3. 真空泵类型与泵组角色分工
真空系统很少由单台泵独立完成从大气压到高真空的全部抽气任务。原因并不复杂：不同真空泵的“有效工作区间”差异极大。旋片泵在 1×105 Pa 到 1 Pa 之间抽速稳定，但一旦进入 10-1 Pa 以下，其极限受油蒸气压和返油限制；罗茨泵在 103～10-1 Pa 区间能提供数倍于前级泵的抽速，却无法直接对大气排气；涡轮分子泵在 10-1～10-7 Pa 才发挥高压缩比优势，但必须依赖前级维持出口压力。因此，泵组的本质是按压力区间分工、按气体流向串联、按抽速需求并联。
一、按压力区间划分泵的角色
工程上通常把真空度分为粗真空（105～102 Pa）、中真空（102～10-1 Pa）、高真空（10-1～10-5 Pa）和超高真空（<10-5 Pa）。对应到泵组角色：
- 粗真空泵（前级泵/ backing pump）：旋片泵、滑阀泵、干式螺杆泵、爪式泵。任务是把系统从大气压抽到中真空入口，并为高真空泵提供允许的出口压力。关键参数是入口抽速 Sp 和极限压力 pult。
- 中真空泵（增压泵/ booster）：罗茨泵、气冷罗茨泵。任务是在 103～10-1 Pa 区间放大抽速，压缩比通常 5～60，必须与前级泵串联，出口压力不能超过其最大允许压差 Δpmax。
- 高真空泵（主泵/ high-vacuum pump）：涡轮分子泵、扩散泵、低温泵。任务是在高真空区间提供大抽速和高压缩比，但出口必须维持在前级可接受的压力（分子泵通常 ≤ 10 Pa，扩散泵 ≤ 50 Pa）。
二、串联配置：压力接力与压缩比分配
串联的核心逻辑是“压力逐级降低、气体逐级压缩”。以典型“旋片泵 + 罗茨泵 + 涡轮分子泵”三级串联为例：分子泵把腔体从 1 Pa 抽到 1×10-5 Pa，其出口压力约 1 Pa；罗茨泵把 1 Pa 抽到 10 Pa 送入旋片泵入口；旋片泵再把 10 Pa 排到大气。每一级都工作在自身高效区间，且后一级的入口压力必须低于前一级的最大允许出口压力。
串联设计要校核三个量：压缩比 K = pout/pin、有效抽速 Seff = Sp·(1 - pult/p)、前级匹配抽速 Sback ≥ Qgas/pout,max。例如某工艺气体负载 Q = 2 Pa·L/s，分子泵出口压力上限 1 Pa，则前级至少需要 2 L/s 的有效抽速；若罗茨泵在 1 Pa 入口的抽速为 60 L/s，压缩比 10，则其出口 10 Pa 处需旋片泵提供 ≥ 6 L/s，选 15 L/s 旋片泵留有余量。
三、并联配置：抽速叠加与负载分配
并联用于“同一压力区间需要更大抽速”或“多腔体独立抽气”。两台同型号旋片泵并联，理论抽速相加，但实际受管路流阻限制，有效抽速 Seff = 1/(1/S1+1/S2+1/C)，其中 C 为管路流导。若 C 远小于 S，并联收益迅速衰减。因此并联的前提是支路流导足够大、各泵入口压力接近。
多腔体并联时，各支路应独立配置阀门和真空计，避免一个腔体放气污染另一腔体。对于大抽速分子泵，也可采用两台分子泵并联共用一台前级泵，但必须核算前级泵在总气体负载下的出口压力是否超限。
四、串并联组合的典型拓扑
实际泵组常见三种拓扑：纯串联（小腔体高真空，如镀膜机）、纯并联（多工位粗抽，如真空干燥）、混联（主泵并联 + 前级串联，如大型空间环境模拟器）。选择依据是：极限真空要求、气体负载 Q、允许抽气时间 t、以及投资与能耗。
五、配置校核示例
假设某镀膜腔体要求工作压力 5×10-4 Pa，工艺放气量 Q = 2 Pa·L/s，选用 600 L/s 涡轮分子泵，其最大出口压力 1 Pa。则前级在 1 Pa 处需有效抽速 Sback ≥ 2/1 = 2 L/s。若选用罗茨泵 + 旋片泵组合，罗茨泵在 1 Pa 入口抽速 60 L/s、压缩比 10，则其出口 10 Pa 处需旋片泵提供 ≥ 6 L/s。选 15 L/s 旋片泵，余量 2.5 倍，合理。若省去罗茨泵，直接用 15 L/s 旋片泵作前级，则分子泵出口 1 Pa 时旋片泵有效抽速约 12 L/s，也满足 2 L/s 需求，但抽气时间会明显延长。这说明串联级数不是越多越好，而是按抽气时间与气体负载权衡。
综上，粗真空泵负责“起步与排气”，中真空泵负责“接力与增压”，高真空泵负责“冲刺与维持”。串联解决压力跨度，并联解决抽速缺口，二者组合时始终以前级匹配、流导足够、压力不超限为校核底线。