真空泵選型注意事項(xiàng)
2021-07-14 02:24:13
一、選用真空泵時(shí)，需要注意下列事項(xiàng)：
1、真空泵的工作壓強(qiáng)應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強(qiáng)要求。如：真空鍍膜要求1×10-5mmHg的真空度，選用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常選擇泵的真空度要高于真空設(shè)備真空度半個(gè)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。
2、正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。每種泵都有一定的工作壓強(qiáng)范圍，如：擴(kuò)散泵為10-3~10-7mmHg，在這樣寬壓強(qiáng)范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強(qiáng)而變化，其穩(wěn)定的工作壓強(qiáng)范圍為5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作點(diǎn)應(yīng)該選在這個(gè)范圍之內(nèi)，而不能讓它在10-8mmHg下長(zhǎng)期工作。又如鈦升華泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作壓強(qiáng)應(yīng)小于1×10-5mmHg為好。
3、真空泵在其工作壓強(qiáng)下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過(guò)程中產(chǎn)生的全部氣體量。
4、正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時(shí)選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來(lái)，互相補(bǔ)充才能滿足抽氣要求。如鈦升華泵對(duì)氫有很高的抽速，但不能抽氦，而三極型濺射離子泵，（或二極型非對(duì)稱陰極濺射離子泵）對(duì)氬有一定的抽速，兩者組合起來(lái)，便會(huì)使真空裝置得到較好的真空度。另外，有的真空泵不能在大氣壓下工作，需要預(yù)真空；有的真空泵出口壓強(qiáng)低于大氣壓，需要前級(jí)泵，故都需要把泵組合起來(lái)使用。
5、真空設(shè)備對(duì)油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無(wú)油時(shí)，應(yīng)該選各種無(wú)油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴(yán)格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達(dá)到清潔真空要求。
6、了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無(wú)顆粒灰塵，有無(wú)腐蝕性等。選擇真空泵時(shí)，需要知道氣體成分，針對(duì)被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進(jìn)氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。
7、真空泵排出來(lái)的油蒸氣對(duì)環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無(wú)油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。
8、真空泵工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)工藝過(guò)程及環(huán)境有無(wú)影響。若工藝過(guò)程不允許，應(yīng)選擇無(wú)振動(dòng)的泵或者采取防振動(dòng)措施。
9、真空泵的價(jià)格、運(yùn)轉(zhuǎn)及維修費(fèi)用。
二、水環(huán)式真空泵的選擇
（一）、泵類型的確定 泵的類型主要由工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。 泵工作時(shí)，需要注意以下兩個(gè)方面：
1.盡可能要求在高效區(qū)內(nèi)，也就是在臨界真空度或臨界排氣壓力的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。
2.應(yīng)避免在最大真空度或最大排氣壓力附近運(yùn)行。在此區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，不僅效率極低，而且工作很不穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。對(duì)于真空度較高的真空泵而言，在此區(qū)域之內(nèi)運(yùn)行，往往還會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的明顯標(biāo)志是泵內(nèi)有噪音和振動(dòng)。汽蝕會(huì)導(dǎo)致泵體、葉輪等零件的損壞，以致泵無(wú)法工作。 根據(jù)以上原則，當(dāng)泵所需的真空度或氣體壓力不高時(shí)，可優(yōu)先在單級(jí)泵中選取。如果真空度或排氣壓力較高，單級(jí)泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真空度時(shí)較平坦，可選用兩級(jí)泵。如果真空度要求在－710mmHg以上，可選用水環(huán)－大氣泵或水環(huán)－羅茨真空機(jī)組作為抽真空裝置。如果只作真空泵用，則選用單作用泵比較好。因?yàn)閱巫饔帽玫臉?gòu)造簡(jiǎn)單，容易制造和維護(hù)，且在高真空情況下抗汽蝕性好。如果僅作較大氣量的壓縮機(jī)使用，則選用雙作用的泵比較合適。因?yàn)殡p作用泵的氣量大，體積小，重量輕，徑向力能得到自動(dòng)平衡，軸不容易產(chǎn)生疲勞斷裂，泵的使用壽命較長(zhǎng)。
（二）、根據(jù)系統(tǒng)所需的氣量選擇真空泵
初步選定了泵的類型之后，對(duì)于真空泵，還要根據(jù)系統(tǒng)所需的氣量來(lái)選用泵的型號(hào)。
關(guān)于真空泵的抽速選擇及抽氣時(shí)間計(jì)算可參照：真空計(jì)算公式。
真空常用公式： 1、玻義爾定律 體積V，壓強(qiáng)P，P?V＝常數(shù) 一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度不變時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與氣體的體積成反比。 即P1/P2＝V2/V1
2、蓋?呂薩克定律 當(dāng)壓強(qiáng)P不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，其體積V與絕對(duì)溫度T成正比： V1/V2＝T1/T2＝常數(shù)當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或P降低)1℃，則它的體積比原來(lái)增加(或縮小)1/273。
3、查理定律 當(dāng)氣體的體積V保持不變，一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)P與其絕對(duì)溫度T成正比，即： P1/P2＝T1/T2 在一定的體積下，一定質(zhì)量的氣體，溫度每升高(或降低)1℃，它的壓強(qiáng)比原來(lái)增加(或減少)1/273。
4、平均自由程： λ＝(5×10-3)/P (cm)
5、抽速： S＝dv/dt (升/秒)或 S＝Q/P Q＝流量(托?升/秒) P＝壓強(qiáng)(托) V＝體積(升) t＝時(shí)間(秒)
6、通導(dǎo)： C＝Q/(P2-P1) (升/秒)
7、真空抽氣時(shí)間： 對(duì)于從大氣壓到1托抽氣時(shí)間計(jì)算式： t＝8V/S (經(jīng)驗(yàn)公式) V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。
8、維持泵選擇： S維＝S前/10
9、擴(kuò)散泵抽速估算： S＝3D2 (D＝直徑cm)
10、羅茨泵的前級(jí)抽速： S＝(0.1~0.2)S羅 (l/s)
11、漏率： Q漏＝V(P2-P1)/(t2-t1) Q漏－系統(tǒng)漏率(mmHg?l/s) V－系統(tǒng)容積(l) P1－真空泵停止時(shí)系統(tǒng)中壓強(qiáng)(mmHg) P2－真空室經(jīng)過(guò)時(shí)間t后達(dá)到的壓強(qiáng)(mmHg) t－壓強(qiáng)從P1升到P2經(jīng)過(guò)的時(shí)間(s)
12、粗抽泵的抽速選擇： S＝Q1/P預(yù) (l/s) S=2.3V?lg(Pa/P預(yù))/t S－機(jī)械泵有效抽速 Q1－真空系統(tǒng)漏氣率(托?升/秒) P預(yù)－需要達(dá)到的預(yù)真空度(托) V－真空系統(tǒng)容積(升) t－達(dá)到P預(yù)時(shí)所需要的時(shí)間 Pa－大氣壓值(托)
13、前級(jí)泵抽速選擇：排氣口壓力低于一個(gè)大氣壓的傳輸泵如擴(kuò)散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時(shí)需要前級(jí)泵來(lái)維持其前級(jí)壓力低于臨界值，選用的前級(jí)泵必須能將主泵的最大氣體量排走，根據(jù)管路中，各截面流量恒等的原則有： PnSg≥PgS 或 Sg≥Pgs/Pn Sg－前級(jí)泵的有效抽速(l/s) Pn－主泵臨界前級(jí)壓強(qiáng)(最大排氣壓強(qiáng))(l/s) Pg－真空室最高工作壓強(qiáng)(托) S－主泵工作時(shí)在Pg時(shí)的有效抽速。(l/s)
14、擴(kuò)散泵抽速計(jì)算公式： S＝Q/P＝(K?n)/(P?t)(升/秒) 式中：S－被試泵的抽氣速率(l/s) n－滴管內(nèi)油柱上升格數(shù)(格) t－油柱上升n格所需要的時(shí)間(秒) P－在泵口附近測(cè)得的壓強(qiáng)(托) K－滴管系數(shù)(托?升/秒) K＝V0?(L/n)?(Υ0/Υm)+Pa△Vt 其中V0－滴管和真空膠管的原始容積(升) L－滴管刻度部分的長(zhǎng)度(mm) n－滴管刻度部分的格數(shù)(格) Υ0－油的比重(克/厘米3) Υm－汞的比重(克/厘米3) Pa－當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)(托) △Vt－滴管的刻度上的一格的對(duì)應(yīng)的容積(升/格)
15、旋片真空泵的幾何抽速計(jì)算公式： S＝πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s) 式中：Z為旋片數(shù)，n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)，L為泵腔長(zhǎng)度，D為泵腔直徑，d為轉(zhuǎn)子直徑(cm)，Kv為容積利用系數(shù)(一般取95％)。
16、O型橡膠槽深B＝0.7D D為橡膠直徑，槽寬C＝1.6B
17、方形橡膠槽深B＝0.8A A為方形橡膠邊長(zhǎng)，槽寬C＝1.67B
三、真空常用名詞術(shù)語(yǔ)
1、真空的定義 真空系統(tǒng)指低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài)
2、真空度 處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來(lái)表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思?！ ?br />
3、真空度單位 通常用托（Torr）為單位，近年國(guó)際上取用帕（Pa）作為單位。 1托＝1/760大氣壓＝1毫米汞柱
4、托與帕的轉(zhuǎn)換 1托＝133.322帕 或 1帕＝7.5×10-3托
5、平均自由程 作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號(hào)“λ”表示。
6、流量 單位時(shí)間流過(guò)任意截面的氣體量，符號(hào)用“Q”表示，單位為帕?升/秒（Pa?L/s）或托?升/秒（Torr?L/s）。
7、流導(dǎo) 表示真空管道通過(guò)氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導(dǎo)等于管道流量除以管道兩端壓強(qiáng)差。符號(hào)記作“U”。 U＝Q/(P2- P1) 8、壓力或壓強(qiáng) 氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。
9、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 壓強(qiáng)為每平方厘米101325達(dá)因的氣壓，符號(hào)：（Atm）。
10、極限真空 真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時(shí)煉氣，再經(jīng)12小時(shí)抽真空，最后一個(gè)小時(shí)每隔10分鐘測(cè)量一次，取其10次的平均值為極限真空值?！ ?br />
11、抽氣速率 在一定的壓強(qiáng)和溫度下，單位時(shí)間內(nèi)由泵進(jìn)氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡(jiǎn)稱抽速。即Sp＝Q/（P－P0）
12、熱偶真空計(jì) 利用熱電偶的電勢(shì)與加熱元件的溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體的熱傳導(dǎo)有關(guān)的原理來(lái)測(cè)量真空度的真空計(jì)。
13、電離真空計(jì)（又收熱陰極電離計(jì)） 由筒狀收集極，柵網(wǎng)和位于柵網(wǎng)中心的燈絲構(gòu)成，筒狀收集極在柵網(wǎng)外面。熱陰極發(fā)射電子電離氣體分子，離子被收集極收集，根據(jù)收集的離子流大小來(lái)測(cè)量氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)。
14、復(fù)合真空計(jì) 由熱偶真空計(jì)與熱陰極電離真空計(jì)組成，測(cè)量范圍從大氣~10-5Pa。
15、冷陰極電離計(jì) 陽(yáng)極筒的兩端有一對(duì)陰極板，在外加磁場(chǎng)作用，陽(yáng)極筒內(nèi)形成潘寧放電產(chǎn)生離子，根據(jù)陰極板收集的離子流的大小來(lái)測(cè)定氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)?！ ?16、電阻真空計(jì) 利用加熱元件的電阻與溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體傳導(dǎo)有關(guān)的原理，通過(guò)電橋電路來(lái)測(cè)量真空度的真空計(jì)。
17、麥克勞真空計(jì)（壓縮式真空計(jì)） 將待測(cè)的氣體用汞（或油）壓縮到一極小體積，然后比較開(kāi)管和閉管的液柱差，利用玻義爾定律直接算出氣體壓強(qiáng)的一種絕對(duì)真空計(jì)。
18、B－A規(guī) 這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規(guī)。收集極是一根細(xì)絲，放在柵網(wǎng)中心，燈絲放在柵網(wǎng)外面，因而減少軟X射線影響，延伸測(cè)量下限，可測(cè)超高真空?！ ?br />
19、水環(huán)真空泵 泵的葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生水環(huán)。由于轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)而使水環(huán)與葉片間容積發(fā)生周期性改變而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。
20、往復(fù)真空泵 利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。
21、油封機(jī)械真空泵 用油來(lái)保持密封的機(jī)械真空泵，可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。
22、羅茨真空泵 具有一對(duì)同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機(jī)械真空泵，此泵不可以單獨(dú)抽氣，前級(jí)需配油封、水環(huán)等可直排大氣的真空泵。
23、渦輪分子真空泵 有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，當(dāng)氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片相碰撞時(shí)就被驅(qū)向出氣口再由前級(jí)泵抽除。
24、油擴(kuò)散真空泵 擴(kuò)散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴(kuò)散，并被蒸汽帶向泵出口處逐級(jí)被壓縮后再由前級(jí)泵排除?！ ?br />
25、低溫真空泵 利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。
26、冷阱（水冷擋板） 置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。
27、氣鎮(zhèn)閥 油封機(jī)械真空泵的壓縮室上開(kāi)一小孔，并裝上調(diào)節(jié)閥，當(dāng)打開(kāi)閥并調(diào)節(jié)入氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，空氣就通過(guò)此孔摻入壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮(zhèn)閥?！ ?br />
28、真空冷凍干燥 真空冷凍干燥，也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍，使其含有的水份變成冰塊，然后在真空下使冰升華而達(dá)到干燥目的。
29、真空蒸鍍 在真空環(huán)境中，將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍，或叫真空鍍膜。
30、真空干燥 利用真空環(huán)境下沸點(diǎn)低的特點(diǎn)來(lái)干燥物品的方法。
31、真空系統(tǒng)常用名稱
(1)主泵：在真空系統(tǒng)中，用于獲得所需要真空度來(lái)滿足特定工藝要求的真空泵，如真空鍍膜機(jī)中的油擴(kuò)散泵就是主泵。
(2)前級(jí)泵：用于維持某一真空泵前級(jí)壓強(qiáng)低于其臨界前級(jí)壓強(qiáng)的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級(jí)泵。
