵。

???????        由于知識水平和搜集到的資料所限，文章中的觀點可能有誤，歡迎批評指正。

本文發(fā)表于《真空》雜志2019年第5期
原文標(biāo)題：擴(kuò)散泵的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
本文作者：張志軍，張世偉，韓進(jìn)，徐成海
作者單位：東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院