真空系統(tǒng)設計幻燈片

1、1第五章、真空系統(tǒng)設計第五章、真空系統(tǒng)設計2主要內(nèi)容：n1、真空系統(tǒng)的組成、真空系統(tǒng)的組成n2、真空系統(tǒng)元件及連接、真空系統(tǒng)元件及連接n3、真空系統(tǒng)中常用材料、真空系統(tǒng)中常用材料n4、真空衛(wèi)生、真空衛(wèi)生n5、真空系統(tǒng)的設計計算、真空系統(tǒng)的設計計算31、真空系統(tǒng)的組成、真空系統(tǒng)的組成n1.1真空技術系統(tǒng)圖用圖形符號真空技術系統(tǒng)圖用圖形符號：閥門閥門熱偶規(guī)熱偶規(guī)擴散泵擴散泵冷阱冷阱4vacuum system schematic symbolshand operated valve.gate valve.pneumatic gate valve.leak valve.butterfly valve

2、.pneumatic butterfly.bellows.sorption trap.vacuum gauge.rotary pumpturbomolecular pump.ti sublimation pump.ion pump.cryo pump.5n1.2 真空系統(tǒng)的構成真空系統(tǒng)的構成真空系統(tǒng)是由真空容器真空容器、獲得真空、測量真空、控制真空獲得真空、測量真空、控制真空等組件組成。等組件組成。較完整的真空系統(tǒng)：真空室真空室所需的真空泵或真空機組：所需的真空泵或真空機組：真空測量裝置真空測量裝置連接導管連接導管捕集器捕集器真空閥門真空閥門其他真空元件及電氣控制系統(tǒng)其他真空元件及電氣控制系統(tǒng)

3、將真空泵與相應的真空元件按將真空泵與相應的真空元件按其性能要求組合起來構成的抽其性能要求組合起來構成的抽氣裝置氣裝置p低真空抽氣機組低真空抽氣機組特點：工作壓強高、排氣量大、特點：工作壓強高、排氣量大、抽速比高真空機組低。抽速比高真空機組低。p中真空機組中真空機組特點：大抽速、獲得中真空特點：大抽速、獲得中真空p高真空機組高真空機組特點：工作壓強較低、排氣小、抽特點：工作壓強較低、排氣小、抽速大速大p超高真空機組超高真空機組特點：工作壓強極低、材料的出特點：工作壓強極低、材料的出氣率很小、漏氣率很小、能高溫烘烤氣率很小、漏氣率很小、能高溫烘烤61.3 典型的真空系統(tǒng)典型的真空系統(tǒng)1、真空室，、

4、真空室，2、真空計，、真空計，3、管道，管道，4、閥門，、閥門，5、機械泵。、機械泵。7891.4 真空系統(tǒng)的基本操作規(guī)測真空系統(tǒng)的基本操作規(guī)測n啟動油封機械泵時，首先保證轉子方向正確、油位符合要求；啟動油封機械泵時，首先保證轉子方向正確、油位符合要求；n油封機械泵停止時，防止壓差返油；油封機械泵停止時，防止壓差返油；n不要讓機械泵工作到極限壓強；不要讓機械泵工作到極限壓強；n不要讓油封機械泵在大氣壓強下或較高壓強下長時間工作；不要讓油封機械泵在大氣壓強下或較高壓強下長時間工作；n在擴散泵通大氣之前，應將泵油冷卻到安全溫度，防止高溫下油氧化；在擴散泵通大氣之前，應將泵油冷卻到安全溫度，防止高溫

5、下油氧化；n高真空泵在工作之前，先要開啟水冷；高真空泵在工作之前，先要開啟水冷；n使用電離計時，應在真空室壓強低于使用電離計時，應在真空室壓強低于1.3310-1pa，才接通電離計；，才接通電離計；n真空系統(tǒng)停止工作時，應將系統(tǒng)內(nèi)的各元件（包括真空室）都保持真空真空系統(tǒng)停止工作時，應將系統(tǒng)內(nèi)的各元件（包括真空室）都保持真空狀態(tài)下封存，但機械泵要通大氣；狀態(tài)下封存，但機械泵要通大氣；102、真空系統(tǒng)元件及連接、真空系統(tǒng)元件及連接n真空元件真空元件:真空室、真空泵、真空測量裝置、連接導管、真空閥真空室、真空泵、真空測量裝置、連接導管、真空閥門、捕集器（阱）、除塵器、真空繼電器門、捕集器（阱）、除塵

6、器、真空繼電器真空閥門真空閥門密封連接密封連接112.1 真空閥門真空閥門真空閥門的作用：真空閥門的作用：p開關氣路開關氣路p控制氣流大小控制氣流大小p定量充氣。定量充氣。閥門的開合閥門的開合真空閥門的工作形式：真空閥門的工作形式：隔膜閥、球閥、蝶閥、插板閥、擋隔膜閥、球閥、蝶閥、插板閥、擋板閥、翻板閥、針閥、板閥、翻板閥、針閥、超高真空閥、無油玻璃真空閥超高真空閥、無油玻璃真空閥電磁閥，手動閥、氣動閥電磁閥，手動閥、氣動閥12典型的真空閥工作方式：典型的真空閥工作方式：直角閥直角閥直通閥直通閥球閥球閥蝶閥蝶閥13典型的真空閥工作方式：典型的真空閥工作方式：直角閥直角閥直通閥直通閥球閥球閥蝶閥

7、蝶閥14可調(diào)流量控制器可調(diào)流量控制器漏閥（放氣閥）漏閥（放氣閥）152.2 密封密封n密封材料密封材料密封材料密封材料工作溫度范工作溫度范圍圍/適用真空區(qū)適用真空區(qū)域域密封材料密封材料工作溫度范工作溫度范圍圍/適用真空區(qū)適用真空區(qū)域域天然橡膠天然橡膠-3090低、中真空低、中真空鉛鉛-200170高真空高真空丁基橡膠丁基橡膠-30130低、中、高低、中、高真空真空鋁鋁-200-350超高真空超高真空丁腈橡膠丁腈橡膠-30130低、中、高低、中、高真空真空銀銀-200450超高真空超高真空氟橡膠氟橡膠-30240高、超高真高、超高真空（少用）空（少用）銅銅-200500超高真空超高真空硅橡膠硅橡

8、膠-100260低、中真空低、中真空金金-200500超高真空超高真空聚四氟乙烯聚四氟乙烯-150250高、超高真高、超高真空（少用）空（少用）16真空閥門的膠墊密封結構真空閥門的膠墊密封結構正壓強的正壓強的o-ring密封密封17其它其它o-ring密封密封18快速接頭組件快速接頭組件19n橡膠密封材料的基本要求n光華表面；無劃傷；無裂紋；具有低的出氣率、揮發(fā)率和透氣光華表面；無劃傷；無裂紋；具有低的出氣率、揮發(fā)率和透氣率；率；n良好的耐熱性、耐油性、抗老化能力、耐壓縮形變（良好的耐熱性、耐油性、抗老化能力、耐壓縮形變（0.65）20真空閥門的金屬墊密封真空閥門的金屬墊密封金屬墊金屬墊21各

9、式金屬嵌入密封各式金屬嵌入密封materials ag, in, al, au, cu, alloy22n優(yōu)點優(yōu)點放氣遠小于橡膠；放氣遠小于橡膠；氣體滲透低氣體滲透低耐高溫耐高溫n缺點缺點金屬密封圈彈性差，需要很大的密封力才能保證可靠的真空密封金屬密封圈彈性差，需要很大的密封力才能保證可靠的真空密封重復使用性很差，有些金屬密封圈只能使用一次重復使用性很差，有些金屬密封圈只能使用一次法蘭密封面和刀口的粗糙度和配合精度要求高，很小的傷痕都能法蘭密封面和刀口的粗糙度和配合精度要求高，很小的傷痕都能破壞密封，大尺寸法蘭加工困難。破壞密封，大尺寸法蘭加工困難。密封圈和法蘭材料的線膨脹系數(shù)相差較大，加熱不

10、均勻或密封結密封圈和法蘭材料的線膨脹系數(shù)相差較大，加熱不均勻或密封結構設計得不正確，會引起局部變形而造成漏氣構設計得不正確，會引起局部變形而造成漏氣真空閥門的金屬墊密封的優(yōu)缺點真空閥門的金屬墊密封的優(yōu)缺點232.3 真空連接及密封真空連接及密封n真空法蘭（真空法蘭（vacuum flanges)連接連接n動密封連接動密封連接n引入接口（引入接口（fittings ） vcr、vco、 npt、快速接頭、底板密、快速接頭、底板密封式（封式（baseplate）接頭、測試用圓端口）接頭、測試用圓端口及軟管接頭及軟管接頭 n觀察窗（觀察窗（viewports） 24穿通密封件穿通密封件 (feedt

11、hroughs) 穿通密封件是一種可以穿過真空腔壁來傳輸各種電功率、電信號、穿通密封件是一種可以穿過真空腔壁來傳輸各種電功率、電信號、運動、運轉、流體及光束等的密封器件。運動、運轉、流體及光束等的密封器件。n電穿通密封件電穿通密封件: :電穿通密封件，包括各種不同規(guī)格的接口、耐壓及電穿通密封件，包括各種不同規(guī)格的接口、耐壓及載流指標。電穿通密封件主要分為以下四種：功率式，同軸信號式，載流指標。電穿通密封件主要分為以下四種：功率式，同軸信號式，熱電偶式，陶瓷隔離式。熱電偶式，陶瓷隔離式。 n流體穿通密封件流體穿通密封件: :傳送液體或氣體到真空腔室內(nèi)的設備，目的通常傳送液體或氣體到真空腔室內(nèi)的設

12、備，目的通常是為了散熱冷卻，或提供動力給氣動或液壓驅動的裝置。是為了散熱冷卻，或提供動力給氣動或液壓驅動的裝置。 n傳動式穿通密封件傳動式穿通密封件: : 傳動式穿通密封件是一種精密的操作裝置，傳動式穿通密封件是一種精密的操作裝置，可用來移動或定位真空室內(nèi)的物體?？捎脕硪苿踊蚨ㄎ徽婵帐覂?nèi)的物體。n光學式穿通密封件光學式穿通密封件( (viewports)是安裝在真空腔壁上的特定的玻璃是安裝在真空腔壁上的特定的玻璃窗口，其用途包括：窗口，其用途包括：可讓操作員觀察真空室內(nèi)的操作過程；可讓操作員觀察真空室內(nèi)的操作過程；透過特透過特定波長的光束進行物理或化學反應；定波長的光束進行物理或化學反應；測量

13、在工藝中放射出來的光波測量在工藝中放射出來的光波或其他電磁波或其他電磁波；或監(jiān)控某特定波長的光學效應或監(jiān)控某特定波長的光學效應(橢圓偏光測量術橢圓偏光測量術)等。等。25磁流體磁流體 轉軸轉軸轉動裝置轉動裝置26利用彎曲的伸縮管轉動傳送利用彎曲的伸縮管轉動傳送27線性傳動線性傳動利用伸縮管進行傾斜操作利用伸縮管進行傾斜操作2829303132n光學材料可選kodial玻璃、石英、藍寶石、特殊玻璃材料(例如硒化鋅，氟化鎂等)及有光學鍍層的7980高純?nèi)廴谑ⅲ▽Ｓ糜趥鬏敿す猓?333、真空衛(wèi)生、真空衛(wèi)生n4.1材料表面常見的污染形式材料表面常見的污染形式n4.2 材料表面凈化材料表面凈化n4.

14、3表面凈化處理的基本方法表面凈化處理的基本方法n4.4 放電清洗放電清洗n4.5氣體沖洗氣體沖洗n4.6 非金屬材料的清洗非金屬材料的清洗n4.7清洗的基本程序清洗的基本程序n4.8清洗注意事項清洗注意事項n4.9清潔零件的存放清潔零件的存放343.1材料表面常見的污染形式材料表面常見的污染形式n環(huán)境空氣中的塵埃和拋光殘渣及其它有機物等；環(huán)境空氣中的塵埃和拋光殘渣及其它有機物等；n水基類水基類:操作者的手汗、吹氣時的水汽、唾液等；操作者的手汗、吹氣時的水汽、唾液等；n表面氧化物：材料長期放置在空氣中或放置在潮濕空表面氧化物：材料長期放置在空氣中或放置在潮濕空氣中所形成的表面氧化物；氣中所形成的

15、表面氧化物；n酸、堿、鹽類物質：清洗時的殘余物質、手汗、水中酸、堿、鹽類物質：清洗時的殘余物質、手汗、水中的礦物質等；的礦物質等；n油脂：加工、裝配、操作時沾染上的潤滑劑、切削液、油脂：加工、裝配、操作時沾染上的潤滑劑、切削液、真空油脂等。真空油脂等。353.2 材料表面凈化材料表面凈化n表面凈化表面凈化：在真空工藝進行前，先從工件或系統(tǒng)材料表面：在真空工藝進行前，先從工件或系統(tǒng)材料表面清除所不期望的物質的過程清除所不期望的物質的過程n凈化的目的：凈化的目的：為了改進真空系統(tǒng)中所有器壁和其他組件表為了改進真空系統(tǒng)中所有器壁和其他組件表面在各工作條件下的工作穩(wěn)定性面在各工作條件下的工作穩(wěn)定性n清

16、潔表面的分類：清潔表面的分類：原子級清潔表面原子級清潔表面；工藝技術上的清潔表工藝技術上的清潔表面面。363.3表面凈化處理的基本方法表面凈化處理的基本方法n溶劑清洗（溶劑清洗（最普遍最普遍） 軟化水或含水系統(tǒng)；無水有機溶劑；石油分餾物；乳狀液軟化水或含水系統(tǒng)；無水有機溶劑；石油分餾物；乳狀液或溶劑蒸氣；金屬清洗劑或溶劑蒸氣；金屬清洗劑n超生清洗（超生清洗（清除較強粘附污染清除較強粘附污染） n蒸氣脫脂清洗（蒸氣脫脂清洗（簡單、大批量簡單、大批量） 清除基片表面油脂膜和類油脂膜等氫化物清除基片表面油脂膜和類油脂膜等氫化物n電解侵蝕清洗電解侵蝕清洗 縮短侵蝕時間，減少溶液的消耗量縮短侵蝕時間，減

17、少溶液的消耗量 n加熱和輻照清洗加熱和輻照清洗 將工件放置于常壓或真空中加熱，促使表面上的揮發(fā)雜質蒸發(fā)來達到將工件放置于常壓或真空中加熱，促使表面上的揮發(fā)雜質蒸發(fā)來達到清洗的目的。清洗的目的。373.4 放電清洗放電清洗 應用于高真空、超高真空系統(tǒng)的清洗除氣。應用于高真空、超高真空系統(tǒng)的清洗除氣。3.5 氣體沖洗氣體沖洗 氮氣沖洗氮氣沖洗：在系統(tǒng)中通入干燥的氮氣，因為氮氣在材料：在系統(tǒng)中通入干燥的氮氣，因為氮氣在材料表面吸附時，吸附熱小，吸留時間短。表面吸附時，吸附熱小，吸留時間短。383.6 非金屬材料的清洗非金屬材料的清洗n玻璃陶瓷的清洗玻璃陶瓷的清洗 溶劑清洗溶劑清洗n塑料與橡膠的清洗塑

18、料與橡膠的清洗 特殊清洗特殊清洗n污染物的確定污染物的確定n清洗方法的確定清洗方法的確定n清洗溶劑的選擇清洗溶劑的選擇3.7 滌清洗的基本程序滌清洗的基本程序393.8 清洗注意事項清洗注意事項n有序操作有序操作3.9 清潔零件的存放清潔零件的存放n盡可能縮短暴露大氣；盡可能縮短暴露大氣；n儲存容器必須與零件一樣清潔；儲存容器必須與零件一樣清潔；n已凈化的零件嚴禁用手觸摸。已凈化的零件嚴禁用手觸摸。404、真空系統(tǒng)的設計計算、真空系統(tǒng)的設計計算n4.1 氣體負荷的計算氣體負荷的計算u真空室內(nèi)總氣體負荷真空室內(nèi)總氣體負荷u漏氣流量的計算漏氣流量的計算u放氣流量的計算放氣流量的計算u方法方法 滲透

19、氣體流量的計算滲透氣體流量的計算u工藝工程中真空室內(nèi)產(chǎn)生的氣體流量的計工藝工程中真空室內(nèi)產(chǎn)生的氣體流量的計算算n4.2 抽氣時間和壓強的計算抽氣時間和壓強的計算低真空抽氣時間的計算低真空抽氣時間的計算高真空抽氣時間的計算高真空抽氣時間的計算真空室的極限壓強真空室的極限壓強真空室的工作壓強真空室的工作壓強抽氣過程中真空室的壓強抽氣過程中真空室的壓強41n4.3真空泵的選擇與匹配計算真空泵的選擇與匹配計算u主泵的選擇與計算主泵的選擇與計算u前級真空泵前級真空泵(預抽泵預抽泵)的選擇與計算的選擇與計算n4.4 真空系統(tǒng)的結構設計真空系統(tǒng)的結構設計n4.5 真空系統(tǒng)的安裝調(diào)試與操作維護真空系統(tǒng)的安裝調(diào)

20、試與操作維護4、真空系統(tǒng)的設計計算、真空系統(tǒng)的設計計算42事例:n 設計一臺有油真空系統(tǒng)。真空室的直徑為100cm容積為v1.5m3，內(nèi)表面積為7.5m2。真空室材料為不銹鋼 1小時后的出氣率為2.310-5 pa.l/(s.cm2)， 2時后的出氣率為1.510-5pal(s.cm2)。n真空室工作壓強為p1.310-3pa，n真空室工藝過程中放出的氣體量q11.3 pal/s，n系統(tǒng)的總漏氣量q26.710-1 pal/s；n被抽氣體為20c干燥空氣；n返流油蒸汽對工藝過程有害。43計算過程計算過程n確定真空室中保持確定真空室中保持1.310-3pa的工作壓強所需要的真的工作壓強所需要的真

21、空系統(tǒng)的有效抽速空系統(tǒng)的有效抽速sn根據(jù)要求的工作壓強及使用要求，選油擴散泵作為主根據(jù)要求的工作壓強及使用要求，選油擴散泵作為主泵泵n計算擴散泵與真空室排氣口間管路的流導，驗證選計算擴散泵與真空室排氣口間管路的流導，驗證選k-600型擴散泵是否合適。型擴散泵是否合適。n計算前級泵真空管路計算前級泵真空管路n計算抽氣時間計算抽氣時間44確定真空室中保持確定真空室中保持1.310-3pa的工作壓強所需要的真空系統(tǒng)的有效抽速的工作壓強所需要的真空系統(tǒng)的有效抽速sn為了可靠起見，增大為了可靠起見，增大20% 取：?。?388l/sl/s 2823103 . 167. 33321ggpqqqpqs根據(jù)要

22、求的工作壓強及使用要求，選油根據(jù)要求的工作壓強及使用要求，選油擴散泵作為主泵擴散泵作為主泵山型擋板山型擋板+高真空擋板閥；高真空擋板閥；一般泵的有效抽速約為泵的抽速的三分子一；一般泵的有效抽速約為泵的抽速的三分子一；選抽速為選抽速為10000l/s的擴散泵（的擴散泵（k-600）試算；）試算；抽氣速率l/s）最大反壓強(pa)極限壓強(pa)進氣口直徑(mm)推薦前級泵抽速(l/s)k-60012500 407*10-5600, 7045n主要考慮管道主要考慮管道3，閥門，閥門4、擋板、擋板5的流導；的流導；n確定氣體流動狀態(tài)：當真空室達到確定氣體流動狀態(tài)：當真空室達到1.310-3 pa壓強時，平均壓強為：壓強時，平均壓