真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)第二期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班講義之五2005.7.10～2005.7.13主講人：東北大學(xué)王繼常副教授真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)第二期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班講義之五之一：真空技術(shù)的歷史、現(xiàn)在與將來之二：真空工程理論基礎(chǔ)之三：科技論文的檢索、撰寫與發(fā)表之四：清潔真空獲得技術(shù)之五：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)之六：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件的使用之七：真空測(cè)量之八：真空裝置與系統(tǒng)的檢漏之九：大型真空裝置的監(jiān)測(cè)與故障診斷之十：專家座談之十一：真空獲得技術(shù)之十二：現(xiàn)代表面與薄膜技術(shù)之十三：真空材料與真空衛(wèi)生之十四：真空技術(shù)應(yīng)用及計(jì)算實(shí)例之一：真空技術(shù)的歷史、現(xiàn)在與將來磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍膜機(jī)金屬蒸汽真空弧源注入機(jī)金屬蒸汽真空弧源注入機(jī)1.真空系統(tǒng)的組成1.1真空系統(tǒng)的概念1.2真空系統(tǒng)的組成元件1.3真空系統(tǒng)示意圖1.4高真空系統(tǒng)1.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2.真空技術(shù)基本方程2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：極限真空度、有效抽速2.2流導(dǎo)的定義2.3真空技術(shù)基本方程2.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.2配泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題3.5真空系統(tǒng)的典型形式3.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.7真空系統(tǒng)操作規(guī)則課程內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成課程內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成

1.1真空系統(tǒng)的概念1.2真空系統(tǒng)的組成元件1.3真空系統(tǒng)示意圖1.4高真空系統(tǒng)1.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成1.1真空系統(tǒng)的概念1.1真空系統(tǒng)的概念

什么是真空系統(tǒng)？用一句話來概括，真空系統(tǒng)就是用來獲得有特定要求的真空度的抽氣系統(tǒng)。

例如：鍍膜設(shè)備真空系統(tǒng)；真空熱處理爐真空系統(tǒng)；航空模擬器真空系統(tǒng)；真空冶煉爐真空系統(tǒng)；真空壓力浸漆真空系統(tǒng)等等。1.1真空系統(tǒng)的概念什么是真空系統(tǒng)？例如：鍍膜設(shè)備真空系1.2真空系統(tǒng)的組成元件一個(gè)較完善的真空系統(tǒng)由下列元件組成：1．抽氣設(shè)備：例如各種真空泵；2．真空閥門；3．連接管道；4．真空測(cè)量裝置：例如真空壓力表、各種規(guī)管；5．其它元件：例如捕集器、除塵器、真空繼電器規(guī)頭、儲(chǔ)氣罐等。1.2真空系統(tǒng)的組成元件一個(gè)較完善的真空系統(tǒng)由下列元件組成1.3真空系統(tǒng)示意圖一個(gè)要進(jìn)行真空處理的容器,用管道和閥門將它與真空泵連接起來,同時(shí)在容器上設(shè)置真空測(cè)量裝置,這就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的真空抽氣系統(tǒng)。（見圖1）1.3真空系統(tǒng)示意圖一個(gè)要進(jìn)行真空處1.4高真空系統(tǒng)圖1系統(tǒng)只能獲得較低的真空度,當(dāng)要獲得高真空度時(shí),需要添加高真空泵。如擴(kuò)散泵、分子泵。當(dāng)串聯(lián)一個(gè)高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分別加上閥門,以便高真空泵內(nèi)部能單獨(dú)保持真空。若串聯(lián)的高真空泵是一臺(tái)油擴(kuò)散泵,為了防止大量的油蒸氣返流進(jìn)入被抽容器,通常在油擴(kuò)散泵的入口加一個(gè)捕集器水冷障板(如圖2所示)。根據(jù)要求,還可以在管路中加上除塵器、真空繼電器規(guī)頭、真空軟連接管道、真空泵入口放氣閥等等,這樣就構(gòu)成了一個(gè)較完善的高真空系統(tǒng)。1.4高真空系統(tǒng)圖1系統(tǒng)只能獲得較

高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組1.5的基本內(nèi)容

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容:1、根據(jù)被抽容器對(duì)真空度的要求,選擇適當(dāng)?shù)恼婵障到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行選、配泵計(jì)算;2、確定導(dǎo)管、閥門、捕集器、真空測(cè)量元件等,進(jìn)行合理配置；3、最后劃出真空系統(tǒng)裝配圖和零部件圖。1.5的基本內(nèi)容真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容:2.真空技術(shù)基本方程

2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速2.2流導(dǎo)的定義2.3真空技術(shù)基本方程2.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義2.真空技術(shù)基本方程2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速

真空系統(tǒng)的極限真空度

指在沒有外加負(fù)荷的情況下,經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間的抽氣后,系統(tǒng)所能達(dá)到的最低壓力。真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速

指在容器出口處的壓力下,單位時(shí)間內(nèi)真空系統(tǒng)能夠從被抽容器中所抽除的氣體體積。真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速不僅取決于真空泵的抽速,也取決于真空系統(tǒng)管路對(duì)氣體的導(dǎo)通性能,即所說的流導(dǎo)。2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真2.2流導(dǎo)的定義流導(dǎo)的定義是:在單位壓差下,流經(jīng)管路的氣流量的大小。用一個(gè)數(shù)學(xué)式子來表示,即:

式中C—管路的流導(dǎo)；Q—流經(jīng)管路的氣流量；P1、P2—分別是管路的入口壓力和出口壓力Pa。2.2流導(dǎo)的定義流導(dǎo)的定義是:在單位壓差下,流經(jīng)管路的氣流2.3真空技術(shù)基本方程如果用Se來表示真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之間管路的流導(dǎo)，則有

a、b、c本質(zhì)上是同一個(gè)方程,真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的方程，如果知道泵的抽速Sp和管路的流導(dǎo)C，就可以計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)容器有效抽速，這個(gè)方程被稱為真空技術(shù)基本方程。2.3真空技術(shù)基本方程如果用Se來表示真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效2.4真空技術(shù)基本方程在中的意義

從方程(2b)可以看出:如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)大于泵的抽速Sp，則Sp/C的值遠(yuǎn)小于1，此時(shí)有效抽速Se≈Sp。說明為了充分發(fā)揮泵抽氣作用,在設(shè)計(jì)管路時(shí)，應(yīng)使管路的流導(dǎo)盡可能大一些。因此真空管路應(yīng)該粗而短，切不可細(xì)而長(zhǎng)。這是設(shè)計(jì)連接管道時(shí)的一條重要原則。相反，如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)小于泵的抽速Sp，則C/Sp的值遠(yuǎn)小于1，從方程(2c)可以看出，此時(shí)真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速Se≈C,說明在這種情況下，選擇多大的泵都沒有用，都不能提高泵對(duì)容器的有效抽速。2.4真空技術(shù)基本方程在中的意義從方程(2b)可以看出:3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.2配泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題3.5真空系統(tǒng)的典型形式3.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.7真空系統(tǒng)操作規(guī)則3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.1選主泵選主泵要考慮兩個(gè)方面：一是選擇主泵的類型；二是確定主泵抽速的大小。3.1.1主泵的類型

確定主泵類型的依據(jù):(1)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被抽容器所要求的極限真空度(如高半個(gè)數(shù)量級(jí))。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)。各種真空泵的工作壓強(qiáng)范圍見圖11。3.1選主泵選主泵要考慮兩個(gè)方面：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件(2)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。為此,應(yīng)當(dāng)對(duì)各種真空泵的性能及使用特點(diǎn)進(jìn)行了解。(3)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。(2)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

由兩個(gè)圖中的曲線可見,在1.33×10－1～13.3Pa的壓強(qiáng)范圍內(nèi),以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1.33×10－1Pa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)。由兩個(gè)圖中的曲線可見,在1.33×10－1～13.3Pa的3.1.2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。

(1)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；Qg－工藝過程中被熔煉或被處理的材料放出的氣流量，Pa·m３/s；Qｎ－真空室內(nèi)所用耐火保溫材料的出氣流量，Pa·m３/s；3.1.2主泵抽速大小的確定

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，Pa·m３/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，Pa·m３/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。Qf－暴露于真空條件下的真空室內(nèi)壁和所有(2.)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QPa·m3/s；所要求的工作真空度為PgPa；則被抽容器所要求的有效抽速Sey為(2.)被抽容器所要求的有效抽速的計(jì)算(3)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)。根據(jù)式(2)無法計(jì)算主泵的抽速S。通常按經(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=1.3～1.4;當(dāng)采用捕集器時(shí),取Ks=2～2.5。(3)粗算主泵的抽速S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。(4)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(duì)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,否則應(yīng)重新粗選主泵,再進(jìn)行驗(yàn)算,直至合乎要求為止。主泵抽速S粗算出來后,按S值在真空泵3.2配泵主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級(jí)泵和預(yù)抽泵。通常前級(jí)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(jí)泵時(shí)應(yīng)遵循如下幾點(diǎn)規(guī)定:(1)前級(jí)泵應(yīng)保證能及時(shí)排出主泵所排出的氣體流量。(2)前級(jí)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)。(3)兼作預(yù)抽泵的前級(jí)泵應(yīng)滿足預(yù)抽時(shí)間的要求。3.2配泵主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級(jí)泵和

所配前級(jí)泵確定之后,即可按前級(jí)泵的入口尺寸選擇前級(jí)管道閥和預(yù)抽管道閥,確定各部分連接管道的尺寸。根據(jù)以上的確定,可繪制出真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。所配前級(jí)泵確定之后,即可按前級(jí)泵的幾種典型主泵的配泵(1)油蒸氣流泵作為主泵當(dāng)選用油蒸氣流泵作為主泵時(shí),配前級(jí)泵的方法可以按經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的前級(jí)泵的大小來確定,見表4。幾種典型主泵的配泵(2)分子泵作為主泵分子泵作為主泵時(shí),其抽氣能力與前級(jí)泵的抽氣能力有密切關(guān)系。分子泵的前級(jí)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(jí)側(cè)處于分子流狀態(tài),通常按下式選取前級(jí)泵的抽速

式中S1－分子泵的抽速,m3/s;S2－前級(jí)泵的抽速,m3/s。(2)分子泵作為主泵(3)羅茨泵作為主泵羅茨泵作為主泵時(shí),通常可用油封機(jī)械泵或水環(huán)泵作為羅茨泵的前級(jí)泵,前級(jí)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(jí)泵的抽速;Ss－水環(huán)泵作前級(jí)泵的抽速。(3)羅茨泵作為主泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵(1)作用：在前級(jí)泵停止工作時(shí)，能保證主泵處于正常工作狀態(tài)。(2)使用場(chǎng)合：a.儲(chǔ)氣罐:儲(chǔ)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，或是某些較小應(yīng)用設(shè)備,在其工藝過程中不允許有振動(dòng),即在工藝進(jìn)行時(shí)必須停止前級(jí)泵的工作。b.維持泵:維持泵可用在大型主泵的系統(tǒng)上。3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵(1)作用：

羅茨泵旋片泵維持泵

羅茨泵旋片泵維持泵

儲(chǔ)氣罐的應(yīng)用儲(chǔ)氣罐的應(yīng)用3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

(1)真空元件相互聯(lián)接時(shí)，應(yīng)盡量做到抽氣管路短，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，可以將機(jī)械泵設(shè)置在靠近真空室的泵房?jī)?nèi)。(2)機(jī)械泵(包括羅茨泵)有振動(dòng),為隔離振動(dòng)，通常采用軟管減振。軟管有金屬和非金屬兩種，均需保證在大氣壓力作用下不被壓癟。(3)真空系統(tǒng)應(yīng)便于測(cè)量與檢漏。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(cè)量點(diǎn)。3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題(1)真空元件相互聯(lián)(4)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。一般在有一個(gè)蒸氣流泵作為主泵(擴(kuò)散泵或油增壓泵)；和一個(gè)機(jī)械泵作為前級(jí)泵的系統(tǒng)中，除了有前級(jí)管道(串聯(lián)蒸氣流泵和機(jī)械泵的管道)外，還應(yīng)有一個(gè)預(yù)真空管道(真空室直通機(jī)械泵的管道)。其次是在真空室和主泵之間設(shè)有高真空閥門(也稱主閥),在前級(jí)管道上設(shè)有前級(jí)管道閥;在預(yù)真空管道上設(shè)置預(yù)真空管道閥。機(jī)械泵入口管道上,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,給裝料和取料時(shí)用。(4)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

(5)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。(6)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要采用新技術(shù),做到自動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)。(7)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求做到節(jié)省能源,降低成本,使用方便可靠。(5)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,3.5典型的真空系統(tǒng)形式(1)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。

3.5典型的真空系統(tǒng)形式下面介紹幾種系統(tǒng):只用機(jī)械泵給真空室排氣,系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，在低真空范圍內(nèi),真空度低于1.33×10-1Pa。油增壓泵(主泵)串聯(lián)機(jī)械泵(前級(jí)泵)工作壓強(qiáng)范圍:1.33～1.33×10-1Pa。優(yōu)點(diǎn):抽氣能力大,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,振動(dòng)小,工作穩(wěn)定可靠,維修方便,成本低。缺點(diǎn):預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)(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(jí)泵)的真空感應(yīng)熔煉爐的真空系統(tǒng)。下面介紹幾種系統(tǒng):

真空感應(yīng)熔煉爐真空感應(yīng)熔煉爐羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵工作壓強(qiáng)范圍：1.33～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：預(yù)抽氣時(shí)間短。缺點(diǎn)：工作時(shí)有振動(dòng),且噪音大;工作中隨時(shí)間增加,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。羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組

羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

工作壓強(qiáng)范圍：0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：工作壓強(qiáng)范圍大,工作真空度高。

下圖為一實(shí)列羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

以油增壓泵和羅茨泵為主泵,兩個(gè)泵出口串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵

工作壓強(qiáng)范圍：0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：具有羅茨泵系統(tǒng)和油增壓泵系統(tǒng)的雙重特點(diǎn)。圖15為一實(shí)例以油增壓泵和羅茨泵為主泵,兩個(gè)泵出口串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械

羅茨水環(huán)泵機(jī)組除了上述幾種之外,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。羅茨水環(huán)泵機(jī)組除了上述幾種之外,還有油增壓泵串聯(lián)羅茨泵,再(2)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6.67×10-2～1.33×10-3Pa。如鍍膜機(jī)、電子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(jiǎn)單,工作可靠,成本低。缺點(diǎn)：系統(tǒng)起動(dòng)慢,預(yù)抽氣時(shí)間長(zhǎng)。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)旋片泵機(jī)組(2)高真空系統(tǒng)

擴(kuò)散泵串聯(lián)旋片泵擴(kuò)散泵串聯(lián)旋片泵

擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵該系統(tǒng)起動(dòng)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(dòng)慢,但預(yù)抽氣時(shí)間短(因?yàn)橹虚g有羅茨泵)。

高真空系統(tǒng)實(shí)例（圖16）和一個(gè)擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵機(jī)組擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件

擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵(3)超高真空系統(tǒng)由于原子能工業(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(jí)機(jī)械泵

可以達(dá)到極限真空度為1.33×10-6Pa。

圖17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統(tǒng)(3)超高真空系統(tǒng)

擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵(中間泵),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(jí)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擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

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)置捕集器冷凝油蒸氣。如果分子泵串聯(lián)分子篩吸附泵(前級(jí)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)例主泵為分子泵串聯(lián)機(jī)械泵

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。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3.6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(duì)真空度影響要小。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：(1)選擇結(jié)構(gòu)材料應(yīng)盡量用國(guó)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。(2)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。(3)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。3.6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

(4)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。(5)真空系統(tǒng)上各元件之間多用法蘭連接。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(guó)內(nèi)都采用焊接后再對(duì)法蘭加工,這樣即可達(dá)到尺寸和粗糙度要求,又能保證兩個(gè)法蘭連接時(shí)密封可靠。(6)對(duì)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)。(4)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(7)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。(8)由外部進(jìn)入真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)件或移動(dòng)件,要保證可靠的動(dòng)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(huì)降低真空度,而且不易發(fā)現(xiàn)。(7)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

(9)真空系統(tǒng)上測(cè)量規(guī)管座位置安排應(yīng)遵循如下原則：不能將測(cè)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(duì)不漏氣,密封面集中之處,必然是容易漏氣的地方,測(cè)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(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。規(guī)管應(yīng)盡量接在靠近被測(cè)量的地方,以減少測(cè)量誤差。(9)真空系統(tǒng)上測(cè)量規(guī)管座位置安排應(yīng)遵循如下原則：(10)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(dòng)。(10)真空室殼體上的水套結(jié)構(gòu),要保證水流暢通無阻。更不能出真空系統(tǒng)組成元件

真空泵真空測(cè)量與控制器件真空閥門連接導(dǎo)管捕集器其它組成元件真空系統(tǒng)組成元件真空泵1真空閥門1.1概述1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)1.3真空閥門的設(shè)計(jì)1真空閥門1.1概述1.1概述真空閥門：

在真空系統(tǒng)中，用來改變氣流方向，調(diào)節(jié)氣流量大小，切斷或接通管路的真空系統(tǒng)元件。真空閥門的型號(hào)編制方法國(guó)家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定,可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。1.1概述真空閥門：真空閥門在真空系統(tǒng)中的作用開關(guān)氣路控制氣流大小，調(diào)節(jié)真空度定量充氣真空閥門在真空系統(tǒng)中的作用開關(guān)氣路真空閥門的分類真空閥門的分類1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)隔膜閥真空球閥真空蝶閥插板閥擋板閥翻板閥電磁閥針閥超高真空閥玻璃真空活塞無油玻璃真空閥1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)隔膜閥電磁閥隔膜閥隔膜式真空閥是利用閥桿將彈性體薄膜緊壓在閥座上用來隔斷氣路。如圖3所示,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可帶動(dòng)閥桿上、下移動(dòng),使隔膜離開閥座打開閥門或使隔膜緊壓在閥座上關(guān)閉閥門。此種閥門如采用丁晴橡膠隔膜,適用于前級(jí)和預(yù)抽管道上及溫度為-25～80℃的非腐蝕性氣體。如采用氟橡膠隔膜,可用于高真空系統(tǒng),使用溫度范圍為-30～150℃。隔膜閥隔膜式真空閥是利用閥桿將彈性體薄膜緊壓在閥座上用來隔斷真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件真空球閥圖4所示是真空球閥的結(jié)構(gòu),該閥中的密封機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)狀彈性體緊壓于一個(gè)金屬球表面構(gòu)成。金屬球上有一個(gè)大穿孔,借助于手柄轉(zhuǎn)動(dòng)金屬球使穿孔改變方向,即可接通或切斷氣路。金屬球軸桿與閥體間的密封采用O形密封圈密封。真空球閥圖4所示是真空球閥的結(jié)構(gòu),該閥中的密封機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件真空蝶閥蝶閥的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,如圖5所示。閥板的邊緣上嵌有O形密封圈,閥板靠螺栓固定在傳動(dòng)軸閥桿上,使閥桿帶動(dòng)閥板轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)閥板上的密封圈與閥體緊密接觸時(shí)即實(shí)現(xiàn)了閥門的關(guān)閉,從關(guān)閉位置、閥板再轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí),閥門即完全打開,該種閥門的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。制作：bobo真空蝶閥蝶閥的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,如圖5所示。閥板的邊緣上嵌有O形制作：bobo制作：bobo插板閥圖6和圖7是插板閥的兩種結(jié)構(gòu)型式。彈性體密封圈是嵌在閥體上。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即可打開或關(guān)閉閥門。圖6的插板閥關(guān)閉時(shí)是靠限位塊的斜面壓緊閥蓋,進(jìn)而壓緊密封圈。圖7的插板閥是靠鏈板壓緊實(shí)現(xiàn)閥口密封。插板閥圖6和圖7是插板閥的兩種結(jié)構(gòu)型式。彈性體密封圈是嵌在閥真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件手動(dòng)電動(dòng)氣動(dòng)手動(dòng)電動(dòng)氣動(dòng)擋板閥圖8是一種擋板閥的結(jié)構(gòu)。該閥通過閥蓋的開啟和壓下來實(shí)現(xiàn)管路的接通和截止。擋板閥圖8是一種擋板閥的結(jié)構(gòu)。該閥通過閥蓋的開啟和壓下來實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件翻板閥圖9、10、11是三種不同結(jié)構(gòu)的真空翻板閥。它們都是用壓縮空氣為動(dòng)力源。在閥門打開或關(guān)閉的過程中,閥板的運(yùn)動(dòng)有一個(gè)翻轉(zhuǎn)過程,能翻轉(zhuǎn)一個(gè)角度。在圖10的結(jié)構(gòu)中,靠滾輪將閥蓋擋翻,在這種結(jié)構(gòu)的閥門中,閥蓋不能翻轉(zhuǎn)90°。圖9的結(jié)構(gòu),閥蓋的翻轉(zhuǎn)靠四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn),閥蓋能實(shí)現(xiàn)90°翻轉(zhuǎn)。圖11的翻板閥是蚌線機(jī)構(gòu)。這種閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,總高度低,閥板能翻轉(zhuǎn)90°,是我國(guó)1971年首創(chuàng)的。在翻板閥中,閥板翻轉(zhuǎn)90°時(shí),流導(dǎo)較大。制作：bobo翻板閥圖9、10、11是三種不同結(jié)構(gòu)的真空翻板閥。它們都是用制作：bobo制作：bobo電磁閥真空閥門的驅(qū)動(dòng)方式為磁力驅(qū)動(dòng)的即為電磁閥。電磁真空閥的密封機(jī)構(gòu)與擋板閥相同,如圖12所示。平時(shí),電磁閥的閥蓋靠彈簧壓緊封住管路通道,需要開啟時(shí),將電磁線圈接通電流,磁力即吸引銜鐵,帶動(dòng)閥蓋,將閥門打開。有的電磁真空閥設(shè)計(jì)成帶充氣的,稱為電磁真空帶充氣閥,是專門安裝在油封式機(jī)械泵入口管路上的專用閥門。閥門與泵接在同一電源上,泵的啟動(dòng)與停止直接控制了閥的開啟與關(guān)閉。當(dāng)泵停止工作或電源突然中斷時(shí),閥能自動(dòng)將真空管路封閉,并將大氣通過泵的進(jìn)氣口充入泵腔,避免泵油返流污染真空系統(tǒng)。電磁閥真空閥門的驅(qū)動(dòng)方式為磁力驅(qū)動(dòng)的即為電磁閥。電磁真空閥的制作：bobo制作：bobo針閥圖13是一個(gè)超高真空針閥。針閥是一種微調(diào)閥,其閥塞為針形,主要用作調(diào)節(jié)氣流量。微調(diào)閥要求閥口開啟逐漸變大,從關(guān)閉到開啟最大能連續(xù)細(xì)微地調(diào)節(jié)。針形閥塞即能實(shí)現(xiàn)這種功能。針形閥塞一般用經(jīng)過淬火的鋼制長(zhǎng)針,而閥座是用錫、銅等軟質(zhì)材料制成。閥針與閥座間的密封是依靠其錐面緊密配合達(dá)到的。閥針的錐度有1∶50和6°錐角兩種,錐表面要經(jīng)過精細(xì)研磨。圖中的閥桿與閥座間的密封是靠波紋管實(shí)現(xiàn)的。制作：bobo針閥圖13是一個(gè)超高真空針閥。針閥是一種微調(diào)閥,其閥塞為針形真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件超高真空閥通常的高、低真空閥門,密封墊圈的材料為橡膠,不能承受高溫烘烤。因而不能使用在超高真空設(shè)備上。能使用在超高真空設(shè)備上的超高真空閥門必須滿足:(1)能承受高溫(400～450℃)多次烘烤;(2)放氣量小,氣密性好;(3)重復(fù)性好;(4)流導(dǎo)大。圖14是超高真空閥門的一種。其主要部件是無氧銅閥蓋,不銹鋼閥體和傳動(dòng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。閥座刀口型式為直角,擋板起保證閥門重復(fù)性的作用,即刀口在閥蓋上壓出的刀痕每次都能重合。制作：bobo超高真空閥通常的高、低真空閥門,密封墊圈的材料為橡膠,不能承制作：bobo制作：bobo玻璃真空活塞玻璃活塞由開有孔的錐形芯子及帶有連接管的外套組成,芯子與外套之間的接觸面是磨光面,其間涂以真空封脂以取得密封。氣體的通路由芯子上的孔和所對(duì)準(zhǔn)的連接管決定,轉(zhuǎn)動(dòng)芯子便可控制氣體通路。因用封脂密封,芯子與外套之間就不會(huì)漏氣。圖15是典型的玻璃真空活塞?；钊雌溥B接管道的數(shù)目分為二通、三通或多通活塞。二通又分為對(duì)通和直角通。在圖15(b)中,(2)、(3)兩種較(1)的型式密封更好,因在使用中有大氣壓力將錐芯往內(nèi)壓。玻璃真空活塞玻璃活塞由開有孔的錐形芯子及帶有連接管的外套組成制作：bobo制作：bobo無油玻璃真空閥為避免真空油脂對(duì)真空環(huán)境的影響,可以采用液態(tài)金屬密封和磨砂口密封。圖16所示是液態(tài)金屬密封的玻璃真空閥之一。圖17所示是玻璃磨口密封的無油真空閥,其密封是由一半球狀玻璃閥體與一半球狀閥座之間的精密磨光面接觸來實(shí)現(xiàn)的。以上兩種玻璃真空閥均可應(yīng)用于超高真空系統(tǒng)中,但兩側(cè)不能承受大的壓強(qiáng)差,只能應(yīng)用在兩側(cè)壓強(qiáng)相近(相差200～400Pa以內(nèi))的場(chǎng)合。玻璃真空閥只能做成小型的,大口徑的閥門必須用金屬制造。制作：bobo無油玻璃真空閥為避免真空油脂對(duì)真空環(huán)境的影響,可以采用液態(tài)金制作：bobo制作：bobo2捕集器捕集器也稱為阱,用來捕集真空系統(tǒng)中的可凝性蒸氣。捕集器的種類很多，根據(jù)捕集器捕集蒸氣的原理和方法不同，搞集器可分為擋油帽，機(jī)械捕集器(又稱擋板、障板、機(jī)械阱)，冷凝捕集器(又稱冷阱)，吸附捕集器(又稱吸附阱)和其它類型的捕集器(如電捕集器，熱捕集器，離子捕集器等。制作：bobo2捕集器捕集器也稱為阱,用來捕集真空系統(tǒng)中的可凝性蒸氣。制2.1擋油帽擴(kuò)散泵在工作過程中,泵液會(huì)向被抽容器中返流。返流的油蒸氣會(huì)對(duì)被抽容器及被處理工件造成污染。通常在泵芯的一級(jí)噴咀上面設(shè)置擋油帽,這樣可以大大降低油蒸氣的返流。擋油帽一般用水冷卻,比較好的水冷擋油帽可把擴(kuò)散泵的返油率降低到0.1%～1%。因此擋油帽是現(xiàn)代擴(kuò)散泵所必備的部件。擴(kuò)散泵加擋油帽后,降低了返油率,但同時(shí)也降低了泵的抽速。通常認(rèn)為加擋油帽后,泵的抽速降低小于20%為宜。制作：bobo2.1擋油帽擴(kuò)散泵在工作過程中,泵液會(huì)向被抽容器中返流。返擋油帽的設(shè)計(jì)方法如圖31所示:先劃出導(dǎo)流管和噴咀外沿的連結(jié)線AB,再在距B為1cm左右處引垂線CD,延長(zhǎng)AB與CD交于E點(diǎn),此即擋油帽的外緣。這樣確定擋油帽外緣的位置則不會(huì)擋住工作液蒸氣射流。擋油帽的設(shè)計(jì)方法如圖31所示:先劃出導(dǎo)流管和噴咀外沿的連結(jié)線圖33是擋油帽的一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)踐表明,這種擋油帽的擋油效果較好,且對(duì)泵的抽速?zèng)]有太大的影響。制作：bobo圖33是擋油帽的一種經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)踐表明,這種擋油帽的擋油效果各種型式擋油帽的擋油效果如圖34所示,圖中(a)是不加擋油帽,設(shè)此時(shí)返油量為1;(b)、(c)、(d)、(e)等表示加擋油帽及水冷套等措施后的返油量,數(shù)值愈小,擋油效果愈好。制作：bobo各種型式擋油帽的擋油效果如圖34所示,圖中(a)是不加擋油帽2.2機(jī)械捕集器概述機(jī)械捕集器的設(shè)計(jì)原則及其典型結(jié)構(gòu)制作：bobo2.2機(jī)械捕集器概述制作：bobo概述機(jī)械捕集器又稱擋板、障板、機(jī)械阱。當(dāng)對(duì)降低返油率有更高要求時(shí),常被廣泛應(yīng)用,主要用來防止蒸氣流泵工作液的蒸氣分子返流進(jìn)入被抽容器。返流的蒸氣分子是這樣通過管道進(jìn)入真空室的:蒸氣分子先碰撞管壁被吸留;由于熱運(yùn)動(dòng),管壁吸留的分子又蒸發(fā),再在更靠近真空室的管壁上被吸留,然后再蒸發(fā)……,這樣逐步進(jìn)入真空室中。因此在蒸氣進(jìn)入被抽容器的通路上安裝不同結(jié)構(gòu)的具有光學(xué)密閉性的板狀組件,阻擋住直線運(yùn)動(dòng)的蒸氣分子穿越,使其在壁板上凝結(jié)或反射回去,用這種機(jī)械阻擋的方法消除或減少蒸氣分子進(jìn)入被抽容器。概述機(jī)械捕集器又稱擋板、障板、機(jī)械阱。當(dāng)對(duì)降低返油率有更高要機(jī)械捕集器的型式如表4制作：bobo機(jī)械捕集器的型式如表4制作：bobo機(jī)械捕集器的設(shè)計(jì)原則及其典型結(jié)構(gòu)機(jī)械捕集器主要靠機(jī)械阻擋的方法來降低油蒸氣的返油率,而高速熱運(yùn)動(dòng)的蒸氣分子經(jīng)三次碰壁后,其能量大大損耗。因此,在設(shè)計(jì)光密性障板的時(shí)候,要求蒸氣分子在通過它的過程中,至少應(yīng)有一次以上使蒸氣分子與板壁碰撞。此外,要求板壁材料有較好的導(dǎo)熱性,盡可能保持較低的溫度。通常通冷卻水,以減少蒸氣凝結(jié)后的再蒸發(fā),常用的材料有銅、鋁、不銹鋼等導(dǎo)熱系數(shù)較大的金屬板。機(jī)械捕集器的設(shè)計(jì)原則及其典型結(jié)構(gòu)機(jī)械捕集器主要靠機(jī)械阻擋的方在設(shè)計(jì)障板時(shí)應(yīng)注意以下原則:光學(xué)密閉性,至少要擋住一次束流;有盡可能大的流導(dǎo);障板材料應(yīng)放氣率低,飽和蒸氣壓低,熱傳導(dǎo)性能好,易于加工;超高真空系統(tǒng)使用的障板應(yīng)能承受高溫烘烤。制作：bobo在設(shè)計(jì)障板時(shí)應(yīng)注意以下原則:光學(xué)密閉性,至少要擋住一次束流;典型的幾種機(jī)械捕集器的結(jié)構(gòu)如圖35至

圖38所示。典型的幾種機(jī)械捕集器的結(jié)構(gòu)如圖35至

圖38所示。2.3冷凝捕集器概述冷阱的典型結(jié)構(gòu)冷阱的抽速2.3冷凝捕集器概述概述冷凝捕集器又稱冷阱,是利用低溫冷壁來捕集可凝性蒸氣的一種低溫冷凝捕集器。冷阱被廣泛應(yīng)用于高真空和超高真空系統(tǒng)中,安裝在主泵入口和真空室之間的管路上。使用冷阱應(yīng)遵守一定規(guī)則:在加入冷劑前,應(yīng)將容器抽空到足夠低的壓強(qiáng),使可凝性氣體被大量排除后再加入冷劑;在使用過程中,由于冷劑的損耗而使冷劑液面不斷下降,露出無冷劑接觸的壁面,這些表面的溫度回升,使已被冷凝的蒸氣重新蒸發(fā),所以要設(shè)法使冷劑的液面盡量處于恒定位置。制作：bobo概述冷凝捕集器又稱冷阱,是利用低溫冷壁來捕集可凝性蒸氣的一種冷阱的典型結(jié)構(gòu)

金屬冷阱中,盛裝冷劑的容器一般用不銹鋼制成,在其壁上焊上若干捕集片,以增大低溫壁板的表面積和阻擋蒸氣分子進(jìn)入真空室的作用。制作：bobo冷阱的典型結(jié)構(gòu)

金屬冷阱中,盛裝冷劑的容器一般用不銹鋼制成,圖39是一種長(zhǎng)效冷凝捕集器。制作：bobo圖39是一種長(zhǎng)效冷凝捕集器。制作：bobo圖40的結(jié)構(gòu)具有較大流導(dǎo),可防止蒸氣分子向上蠕動(dòng)。制作：bobo圖40的結(jié)構(gòu)具有較大流導(dǎo),可防止蒸氣分子向上蠕動(dòng)。制作：bo圖41是一種高效冷凝捕集器。制作：bobo圖41是一種高效冷凝捕集器。制作：bobo圖44是一種復(fù)合式冷阱。制作：bobo圖44是一種復(fù)合式冷阱。制作：bobo圖45是中心帶有液氮罐的冷阱。制作：bobo圖45是中心帶有液氮罐的冷阱。制作：bobo玻璃冷阱采用杜瓦瓶的形式,分為兩層或多層,兩層之間抽成高真空,以降低熱傳導(dǎo)損失。玻璃冷阱的型式很多,圖46是常見的幾種玻璃冷阱的結(jié)構(gòu)。制作：bobo玻璃冷阱采用杜瓦瓶的形式,分為兩層或多層,兩層之間抽成高2.4吸附捕集器吸附捕集器是利用某些物質(zhì)具有吸附性能(物理吸附和化學(xué)吸附)的原理來捕集可凝性蒸氣的一種捕集器,常稱吸附阱。它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械真空泵和擴(kuò)散泵(或被抽容器)之間的管路上,用來捕集油蒸氣,水蒸汽,還有在機(jī)械泵中由于轉(zhuǎn)子和泵體之間的摩擦熱使油分解(裂變)而產(chǎn)生的輕餾分物質(zhì)氣體。制作：bobo2.4吸附捕集器吸附捕集器是利用某些物質(zhì)具有吸附性能(物理圖47是一種活性氧化鋁吸附阱,其中放置3～10mm的球狀吸附劑,擋油效率可達(dá)99%,主要用于前級(jí)管道。制作：bobo圖47是一種活性氧化鋁吸附阱,其中放置3～10mm的球狀吸附圖48是一種分子篩吸附阱。

其特點(diǎn)是:

分子篩烘烤激活是用放在中心的管狀加熱器,被吸附的蒸氣從接管排出,這樣不必移出分子篩,結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)單操作也方便,這樣的吸附阱最高可捕集返流油蒸氣的99.7%。圖48是一種分子篩吸附阱。

其特點(diǎn)是:

分子篩烘烤激活是用圖49所示的吸附阱,是在一根長(zhǎng)127mm,直徑51mm的圓管兩端加固定網(wǎng),管中放置不同的吸附劑,其擋油效果見表7。制作：bobo圖49所示的吸附阱,是在一根長(zhǎng)127mm,直徑51mm的圓管利用分子篩作為吸附阱的吸附劑時(shí),值得注意的是:分子篩能大量地吸附大氣中的水蒸汽,而吸附水份后的吸附劑對(duì)其它氣體的吸附能力大大降低。在使用中應(yīng)避免分子篩吸附阱經(jīng)常暴露于大氣中,因?yàn)樵诖髿庵袔仔r(shí)內(nèi)分子篩就能吸收超過2%的水份。在使用前應(yīng)對(duì)分子篩進(jìn)行預(yù)處理,如在真空中進(jìn)行烘烤,除去水份。再者,重復(fù)再激活分子篩會(huì)使它的吸附能力下降,當(dāng)烘烤溫度高于350℃,長(zhǎng)時(shí)間的烘烤將引起吸附能力的迅速退化。制作：bobo利用分子篩作為吸附阱的吸附劑時(shí),值得注意的是:分子篩能大量地課程結(jié)束謝謝大家！END課程結(jié)束謝謝大家！END演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)第二期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班講義之五2005.7.10～2005.7.13主講人：東北大學(xué)王繼常副教授真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)第二期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班講義之五之一：真空技術(shù)的歷史、現(xiàn)在與將來之二：真空工程理論基礎(chǔ)之三：科技論文的檢索、撰寫與發(fā)表之四：清潔真空獲得技術(shù)之五：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)之六：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)輔助軟件的使用之七：真空測(cè)量之八：真空裝置與系統(tǒng)的檢漏之九：大型真空裝置的監(jiān)測(cè)與故障診斷之十：專家座談之十一：真空獲得技術(shù)之十二：現(xiàn)代表面與薄膜技術(shù)之十三：真空材料與真空衛(wèi)生之十四：真空技術(shù)應(yīng)用及計(jì)算實(shí)例之一：真空技術(shù)的歷史、現(xiàn)在與將來磁控濺射鍍膜機(jī)磁控濺射鍍膜機(jī)金屬蒸汽真空弧源注入機(jī)金屬蒸汽真空弧源注入機(jī)1.真空系統(tǒng)的組成1.1真空系統(tǒng)的概念1.2真空系統(tǒng)的組成元件1.3真空系統(tǒng)示意圖1.4高真空系統(tǒng)1.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容2.真空技術(shù)基本方程2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：極限真空度、有效抽速2.2流導(dǎo)的定義2.3真空技術(shù)基本方程2.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.2配泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題3.5真空系統(tǒng)的典型形式3.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.7真空系統(tǒng)操作規(guī)則課程內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成課程內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成

1.1真空系統(tǒng)的概念1.2真空系統(tǒng)的組成元件1.3真空系統(tǒng)示意圖1.4高真空系統(tǒng)1.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1.真空系統(tǒng)的組成1.1真空系統(tǒng)的概念1.1真空系統(tǒng)的概念

什么是真空系統(tǒng)？用一句話來概括，真空系統(tǒng)就是用來獲得有特定要求的真空度的抽氣系統(tǒng)。

例如：鍍膜設(shè)備真空系統(tǒng)；真空熱處理爐真空系統(tǒng)；航空模擬器真空系統(tǒng)；真空冶煉爐真空系統(tǒng)；真空壓力浸漆真空系統(tǒng)等等。1.1真空系統(tǒng)的概念什么是真空系統(tǒng)？例如：鍍膜設(shè)備真空系1.2真空系統(tǒng)的組成元件一個(gè)較完善的真空系統(tǒng)由下列元件組成：1．抽氣設(shè)備：例如各種真空泵；2．真空閥門；3．連接管道；4．真空測(cè)量裝置：例如真空壓力表、各種規(guī)管；5．其它元件：例如捕集器、除塵器、真空繼電器規(guī)頭、儲(chǔ)氣罐等。1.2真空系統(tǒng)的組成元件一個(gè)較完善的真空系統(tǒng)由下列元件組成1.3真空系統(tǒng)示意圖一個(gè)要進(jìn)行真空處理的容器,用管道和閥門將它與真空泵連接起來,同時(shí)在容器上設(shè)置真空測(cè)量裝置,這就構(gòu)成了一個(gè)最簡(jiǎn)單的真空抽氣系統(tǒng)。（見圖1）1.3真空系統(tǒng)示意圖一個(gè)要進(jìn)行真空處1.4高真空系統(tǒng)圖1系統(tǒng)只能獲得較低的真空度,當(dāng)要獲得高真空度時(shí),需要添加高真空泵。如擴(kuò)散泵、分子泵。當(dāng)串聯(lián)一個(gè)高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分別加上閥門,以便高真空泵內(nèi)部能單獨(dú)保持真空。若串聯(lián)的高真空泵是一臺(tái)油擴(kuò)散泵,為了防止大量的油蒸氣返流進(jìn)入被抽容器,通常在油擴(kuò)散泵的入口加一個(gè)捕集器水冷障板(如圖2所示)。根據(jù)要求,還可以在管路中加上除塵器、真空繼電器規(guī)頭、真空軟連接管道、真空泵入口放氣閥等等,這樣就構(gòu)成了一個(gè)較完善的高真空系統(tǒng)。1.4高真空系統(tǒng)圖1系統(tǒng)只能獲得較

高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組1.5的基本內(nèi)容

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容:1、根據(jù)被抽容器對(duì)真空度的要求,選擇適當(dāng)?shù)恼婵障到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行選、配泵計(jì)算;2、確定導(dǎo)管、閥門、捕集器、真空測(cè)量元件等,進(jìn)行合理配置；3、最后劃出真空系統(tǒng)裝配圖和零部件圖。1.5的基本內(nèi)容真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容:2.真空技術(shù)基本方程

2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速2.2流導(dǎo)的定義2.3真空技術(shù)基本方程2.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義2.真空技術(shù)基本方程2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速

真空系統(tǒng)的極限真空度

指在沒有外加負(fù)荷的情況下,經(jīng)過足夠長(zhǎng)時(shí)間的抽氣后,系統(tǒng)所能達(dá)到的最低壓力。真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速

指在容器出口處的壓力下,單位時(shí)間內(nèi)真空系統(tǒng)能夠從被抽容器中所抽除的氣體體積。真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速不僅取決于真空泵的抽速,也取決于真空系統(tǒng)管路對(duì)氣體的導(dǎo)通性能,即所說的流導(dǎo)。2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真2.2流導(dǎo)的定義流導(dǎo)的定義是:在單位壓差下,流經(jīng)管路的氣流量的大小。用一個(gè)數(shù)學(xué)式子來表示,即:

式中C—管路的流導(dǎo)；Q—流經(jīng)管路的氣流量；P1、P2—分別是管路的入口壓力和出口壓力Pa。2.2流導(dǎo)的定義流導(dǎo)的定義是:在單位壓差下,流經(jīng)管路的氣流2.3真空技術(shù)基本方程如果用Se來表示真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之間管路的流導(dǎo)，則有

a、b、c本質(zhì)上是同一個(gè)方程,真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的方程，如果知道泵的抽速Sp和管路的流導(dǎo)C，就可以計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)容器有效抽速，這個(gè)方程被稱為真空技術(shù)基本方程。2.3真空技術(shù)基本方程如果用Se來表示真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效2.4真空技術(shù)基本方程在中的意義

從方程(2b)可以看出:如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)大于泵的抽速Sp，則Sp/C的值遠(yuǎn)小于1，此時(shí)有效抽速Se≈Sp。說明為了充分發(fā)揮泵抽氣作用,在設(shè)計(jì)管路時(shí)，應(yīng)使管路的流導(dǎo)盡可能大一些。因此真空管路應(yīng)該粗而短，切不可細(xì)而長(zhǎng)。這是設(shè)計(jì)連接管道時(shí)的一條重要原則。相反，如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)小于泵的抽速Sp，則C/Sp的值遠(yuǎn)小于1，從方程(2c)可以看出，此時(shí)真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速Se≈C,說明在這種情況下，選擇多大的泵都沒有用，都不能提高泵對(duì)容器的有效抽速。2.4真空技術(shù)基本方程在中的意義從方程(2b)可以看出:3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.2配泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題3.5真空系統(tǒng)的典型形式3.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.7真空系統(tǒng)操作規(guī)則3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主泵3.1選主泵選主泵要考慮兩個(gè)方面：一是選擇主泵的類型；二是確定主泵抽速的大小。3.1.1主泵的類型

確定主泵類型的依據(jù):(1)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被抽容器所要求的極限真空度(如高半個(gè)數(shù)量級(jí))。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)。各種真空泵的工作壓強(qiáng)范圍見圖11。3.1選主泵選主泵要考慮兩個(gè)方面：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件(2)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。為此,應(yīng)當(dāng)對(duì)各種真空泵的性能及使用特點(diǎn)進(jìn)行了解。(3)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。(2)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

由兩個(gè)圖中的曲線可見,在1.33×10－1～13.3Pa的壓強(qiáng)范圍內(nèi),以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1.33×10－1Pa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)。由兩個(gè)圖中的曲線可見,在1.33×10－1～13.3Pa的3.1.2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。

(1)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；Qg－工藝過程中被熔煉或被處理的材料放出的氣流量，Pa·m３/s；Qｎ－真空室內(nèi)所用耐火保溫材料的出氣流量，Pa·m３/s；3.1.2主泵抽速大小的確定

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，Pa·m３/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，Pa·m３/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。Qf－暴露于真空條件下的真空室內(nèi)壁和所有(2.)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QPa·m3/s；所要求的工作真空度為PgPa；則被抽容器所要求的有效抽速Sey為(2.)被抽容器所要求的有效抽速的計(jì)算(3)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)。根據(jù)式(2)無法計(jì)算主泵的抽速S。通常按經(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=1.3～1.4;當(dāng)采用捕集器時(shí),取Ks=2～2.5。(3)粗算主泵的抽速S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。(4)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(duì)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,否則應(yīng)重新粗選主泵,再進(jìn)行驗(yàn)算,直至合乎要求為止。主泵抽速S粗算出來后,按S值在真空泵3.2配泵主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級(jí)泵和預(yù)抽泵。通常前級(jí)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(jí)泵時(shí)應(yīng)遵循如下幾點(diǎn)規(guī)定:(1)前級(jí)泵應(yīng)保證能及時(shí)排出主泵所排出的氣體流量。(2)前級(jí)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)。(3)兼作預(yù)抽泵的前級(jí)泵應(yīng)滿足預(yù)抽時(shí)間的要求。3.2配泵主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級(jí)泵和

所配前級(jí)泵確定之后,即可按前級(jí)泵的入口尺寸選擇前級(jí)管道閥和預(yù)抽管道閥,確定各部分連接管道的尺寸。根據(jù)以上的確定,可繪制出真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。所配前級(jí)泵確定之后,即可按前級(jí)泵的幾種典型主泵的配泵(1)油蒸氣流泵作為主泵當(dāng)選用油蒸氣流泵作為主泵時(shí),配前級(jí)泵的方法可以按經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的前級(jí)泵的大小來確定,見表4。幾種典型主泵的配泵(2)分子泵作為主泵分子泵作為主泵時(shí),其抽氣能力與前級(jí)泵的抽氣能力有密切關(guān)系。分子泵的前級(jí)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(jí)側(cè)處于分子流狀態(tài),通常按下式選取前級(jí)泵的抽速

式中S1－分子泵的抽速,m3/s;S2－前級(jí)泵的抽速,m3/s。(2)分子泵作為主泵(3)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(jí)泵,前級(jí)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(jí)泵的抽速;Ss－水環(huán)泵作前級(jí)泵的抽速。(3)羅茨泵作為主泵3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵(1)作用：在前級(jí)泵停止工作時(shí)，能保證主泵處于正常工作狀態(tài)。(2)使用場(chǎng)合：a.儲(chǔ)氣罐:儲(chǔ)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，或是某些較小應(yīng)用設(shè)備,在其工藝過程中不允許有振動(dòng),即在工藝進(jìn)行時(shí)必須停止前級(jí)泵的工作。b.維持泵:維持泵可用在大型主泵的系統(tǒng)上。3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵(1)作用：

羅茨泵旋片泵維持泵

羅茨泵旋片泵維持泵

儲(chǔ)氣罐的應(yīng)用儲(chǔ)氣罐的應(yīng)用3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題

(1)真空元件相互聯(lián)接時(shí)，應(yīng)盡量做到抽氣管路短，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，可以將機(jī)械泵設(shè)置在靠近真空室的泵房?jī)?nèi)。(2)機(jī)械泵(包括羅茨泵)有振動(dòng),為隔離振動(dòng)，通常采用軟管減振。軟管有金屬和非金屬兩種，均需保證在大氣壓力作用下不被壓癟。(3)真空系統(tǒng)應(yīng)便于測(cè)量與檢漏。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(cè)量點(diǎn)。3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題(1)真空元件相互聯(lián)(4)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。一般在有一個(gè)蒸氣流泵作為主泵(擴(kuò)散泵或油增壓泵)；和一個(gè)機(jī)械泵作為前級(jí)泵的系統(tǒng)中，除了有前級(jí)管道(串聯(lián)蒸氣流泵和機(jī)械泵的管道)外，還應(yīng)有一個(gè)預(yù)真空管道(真空室直通機(jī)械泵的管道)。其次是在真空室和主泵之間設(shè)有高真空閥門(也稱主閥),在前級(jí)管道上設(shè)有前級(jí)管道閥;在預(yù)真空管道上設(shè)置預(yù)真空管道閥。機(jī)械泵入口管道上,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,給裝料和取料時(shí)用。(4)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

(5)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。(6)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要采用新技術(shù),做到自動(dòng)控制和聯(lián)鎖保護(hù)。(7)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求做到節(jié)省能源,降低成本,使用方便可靠。(5)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,3.5典型的真空系統(tǒng)形式(1)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。

3.5典型的真空系統(tǒng)形式下面介紹幾種系統(tǒng):只用機(jī)械泵給真空室排氣,系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，在低真空范圍內(nèi),真空度低于1.33×10-1Pa。油增壓泵(主泵)串聯(lián)機(jī)械泵(前級(jí)泵)工作壓強(qiáng)范圍:1.33～1.33×10-1Pa。優(yōu)點(diǎn):抽氣能力大,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,振動(dòng)小,工作穩(wěn)定可靠,維修方便,成本低。缺點(diǎn):預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)(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(jí)泵)的真空感應(yīng)熔煉爐的真空系統(tǒng)。下面介紹幾種系統(tǒng):

真空感應(yīng)熔煉爐真空感應(yīng)熔煉爐羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵工作壓強(qiáng)范圍：1.33～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：預(yù)抽氣時(shí)間短。缺點(diǎn)：工作時(shí)有振動(dòng),且噪音大;工作中隨時(shí)間增加,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。羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組

羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

工作壓強(qiáng)范圍：0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：工作壓強(qiáng)范圍大,工作真空度高。

下圖為一實(shí)列羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

以油增壓泵和羅茨泵為主泵,兩個(gè)泵出口串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵

工作壓強(qiáng)范圍：0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn)：具有羅茨泵系統(tǒng)和油增壓泵系統(tǒng)的雙重特點(diǎn)。圖15為一實(shí)例以油增壓泵和羅茨泵為主泵,兩個(gè)泵出口串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械

羅茨水環(huán)泵機(jī)組除了上述幾種之外,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。羅茨水環(huán)泵機(jī)組除了上述幾種之外,還有油增壓泵串聯(lián)羅茨泵,再(2)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6.67×10-2～1.33×10-3Pa。如鍍膜機(jī)、電子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(jiǎn)單,工作可靠,成本低。缺點(diǎn)：系統(tǒng)起動(dòng)慢,預(yù)抽氣時(shí)間長(zhǎng)。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)旋片泵機(jī)組(2)高真空系統(tǒng)

擴(kuò)散泵串聯(lián)旋片泵擴(kuò)散泵串聯(lián)旋片泵

擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵該系統(tǒng)起動(dòng)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(dòng)慢,但預(yù)抽氣時(shí)間短(因?yàn)橹虚g有羅茨泵)。

高真空系統(tǒng)實(shí)例（圖16）和一個(gè)擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵機(jī)組擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件

擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和旋片泵(3)超高真空系統(tǒng)由于原子能工業(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(jí)機(jī)械泵

可以達(dá)到極限真空度為1.33×10-6Pa。

圖17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統(tǒng)(3)超高真空系統(tǒng)

擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵(中間泵),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(jí)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擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵

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)置捕集器冷凝油蒸氣。如果分子泵串聯(lián)分子篩吸附泵(前級(jí)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)例主泵為分子泵串聯(lián)機(jī)械泵

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。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3.6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(duì)真空度影響要小。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：(1)選擇結(jié)構(gòu)材料應(yīng)盡量用國(guó)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。(2)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。(3)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。3.6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

(4)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。(5)真空系統(tǒng)上各元件之間多用法蘭連接。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(guó)內(nèi)都采用焊接后再對(duì)法蘭加工,這樣即可達(dá)到尺寸和粗糙度要求,又能保證兩個(gè)法蘭連接時(shí)密封可靠。(6)對(duì)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)。(4)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(7)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。(8)由外部進(jìn)入真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)件或移動(dòng)件,要保證可靠的動(dòng)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(huì)降低真空度,而且不易發(fā)現(xiàn)。(7)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

(9)真空系統(tǒng)上測(cè)量規(guī)管座位置安排應(yīng)遵循如下原則：不能將測(cè)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(duì)不漏氣,密封面集中之處,必然是容易漏氣的地方,測(cè)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(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。規(guī)管應(yīng)盡量接在靠近被測(cè)量的地方,以減少測(cè)量誤差。(9)真空系統(tǒng)上測(cè)量規(guī)管座位置安排應(yīng)遵循如下原則：(10)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(dòng)。(10)真空室殼體上的水套結(jié)構(gòu),要保證水流暢通無阻。更不能出真空系統(tǒng)組成元件

真空泵真空測(cè)量與控制器件真空閥門連接導(dǎo)管捕集器其它組成元件真空系統(tǒng)組成元件真空泵1真空閥門1.1概述1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)1.3真空閥門的設(shè)計(jì)1真空閥門1.1概述1.1概述真空閥門：

在真空系統(tǒng)中，用來改變氣流方向，調(diào)節(jié)氣流量大小，切斷或接通管路的真空系統(tǒng)元件。真空閥門的型號(hào)編制方法國(guó)家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作了規(guī)定,可查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。1.1概述真空閥門：真空閥門在真空系統(tǒng)中的作用開關(guān)氣路控制氣流大小，調(diào)節(jié)真空度定量充氣真空閥門在真空系統(tǒng)中的作用開關(guān)氣路真空閥門的分類真空閥門的分類1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)隔膜閥真空球閥真空蝶閥插板閥擋板閥翻板閥電磁閥針閥超高真空閥玻璃真空活塞無油玻璃真空閥1.2真空閥門的幾種典型結(jié)構(gòu)隔膜閥電磁閥隔膜閥隔膜式真空閥是利用閥桿將彈性體薄膜緊壓在閥座上用來隔斷氣路。如圖3所示,轉(zhuǎn)動(dòng)手輪可帶動(dòng)閥桿上、下移動(dòng),使隔膜離開閥座打開閥門或使隔膜緊壓在閥座上關(guān)閉閥門。此種閥門如采用丁晴橡膠隔膜,適用于前級(jí)和預(yù)抽管道上及溫度為-25～80℃的非腐蝕性氣體。如采用氟橡膠隔膜,可用于高真空系統(tǒng),使用溫度范圍為-30～150℃。隔膜閥隔膜式真空閥是利用閥桿將彈性體薄膜緊壓在閥座上用來隔斷真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件真空球閥圖4所示是真空球閥的結(jié)構(gòu),該閥中的密封機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)狀彈性體緊壓于一個(gè)金屬球表面構(gòu)成。金屬球上有一個(gè)大穿孔,借助于手柄轉(zhuǎn)動(dòng)金屬球使穿孔改變方向,即可接通或切斷氣路。金屬球軸桿與閥體間的密封采用O形密封圈密封。真空球閥圖4所示是真空球閥的結(jié)構(gòu),該閥中的密封機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)環(huán)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)培訓(xùn)課件真空蝶閥蝶閥的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,如圖5所示。閥板的邊緣上嵌有O形密封圈,閥板靠螺栓固定在傳動(dòng)軸閥桿上,使閥桿帶動(dòng)閥板轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)閥板上的密封圈與閥體緊密接觸時(shí)即實(shí)現(xiàn)了閥門的關(guān)閉,從關(guān)閉位置、閥板再轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí),閥門即完全打開,該種閥門的主要優(yōu)點(diǎn)是體