1、真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,東北大學(xué),真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)之七,2,真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,1.設(shè)計(jì)概述-真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題 2.選泵和配泵 2.1 選主泵 2.2 配泵 3.儲氣罐和維持泵 4.真空系統(tǒng)的典型形式 5.真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.真空系統(tǒng)操作規(guī)則 7.真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)算例,3,1 設(shè)計(jì)概述,1.1 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的已知條件： 在進(jìn)行某個(gè)特定的真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常把真空室做為已知的被抽容器。 真空室的已知參數(shù) 真空室容積；暴露在真空條件下的表面積（與材料和放氣率有關(guān)）；真空室漏氣率；真空室所要求的極限真空度、工作真空度和抽氣時(shí)間（預(yù)抽時(shí)間和抽極限時(shí)間）等。 真空室的氣源情況 真空室內(nèi)的大氣。 真空室內(nèi)的表面

2、放氣，即表面解析氣體，放氣量與材料種類、溫度、壓強(qiáng)和抽氣時(shí)間等因素有關(guān)。,4,真空室的漏氣,即主要通過靜密封和動密封泄漏的氣體量,一般用壓力增長率即升壓率表示. 耐火保溫材料的放氣,與材料種類和用量有關(guān). 工藝過程中被處理材料的放氣，該放氣量往往是真空排氣系統(tǒng)的主要?dú)怏w負(fù)荷，主要由如下過程產(chǎn)生： 溶解在金屬的氣體直接排出。 化學(xué)反應(yīng)生成氣體化合物排出。 化合物分解產(chǎn)生的氣體排出。 為控制工藝而引入的氣體也需要排出。 真空室內(nèi)材料放氣的計(jì)算比較復(fù)雜，目前還不能精確計(jì)算，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)值近似計(jì)算。,5,真空室內(nèi)的特殊要求 有些工藝過程可能產(chǎn)生灰塵、金屬噴濺、爆炸性或腐蝕性氣體、水蒸氣等，所以，是否要

3、求無油、無振動等都要特殊提出來。 1.2 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序： 真空室內(nèi)總氣體負(fù)荷的計(jì)算。 確定真空室所需要的有效抽速。 粗選主泵、粗配前級泵。 根據(jù)要求選擇閥門、捕集器等真空元件。 繪制真空系統(tǒng)裝配草圖，確定各部分尺寸。 精算真空系統(tǒng)，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)目標(biāo)得到滿足。 設(shè)計(jì)工程圖。 以上程序是真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序。,6,1.3真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題： 真空元件相互聯(lián)接時(shí),應(yīng)盡量作到抽氣管路短,管道流導(dǎo)大,導(dǎo)管直徑一般不小于泵口直徑,這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一條重要原則。但同時(shí)要考慮到安裝和檢修方便。有時(shí)為了防振和減少噪音,允許機(jī)械泵設(shè)置在靠近真空室的泵房內(nèi)。 機(jī)械泵(包括羅茨泵)有振動,要防止振動

4、波及整個(gè)系統(tǒng),通常用軟管減振。軟管有金屬和非金屬的兩種,不論采用那種軟管要保證在大氣壓力作用下不被壓癟。 真空系統(tǒng)建成后,應(yīng)便于測量和檢漏。為了迅速找到漏孔,要進(jìn)行分段檢漏,因此,每一個(gè)用閥門封閉的區(qū)間,至少要有一個(gè)測量點(diǎn)。,7,真空系統(tǒng)中配置的閥門和管道,應(yīng)使系統(tǒng)抽氣時(shí)間短,使用方便,安全可靠。 通常在一個(gè)蒸氣流泵(擴(kuò)散泵或油增壓泵)作為主泵和一個(gè)機(jī)械泵作為前級泵的系統(tǒng)上,除了有前級管道(蒸氣流泵串聯(lián)機(jī)械泵的管道)外,還應(yīng)有一個(gè)預(yù)抽管道(真空室直通機(jī)械泵的管道)； 在真空室和主泵之間設(shè)有高真空閥門(也稱主閥),在前級管道上設(shè)有前級管道閥，在預(yù)真空管道上設(shè)置預(yù)抽管道閥(均稱低真空閥)； 機(jī)械泵

5、入口管道上,應(yīng)設(shè)一個(gè)放氣閥門,防止機(jī)械泵停泵時(shí)返油。 真空室上也要設(shè)置放氣閥門,給便裝料和取料時(shí)打開室門。,8,測量真空度的規(guī)管位置要避開帶有水套的殼體，因?yàn)槠浜附庸に囆圆?，?guī)管可以上下直立的設(shè)置在主泵的入口管道上，不要橫放。 真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證排氣穩(wěn)定可靠,安裝拆卸維修容易,操作方便,各元件間的連接有互換性. 應(yīng)努力做到自動控制和聯(lián)鎖保護(hù)以保證系統(tǒng)安全可靠。 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求做到節(jié)省能源,降低成本。,9,2 選泵與配泵,真空系統(tǒng)中,主泵決定了被抽容器的極限真空度和工作真空度;前級泵則在主泵出口處造成始終低于主泵臨界前級壓力的真空度;而所說的預(yù)抽泵是為了使被抽容器能從大氣壓很快的抽到主泵能

6、夠開啟的工作壓力而設(shè)置的,一般前級泵同時(shí)兼做預(yù)抽泵。 2.1 選主泵即選擇主泵類型和確定主泵抽速大小 2.1.1 主泵類型的確定：確定主泵類型的依據(jù): 根據(jù)被抽容器所要求達(dá)到的極限真空度和工作真空度,一般選取主泵的極限真空度稍高于要求的極限真空度(如高半個(gè)數(shù)量級)。另外,每一種泵都有其最佳工作壓強(qiáng)范圍,應(yīng)保證將被抽容器的工作真空度選在主泵的最佳抽速壓強(qiáng)范圍內(nèi)。各種真空泵工作壓強(qiáng)范圍見圖11。,10,11,根據(jù)被抽氣體的種類,每種氣體所占的比例以及氣體中所夾雜的灰塵情況來確定主泵的類型,為此,應(yīng)了解各種真空泵性能及使用特點(diǎn)(P135)。 根據(jù)初次投資和日常運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用。 當(dāng)兩種類型以上的泵都適合

7、選用時(shí),則要根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定主泵。在比較經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時(shí),要從整套真空系統(tǒng)來考慮。 如圖12是油擴(kuò)散泵、油增壓泵、羅茨泵系統(tǒng)單位抽氣速率(L/s)的價(jià)格與入口壓強(qiáng)間的關(guān)系曲線。圖13是單位抽氣速率(L/s)的輸入功率與入口壓強(qiáng)的關(guān)系曲線。,12,13,由圖中的曲線可見,在1.3310113.3Pa的壓強(qiáng)范圍內(nèi),油增壓泵為主泵的真空系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì),所需要的功率小。在壓強(qiáng)低于1.33 101 Pa的范圍內(nèi),油擴(kuò)散 泵 抽 氣 系 統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)。在壓強(qiáng)高于13.3Pa的范圍內(nèi),羅茨泵抽氣系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)。所以在選泵過程中應(yīng)立足于即適用又經(jīng)濟(jì)。,14,2.1.2 主泵抽速大小的確定 主泵抽速大小的確定主要根據(jù)被抽

8、容器的工作真空度和其最大排氣流量,以及被抽容器的容積和所要求的抽氣時(shí)間。 真空室內(nèi)排氣流量的計(jì)算 式中:Q 真空室中產(chǎn)生的總的氣流量, Pam/s; Qg 工藝過程中被熔煉或被處理的材料放出 的氣流量,Pam/s; Q真空室內(nèi)所用耐火保溫材料的出氣流量 Pam/s;,15,Qf暴露于真空條件下的真空室內(nèi)壁和所有 構(gòu)件表面解析出來的氣流量, Pam/s; Ql真空室外大氣通過各密封連接處泄漏到 真空室內(nèi)的氣流量, Pam/s; 以上各量在不同的真空應(yīng)用設(shè)備中不一定都存在,這要根據(jù)不同情況具體考慮。,16,Qg的計(jì)算 就真空熔煉來說，Qg的計(jì)算是以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的。 式中 q1 被熔煉或被處理

9、材料單位質(zhì)量的含氣 量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,m3/kg; G 被熔煉或處理材料的總質(zhì)量,kg; Pd標(biāo)準(zhǔn)大氣壓, 101325Pa; b 排氣程度,表示一次熔煉或處理所排 出的氣體占總含氣量的百分比;,17,n 材料在熔煉或處理時(shí)放氣的不均勻系數(shù) 見表3; t 材料被熔煉或處理的時(shí)間,s;,18,當(dāng)給出材料在熔煉或處理前后化學(xué)成分的變化時(shí)用下式計(jì)算 式中 熔煉速度,kg/min; C、N、H 碳元素、氮無素和氫元素在熔煉前后的減少量占原含量的百分比。 N、H的減少都生成了氫氣或氮?dú)庖莩?，直接?gòu)成氣體負(fù)荷；O的減少除生成CO外還可能生成金屬氧化物，故用C取值而不用氧取值。,19,Qn的計(jì)算 某些真

10、空設(shè)備真空室內(nèi)要求加熱到較高溫度,為節(jié)省功率,真空室內(nèi)必須使用耐火保溫材料,如碳?xì)?、碳布、硅酸鋁纖維等材料,其放氣量的計(jì)算如下式: 式中: qn 耐火保溫材料單位體積放氣在標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)下的體積,m3/ m3; Vn 所用耐火材料的體積, m3; Pd 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,Pa; t 耐火保溫材料被加熱的時(shí)間,s;,20,Qf的計(jì)算 暴露于真空下各種構(gòu)件材料表面的放氣流量用下式計(jì)算: 式中: q1i 第i種材料單位表面積的出氣速 率,Pa m3 /(m2s) (一般用抽空一 小時(shí)的放氣速率數(shù)據(jù)); Ai 第i種材料暴露于真空條件下的表面 積,m2 ;,21,Ql的計(jì)算 漏氣流量通常采用真空室內(nèi)允許的壓力增

11、長率（升壓率）P/t來計(jì)算。 Ql= （P/t）V P/t - 升壓率,Pa/s; V - 真空室容積,m3; 計(jì)算某一種確定設(shè)備的總排氣流量時(shí),要根據(jù)具體情況而定,如有的設(shè)備沒有用耐火保溫材料,則不必計(jì)算Qn這一項(xiàng)。有些材料的放氣量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無處可查,則可以采用與其相類似材料的放氣量數(shù)據(jù)作為代替。,22,被抽容器所要求的有效抽速的計(jì)算 設(shè)被抽容器內(nèi)的最大排氣流量為Q Pa m3 /s，所要求的工作真空度為pg Pa，則被抽容器所要求的有效抽速Sey為,23,粗算主泵的抽速S 由于在選定主泵之前,真空室出口到主泵入口之間的管路沒有確定,因而這段管路的流導(dǎo)C是未知數(shù),所以,無法計(jì)算主泵的抽速S。通

12、常按經(jīng)驗(yàn)公式粗算主泵的抽速 式中 Ks 在真空室出口主泵的抽速損失系數(shù),當(dāng) 主泵入口到真空室出口之間的管路中 不采用捕集器時(shí),取Ks=1.31.4; 當(dāng)采用捕集器時(shí),取Ks=22.5。,24,主泵抽速S粗算出來后,按S值在真空泵的產(chǎn)品系列中選出符合粗算值S的主泵,設(shè)粗選出的主泵抽速為Sp。 驗(yàn)算主泵的抽速 根據(jù)粗選出的主泵的入口尺寸,選擇確定主閥、捕集器和連接管道,劃出主泵入口至真空室出口之間管路草圖。利用流導(dǎo)計(jì)算公式計(jì)算出被抽容器出口到主泵入口之間高真空管路的流導(dǎo)C,再計(jì)算粗選主泵對真空室出口的有效抽速Se,若Se大于或等于被抽容器所要求的有效抽速Sey,則認(rèn)為粗選的主泵的大小合乎要求,否則

13、應(yīng)重新粗選主泵,再進(jìn)行驗(yàn)算,直至合乎要求為止。,25,2.2 配泵 主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級泵和預(yù)抽泵。通常前級泵直接影響主泵的抽氣性能,影響真空系統(tǒng)的抽氣時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益。配前級泵時(shí)應(yīng)遵循如下幾點(diǎn)規(guī)定: 前級泵應(yīng)保證能及時(shí)排出主泵所排出的氣體流量。 前級泵在主泵(如擴(kuò)散泵、油增壓泵、分子泵和羅茨泵)出口處造成的壓強(qiáng)應(yīng)低于主泵的最大排氣壓強(qiáng)。 兼作預(yù)抽泵的前級泵應(yīng)滿足預(yù)抽時(shí)間的要求。,26,由于主泵的特性不同,配泵可分為兩種情況:一種是主泵需要配前級泵;另一種是主泵只需要配預(yù)真空泵,而不需要配前級泵。 2.2.1 主泵需要匹配的前級泵的計(jì)算 油蒸氣流泵做為主泵時(shí)的配泵計(jì)算：

14、該種泵工作時(shí)需要前級泵始終保持其出口壓力低于其最大排氣壓強(qiáng)。油擴(kuò)散泵的最大排氣壓強(qiáng)為26-40Pa;油增壓泵的最大排氣壓力為130-260Pa。 由于前級管道及其流導(dǎo)未知，應(yīng)先按經(jīng)驗(yàn)公式粗算，然后待管道設(shè)計(jì)完成后，計(jì)算相應(yīng)的流導(dǎo)后驗(yàn)算。,27,主泵出口QMAX、PMAX Se2 QMAX/PMAX 主泵出口有效抽速Se2 S2 (1.11-1.25) Se2 前級管道流導(dǎo)C 機(jī)械泵入口抽速S2 Sp (1.5-3) S2 機(jī)械泵名義抽速Sp 在選擇機(jī)械泵名義抽速時(shí)，系數(shù)的選取根據(jù)主泵的種類和前級泵的級數(shù)來確定。前級為單級泵取大值，雙級時(shí)可取小值；主泵時(shí)擴(kuò)散泵時(shí)取大值，油增壓泵時(shí)可取小值。,28

15、,當(dāng)選用油蒸氣流泵作為主泵時(shí),配前級泵的方法也可以按經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的前級泵的大小來確定,見表4。,29,主泵為分子泵時(shí)的配泵計(jì)算： 分子泵作為主泵時(shí),其抽氣能力與前級泵的抽氣能力密切關(guān)系。分子泵的前級側(cè)需要保持分子流狀態(tài),它才能穩(wěn)定工作。為了保證分子泵前級側(cè)處于分子流狀態(tài),通常按下式選取前級泵的抽速 式中 S1 分子泵的抽速, m3 /s; S2 前級泵的抽速, m3 /s。,30,羅茨泵作為主泵 羅茨泵作為主泵時(shí),通?？捎糜头鈾C(jī)械泵或水環(huán)泵作為羅茨泵的前級泵,前級泵的抽速可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取。 式中 S1 羅茨泵的抽速; S2 油封機(jī)械泵作為前級泵的抽速; Ss 水環(huán)泵作前級泵的抽速。,31,

16、2.2.1 主泵只需預(yù)真空環(huán)境的預(yù)抽泵計(jì)算 以上介紹的幾種泵一般都要求預(yù)真空環(huán)境才能啟動，一般擴(kuò)散泵預(yù)備真空為6.7Pa,油增壓泵為13Pa,羅茨泵為1330Pa,分子泵為1.310-1Pa，所以，需要配置預(yù)真空泵。 有些泵如鈦泵和低溫泵不需要前級泵，但需要預(yù)真空泵先抽到預(yù)備真空才能工作，如鈦泵的預(yù)備真空度為1.3310-2-6.710-1Pa，低溫泵為1.33Pa。 所以，需要進(jìn)行預(yù)抽泵的計(jì)算。,32,預(yù)抽泵的計(jì)算主要是考慮所要求預(yù)真空的抽氣時(shí)間和預(yù)備真空度。,-預(yù)抽泵對真空室出口的有效抽速； -真空室的容積； -抽空到預(yù)備真空度所要求的時(shí)間； -抽氣開始時(shí)真空室內(nèi)的壓強(qiáng)； -所要求達(dá)到的預(yù)

17、備真空度； -真空室極限壓強(qiáng)。,此外，還要考慮預(yù)抽管道流導(dǎo)的影響來配置預(yù)抽泵；對于前級泵兼做預(yù)抽泵的情況應(yīng)同時(shí)滿足前級泵和預(yù)抽泵的要求。,33,3 儲氣罐和維持泵,儲氣罐和維持泵的作用： 在前級泵停止工作時(shí)，排除主泵內(nèi)氣體，保證主泵出口處壓力在許可范圍內(nèi)。 儲氣罐:儲氣罐不能作得很大,它只能用在以擴(kuò)散泵為主泵的小型系統(tǒng)上?；蚴悄承┹^小應(yīng)用設(shè)備上,在其工藝過程中不允許有振動,即在工藝進(jìn)行時(shí)必須停止前級泵的工作。 而維持泵可用在大型主泵的系統(tǒng)上。,34,儲氣罐的計(jì)算： 用于防振目的的儲氣罐： -需要的儲氣罐容積； -前級泵需要的停機(jī)時(shí)間； -主泵在真空室出口處的有效抽速； -真空室的工作真空度；

18、-擴(kuò)散泵最大排氣壓強(qiáng)與正常工作出 口壓強(qiáng)的差。,35,用于節(jié)能和縮短工作周期的儲氣罐： 此時(shí)進(jìn)入儲氣罐的氣體來源為擴(kuò)散泵入口前高真空閥到出口后前級管道閥間的漏氣量QL和表面放氣量QF。,36,維持泵的計(jì)算： 一般維持泵的類型與前級機(jī)械泵相同。如果前級泵的抽速為S2，按經(jīng)驗(yàn)維持泵的抽速S3為：,精確計(jì)算的方法是維持泵管道入口的有效抽速應(yīng)保證高真空閥與前級管道閥間漏氣量與放氣量被及時(shí)抽走，保證蒸氣流泵出口壓力在許可范圍內(nèi)。,37,4 真空系統(tǒng)的典型形式,4.1 真空系統(tǒng)分類 按真空系統(tǒng)工作真空度的高低劃分： 國標(biāo)GB3163-82規(guī)定： 低真空系統(tǒng)： 105-102 Pa; 中真空系統(tǒng)： 102-

19、10-1 Pa; 高真空系統(tǒng)： 10-1-10-5 Pa; 超高真空系統(tǒng)：10-5 Pa以下; 真空理論工作者推薦劃分： 粗真空系統(tǒng)： 1330 Pa以上; 低真空系統(tǒng)： 1330-0.13 Pa; 高真空系統(tǒng)： 0.13-1.310-6 Pa; 超高真空系統(tǒng)：1.310-6-1.310-11 Pa ; 極高真空系統(tǒng)：1.310-11 Pa以下;,38,按真空系統(tǒng)工作的清潔程度可分為有油真空系統(tǒng)(真空室有油蒸氣污染的)和無油真空系統(tǒng)(真空室無油蒸氣污染的)。 按真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料可分為玻璃真空系統(tǒng)(除了機(jī)械真空泵以外全由玻璃制成)和金屬真空系統(tǒng)。 在實(shí)際應(yīng)用中,人們往往把上述不同的分類加以綜合

20、,稱為“大型動態(tài)金屬高真空系統(tǒng)”、“無油超高真空系統(tǒng)”、“玻璃高真空系統(tǒng)”等等。,39,4.2 典型的真空系統(tǒng)形式 粗真空系統(tǒng):用水蒸氣噴射泵或水環(huán)泵直接給真空室排氣即組成了粗真空系統(tǒng)。 低真空系統(tǒng)： 這種系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍,許多應(yīng)用設(shè)備都采用該種系統(tǒng)，如自耗爐真空系統(tǒng)、感應(yīng)爐真空系統(tǒng)和一些熱處理爐的真空系統(tǒng)等。低真空系統(tǒng)一般是由兩個(gè)以上的泵串聯(lián)組成的。下面介紹幾種系統(tǒng): 機(jī)械泵：只用機(jī)械泵給真空室排氣即屬于最簡單的低真空系統(tǒng)，系統(tǒng)比較簡單。,40,油增壓泵串聯(lián)機(jī)械泵 工作壓強(qiáng)范圍:1.331.3310-1Pa。 優(yōu)點(diǎn):抽氣能力大,系統(tǒng)簡單,振動小,工作穩(wěn)定可 靠,維修方便,成本低。 缺點(diǎn):啟動

21、慢，預(yù)抽時(shí)間長(同羅茨泵系統(tǒng)比較), 工作中需要較貴重的增壓泵油。 下圖為采用油增壓泵(主泵)串聯(lián)機(jī)械泵(前級泵) 的真空感應(yīng)熔煉爐。,41,真空感應(yīng)熔煉爐,42,羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵 工作壓強(qiáng)范圍:1.331330Pa。 優(yōu)點(diǎn):抽氣能力大，啟動快，抽氣時(shí)間短。 缺點(diǎn):工作時(shí)有振動,且噪音大;工作中隨時(shí)間增 加（壓強(qiáng)降低）,羅茨泵性能下降。 圖14為一實(shí)例，另外在圖14后又給出了一羅茨泵串聯(lián)滑閥泵的機(jī)組。,43,44,羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組,45,羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵再串聯(lián)機(jī)械泵 工作壓強(qiáng)范圍:0.1331333Pa。 優(yōu)點(diǎn):工作壓強(qiáng)范圍大，工作真空度高。中間小型羅茨泵減小了主羅茨泵對前級機(jī)械泵的依

22、賴性，壓縮比的減小加寬了工作壓強(qiáng)范圍且提高了極限真空度。 下圖為一實(shí)列,46,羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵,47,油增壓泵和羅茨泵并聯(lián)為主泵，兩泵出口串聯(lián)羅茨泵，再串聯(lián)機(jī)械泵 工作壓強(qiáng)范圍:0.1331333Pa。 優(yōu)點(diǎn):有羅茨泵系統(tǒng)和油增壓泵系統(tǒng)的雙重特點(diǎn) 圖15實(shí)例被稱為真空自耗爐的典型系統(tǒng)，對熔煉鈦合金具有突出優(yōu)點(diǎn)。,48,49,除了上述幾種之外，還有油增壓泵串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)，以及羅茨泵串聯(lián)水環(huán)泵的真空系統(tǒng),它適合于排出灰塵較多的應(yīng)用設(shè)備上。,50,高真空系統(tǒng) 這種系統(tǒng)應(yīng)用也比較廣泛，它的工作壓強(qiáng)范圍在6.6710-21.3310-3Pa。如鍍膜機(jī)、電子

23、轟擊爐和部分電阻爐等都采用高真空系統(tǒng)。幾種典型高真空系統(tǒng) 擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)械泵 應(yīng)用范圍：一般用在工作時(shí)放氣量較小的應(yīng)用 設(shè)備上。 優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,成本低。 缺點(diǎn):系統(tǒng)起動慢,預(yù)抽氣時(shí)間長；擴(kuò)散泵油蒸 氣容易返流到真空室中去。 下圖為擴(kuò)散泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組,51,擴(kuò)散泵串聯(lián)滑閥泵,52,擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵 系統(tǒng)起動慢，由于有中間油增壓泵存在,故預(yù)抽氣時(shí)間短些。 擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵 系統(tǒng)起動慢, 因?yàn)橹虚g有羅茨泵存在，故預(yù)抽氣時(shí)間短些。 以下是高真空系統(tǒng)實(shí)例（圖16）和一個(gè)擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和滑閥泵機(jī)組,53,54,擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和滑閥泵,55,超高真空系統(tǒng) 由于原

24、子能工業(yè)和火箭技術(shù)的發(fā)展,超高真空技術(shù)也得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。幾種典型超高真空系統(tǒng)。 用擴(kuò)散泵和鈦泵并聯(lián)為主泵,擴(kuò)散泵單獨(dú)串聯(lián)前級機(jī)械泵 可以達(dá)到極限真空度為1.3310-6Pa。 圖17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統(tǒng)。,56,57,擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵,再串聯(lián)機(jī)械泵 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能獲得超高真空并能穩(wěn)定工作. 圖18為一個(gè)超高真空系統(tǒng)和設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。主泵是一個(gè)水銀擴(kuò)散泵,泵頂有冷卻擋板和液氮冷阱,中間泵也是水銀擴(kuò)散泵。在中間泵和前級機(jī)械泵之間設(shè)有油蒸氣捕集器。并設(shè)有各種單獨(dú)的加熱器,烘烤真空室和主泵頂部及捕集器,58,59,主泵為分子泵串聯(lián)機(jī)械泵 由于機(jī)械泵有油存在,需要在機(jī)械泵入口管道上設(shè)置捕集

25、器冷凝油蒸氣。如果分子泵串聯(lián)分子篩吸附泵(前級泵),則構(gòu)成了無油超高真空系統(tǒng),該系統(tǒng)比較清潔。 鈦泵或?yàn)R射離子泵做為主泵,并聯(lián)或串聯(lián)分子篩吸附泵(做為預(yù)真空泵)；或用鈦泵聯(lián)接預(yù)真空機(jī)械泵，在機(jī)械泵的入口管道上加油蒸氣捕集器。 該系統(tǒng)為無油超高真空系統(tǒng) 圖19為一實(shí)例,60,61,用低溫泵做為主泵,串聯(lián)或并聯(lián)分子篩吸附泵(預(yù)真空泵),構(gòu)成無油超高真空系統(tǒng)。同樣也可以用機(jī)械泵做為預(yù)真空泵,在機(jī)械泵入口管道上設(shè)置油蒸氣捕集器。,62,真空機(jī)組 真空機(jī)組由各種真空元件組成，是不帶真空室的排氣系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，目前國產(chǎn)機(jī)組有油擴(kuò)散泵機(jī)組,油增壓泵機(jī)組和羅茨泵機(jī)組。機(jī)組名稱以主泵命名。 高真空機(jī)

26、組 工作真空度:6.671021.33103Pa 極限真空度:1.3310-4Pa 組成元件:油擴(kuò)散泵、機(jī)械泵、高真空閥門、捕 集器、儲氣罐、低真空截止閥、放氣 閥及管道,還有電氣控制盤,水壓繼電 器等元件組成的,見圖20所示。,63,64,中真空油增壓泵機(jī)組 工作真空度:1.331.3310-1Pa 極限真空度:1.33 10-2Pa 組成元件:油增壓泵、真空閥門、捕集器、低真 空截止閥、放氣閥、管道,以及電氣 控制盤,水壓繼電器等元件組成。 中真空羅茨泵機(jī)組 工作真空度:1.331.33103Pa 極限真空度:1.33 10-1Pa 組成元件:與油增壓泵機(jī)組相同。 真空機(jī)組已經(jīng)系列化，有專

27、門生產(chǎn)廠家。,65,5 真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮密封可靠,結(jié)構(gòu)合理,材料對真空度影響要小。 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題： 選擇結(jié)構(gòu)材料應(yīng)盡量用國家標(biāo)準(zhǔn)中的無縫鋼管和板材,盡量減少焊接結(jié)構(gòu),有利于真空部件氣密性質(zhì)量。使用焊接結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)選用焊接性能好的材料。 保證焊接后焊縫不漏氣。要求技術(shù)水平較高的工人進(jìn)行焊接,提高焊接質(zhì)量,合理地設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)也很重要。 結(jié)構(gòu)上要保證快速抽空。避免出現(xiàn)隔離孔穴(氣袋) ,如圖21所示。,66,67,減少表面放氣。處于真空內(nèi)的構(gòu)件和殼體內(nèi)壁表面粗糙度越高越好。最好進(jìn)行電鍍拋光,氧化處理等。注意：生銹的表面對抽空特別不利。 真空系統(tǒng)上各元件之間多用法蘭連接

28、。而法蘭與管子之間是焊接結(jié)構(gòu)。由于焊接時(shí)易引起法蘭變形,故目前國內(nèi)都采用焊接后再對法蘭加工,這樣即可達(dá)到盡寸和粗糙度要求,又能保證兩個(gè)法蘭連接時(shí)密封可靠。 對于某些必須處于較高溫度下工作的真空橡膠密封圈,由于橡膠耐溫有限,可以專門采用水冷結(jié)構(gòu)加以保護(hù)。,68,保證真空系統(tǒng)元件殼體和真空室殼體有足夠強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明真空容器采用圓形結(jié)構(gòu)較好。端蓋采用凸形結(jié)構(gòu)為好。壁厚已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)盡寸,當(dāng)然也可以計(jì)算。（檢漏3個(gè)壓） 由外部進(jìn)入真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)動件或移動件,要保證可靠的動密封。除了選擇好的密封結(jié)構(gòu)外,其中的軸或桿一定要滿足粗糙度要求。更要防止在軸和桿上有軸向劃痕,這種劃痕會降低真空度,而且不易發(fā)現(xiàn)。,69

29、,真空系統(tǒng)測量規(guī)管位置安排應(yīng)遵循如下原則： 不能將測量規(guī)管放在密封面較多的地方。因?yàn)槊恳粋€(gè)密封面都不可能保證絕對不漏氣,密封面集中之處,必然是容易漏氣的地方,測量值可能不準(zhǔn)。 規(guī)管內(nèi)壁各處,必須保證真空衛(wèi)生。否則會造成測量不準(zhǔn)。 規(guī)管應(yīng)盡量接在靠近被測量的地方,以減少測量誤差。 真空室殼體上的水套結(jié)構(gòu),要保證水流暢通無阻。更不能出現(xiàn)死水造成局部過熱。因此進(jìn)出水管位置要一下一上,且設(shè)置流水隔層,使水沿一定路線流動。,70,6 真空系統(tǒng)操作規(guī)則,起動機(jī)械泵時(shí)，首先要保證轉(zhuǎn)子運(yùn)動方向正確，而且油位合乎要求。 機(jī)械泵停止后，立即將機(jī)械泵入口通大氣。因泵內(nèi)真空會使泵油進(jìn)入系統(tǒng)中。 不要用機(jī)械泵把真空室直接抽至低于13Pa，否則，會出現(xiàn)分子流流態(tài)，油蒸氣分子將返流到真空室而造成污染。 不要使機(jī)械泵在大氣壓強(qiáng)或較高壓強(qiáng)下連續(xù)長時(shí)間工作，否則電機(jī)會過熱，且