真空系統(tǒng)的組成

真空系統(tǒng)的組成第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日12.1真空系統(tǒng)的形式真空系統(tǒng)是由真空容器和獲得真空、測(cè)量真空、控制真空等組件組成。一個(gè)較完善的真空系統(tǒng)由真空室、所需的真空泵或真空機(jī)組、真空測(cè)量裝置、連接導(dǎo)管、真空閥門(mén)、捕集器、其他真空元件及電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。，經(jīng)過(guò)精心組裝而成的。第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日真空系統(tǒng)的分類按工作壓力分：1、粗真空系統(tǒng)（工作壓力大于1330Pa）；2、低真空系統(tǒng)（工作壓力在1330~0.13Pa）；3、高真空系統(tǒng)（工作壓力在0.13~1.3×10-6Pa）；4、超高真空系統(tǒng)（工作壓力在1.3×10-6~1.3×10-10Pa）；5、極高真空系統(tǒng)（工作壓力低于1.3×10-10Pa）。按真空系統(tǒng)所要求的清潔程度分：1、有油真空系統(tǒng)（真空室有油蒸汽污染）；2、無(wú)油真空系統(tǒng)（真空室無(wú)油蒸汽污染）第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日12.2真空機(jī)組真空機(jī)組是將真空泵與相應(yīng)的真空元件按其性能要求組合起來(lái)構(gòu)成的油氣裝置。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。真空抽氣機(jī)組可以分為低真空抽氣機(jī)組、中真空機(jī)組、高真空機(jī)組、超高真空機(jī)組、無(wú)油真空機(jī)組等。真空機(jī)組的名稱以主泵命名。第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）低真空抽氣機(jī)組低真空抽氣機(jī)組的主要特點(diǎn)是工作壓力高、排氣量大，但油速比高真空機(jī)組低。多用于真空室的粗抽以及放氣量很大、工作壓力又高的真空輸送、真空浸漬、真空過(guò)濾、真空干燥、真空脫氣（鋼水處理）等裝置中。地真空抽氣機(jī)組的主泵常用往復(fù)式真空泵、油封式機(jī)械泵、干式機(jī)械泵、水噴射泵、水蒸汽噴射泵、水環(huán)泵，分子篩吸附泵、濕式羅茨泵等直排大氣真空泵，使用低真空抽氣機(jī)組，還需要根據(jù)被抽氣體清潔程度、濕度或其他特殊要求，配置必要的除塵器、水氣分離器，油水分離器、干燥阱的部件。第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日油封機(jī)械泵機(jī)組抽出可凝性氣體的措施油封機(jī)械泵機(jī)組不適于抽出含有大量水蒸氣的氣體。水蒸氣在壓縮過(guò)程中會(huì)凝結(jié)成水滴，并與泵油混合形成懸浮液，破壞泵的抽氣性能，使泵的真空度下降。一般采取的措施有：使用帶有氣鎮(zhèn)裝置的油封機(jī)械泵那個(gè)，并使泵的工作溫度控制在75~90℃之間，以減少氣鎮(zhèn)閥負(fù)擔(dān)；在機(jī)組中安裝水氣分離器或油水分離裝置，將混有水的機(jī)械泵油進(jìn)行處理，處理過(guò)的油再進(jìn)入泵中使用；使用各種干燥吸附劑做成補(bǔ)集阱吸收水蒸氣；使用各種冷凝器或冷阱，不僅能有效的吸附水蒸氣，同時(shí)還可阻擋機(jī)械泵向真空室的反流。第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日常用機(jī)組形式第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D為有擋油阱的低真空機(jī)組。雙擊水環(huán)泵和大氣噴射泵串聯(lián)組成的機(jī)組極限壓力1300Pa。工作時(shí)，先開(kāi)動(dòng)水環(huán)泵，以獲得大氣噴射泵所需的預(yù)壓力，使大氣噴射泵的進(jìn)氣口與出氣口之間有壓力差，大氣便通過(guò)噴射進(jìn)入泵內(nèi)形成高速運(yùn)動(dòng)氣流，將被抽氣體吸入，經(jīng)擴(kuò)壓器被水環(huán)泵排走。該機(jī)組適用于真空蒸發(fā)、真空濃縮、真空浸漬、真空干燥、真空冷凍等工藝過(guò)程第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）中真空抽氣機(jī)組中真空抽氣機(jī)組常用的主泵有油增壓泵、羅茨泵（機(jī)械增壓泵）等機(jī)組適用于需要大抽速和獲得真空的各種真空系統(tǒng)中。可廣泛用于鍍膜機(jī)、真空冶煉、真空熱處理、化工、醫(yī)療、‘電工、焊接等行業(yè)。第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（a）羅茨泵（機(jī)械增壓泵）+油封機(jī)械泵機(jī)組圖為以羅茨泵為主泵，油封機(jī)械泵為前級(jí)泵的中真空獲得設(shè)備，整套機(jī)組安置在一個(gè)機(jī)架上，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（b）羅茨泵+水環(huán)泵機(jī)組圖為羅茨泵+水環(huán)泵機(jī)組，他適合抽出含有大量水蒸氣的氣體，如真空濃縮、真空干燥，特備適宜于弱酸性氣體及含有少量細(xì)微粉塵氣體的抽除。第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（c）雙羅茨泵為主泵的中真空機(jī)組為了提高真空機(jī)組的抽氣性能，達(dá)到較低的極限壓力和改善在地入口壓力時(shí)的抽速特性及對(duì)大型真空機(jī)組配用較小規(guī)格的前級(jí)泵，可以組成由兩個(gè)羅茨泵串聯(lián)作為主泵的三級(jí)抽氣機(jī)組。如上兩圖所示第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日右圖為雙級(jí)羅茨泵和一級(jí)水環(huán)泵（水環(huán)泵的極限壓力p0=6700Pa）級(jí)氣鎮(zhèn)式油封機(jī)械泵聯(lián)合機(jī)組，極限壓力可達(dá)10-2Pa。當(dāng)需要大量抽除水蒸氣時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)7，用水環(huán)泵做粗抽泵和前級(jí)泵，當(dāng)水蒸氣分壓到300~1300Pa后，關(guān)閉閥5，打開(kāi)閥7，用氣鎮(zhèn)式油封機(jī)械泵聯(lián)合機(jī)組做前級(jí)泵。第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）高真空抽氣機(jī)組高真空抽氣機(jī)組工作于分子流狀態(tài)下，與低真空機(jī)組相比，其特點(diǎn)是工作壓力較低（10-2~10-6Pa）、排氣量小、抽速大、機(jī)組的主泵通常為擴(kuò)散泵、擴(kuò)散增壓泵、分子泵、鈦升華泵、低溫冷凝泵等。這些泵不能直接對(duì)大氣工作，因此需要配置與丑泵和前級(jí)泵，有些擴(kuò)散泵高真空抽氣機(jī)組還配有前幾維持泵或貯氣罐，以防止氣壓波動(dòng)，改善機(jī)組性能。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（1）預(yù)抽泵。預(yù)抽泵（初抽泵）主要用來(lái)抽出真空室內(nèi)的大量氣體，使真空室內(nèi)的氣體壓力由大氣壓力降到主泵能夠啟動(dòng)工作時(shí)的真空度，因此，要求預(yù)抽泵所達(dá)到的壓力小于主泵的啟動(dòng)工作壓力，機(jī)組所選用預(yù)抽泵的抽速大小由粗抽時(shí)間決定。為了提高真空機(jī)組的利用率，預(yù)抽泵可以兼做前級(jí)泵用，兩種不同抽氣功能直接靠真空閥門(mén)來(lái)分隔和切換。（2）維持泵。由于擴(kuò)散泵和油增壓泵啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，在周期性操作的真空設(shè)備中，當(dāng)真空室裝料和卸料的時(shí)候，往往為了縮短工作周期而不停止主泵，將高真空閥門(mén)和前幾級(jí)管道閥門(mén)關(guān)閉，使主泵仍處于工作狀態(tài)。由于閥門(mén)等總是有極少量的漏氣和表面放氣，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間主泵腔內(nèi)的壓強(qiáng)增加，超過(guò)泵工作液的最大允許壓強(qiáng)而使泵油蒸汽氧化。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一個(gè)辦法是用前級(jí)泵繼續(xù)抽出主泵中的氣體，但此時(shí)主泵內(nèi)排除的氣體量很小，出現(xiàn)前級(jí)泵大馬拉小馬，浪費(fèi)能量。為此可采用另一個(gè)辦法，停止前級(jí)泵工作，關(guān)閉前級(jí)泵管道閥門(mén)，在主泵出口處設(shè)置維持泵或貯氣罐，這樣就可以保證技能排除主泵內(nèi)的氣體，又可以節(jié)省能源消耗。貯氣罐不能做的很大，他只能用在以擴(kuò)散泵為主泵的小型真空機(jī)組上。而維持泵可用在配置大型主泵的真空機(jī)組中第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）貯氣罐。小型擴(kuò)散泵高真空抽氣機(jī)組通常配置有貯氣罐，設(shè)置在擴(kuò)散泵和前級(jí)泵之間，貯存擴(kuò)散泵排除的氣體，設(shè)置貯氣罐的原因有：1、系統(tǒng)防振的需要。2、為了縮短工作周期。3、為防止真空室內(nèi)瞬間時(shí)大量放氣影響擴(kuò)散泵正常工作。4、用于穩(wěn)定擴(kuò)散泵出口壓力。第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（4）超高真空抽氣機(jī)組超高真空抽氣機(jī)組工作在10-6~10-10Pa超高真空壓力范圍，除了要求真空室的材料出氣率很低、漏氣率很小、內(nèi)經(jīng)受200~450℃高溫烘烤外，對(duì)機(jī)組的要求還有：（1）主泵的極限真空要高，至少在10-6~10-8Pa以上；（2）在超高真空的工作壓力范圍內(nèi)主泵具有一定的抽速；（3）機(jī)組的主泵或主泵進(jìn)氣口以上部分能承受200~450℃的高溫烘烤；（4）來(lái)自主泵的返流氣體（包括工作液蒸汽及解析的氣體）的分壓力要足夠低；（5）對(duì)被抽氣體選擇性強(qiáng)的主泵，要配備足夠大的輔助泵；（6）機(jī)組主泵進(jìn)氣口以上的管道、閥門(mén)等部件，材料的選擇和蜜蜂要特別慎重。一般采用出氣率較低的不銹鋼和采用金屬密封材料，以耐高溫烘烤。第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日12.3典型真空系統(tǒng)1、粗真空系統(tǒng)用粗真空泵（如水蒸汽噴射或水環(huán)泵）直接從大氣壓下為真空室排氣，組成的真空系統(tǒng)極為粗真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的真空系統(tǒng)。第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日2、低真空系統(tǒng)用低真空泵（如油封式機(jī)械泵）給真空室排氣，即可組成低真空系統(tǒng)。第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、中真空系統(tǒng)中真空系統(tǒng)一般是有兩個(gè)以上的真空泵串聯(lián)組成的（1）油增壓泵串聯(lián)油封機(jī)械泵組成的真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作壓力范圍為1.33~1.33×10-1Pa。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，抽氣能力大，振動(dòng)小，工作穩(wěn)定可靠，維修方便。缺點(diǎn)是預(yù)抽時(shí)間比羅茨泵系統(tǒng)長(zhǎng)。（2）羅茨泵串聯(lián)油封機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作電壓范圍為1.33~1333Pa.優(yōu)點(diǎn)是抽氣能力大，啟動(dòng)快，預(yù)抽時(shí)間短。缺點(diǎn)是工作時(shí)噪聲較大。右圖為典型示意圖（3）羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵（中間泵），再串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。系統(tǒng)的工作壓力范圍為0.33~1333Pa.該系統(tǒng)不但具備了羅茨泵系統(tǒng)的特點(diǎn)，而且加寬了工作壓力范圍和最佳壓力縮比。（4）羅茨泵串聯(lián)水環(huán)泵的真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)適合于排除灰塵較多的應(yīng)用設(shè)備上。第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日4、高真空系統(tǒng)工作壓力范圍在1.33×10-2~1.33×10-3Pa。（1）擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。如右圖，此系統(tǒng)可獲得1.33×10-2~1.33×10-5Pa的真空度，一般用在工作時(shí)放氣量比較小的應(yīng)用設(shè)備上。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。缺點(diǎn)是系統(tǒng)啟動(dòng)慢，預(yù)抽時(shí)間長(zhǎng)。擴(kuò)散泵的油蒸汽容易返流到真空室中去。（2）擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵，在串聯(lián)油封機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)的預(yù)抽時(shí)間短，但啟動(dòng)較慢。（3）擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵（機(jī)械增壓泵），在串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。他的啟動(dòng)慢，但預(yù)抽氣時(shí)間短第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日5、超高真空系統(tǒng)（1）擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)械泵冷阱系統(tǒng)。右圖極少該真空系統(tǒng)。擴(kuò)散泵串聯(lián)來(lái)年各個(gè)液氮冷阱，而且真空室和冷阱能耐400~450℃的烘烤。在次溫度下，可以清楚真空室壁及阱壁上吸附的氣體及凝結(jié)的泵油。該系統(tǒng)一般可得到1.33×10-7Pa的極限真空度。第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（2）渦輪分子泵串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)。右圖為該系統(tǒng)。此系統(tǒng)不烘烤可獲得10-6Pa的真空度，烘烤后可達(dá)到10-8Pa。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是比較清潔，可構(gòu)成無(wú)油超高真空系統(tǒng)。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（3）濺射離子泵無(wú)油超高真空系統(tǒng)。右圖為該系統(tǒng)原理圖。以濺射離子泵為主泵，使用兩個(gè)分子篩做預(yù)抽泵，其中一個(gè)分子篩泵用來(lái)抽走真空室和濺射離子泵中的大氣壓下的氣體，另一個(gè)用來(lái)抽走烘烤機(jī)離子泵啟動(dòng)時(shí)放出來(lái)的氣體（4）低溫泵超高真空系統(tǒng)。用低溫泵作為主泵，并聯(lián)或串聯(lián)分子篩吸附泵（做預(yù)抽真空泵）。該系統(tǒng)也可以用機(jī)械泵作為預(yù)抽真空泵，但必須在油封機(jī)械泵的入口管路上設(shè)置油蒸汽捕集器第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（4）組合超高真空系統(tǒng)。對(duì)于默寫(xiě)有特殊要求的真空系統(tǒng)，如對(duì)于既要求得到超高真空或無(wú)油超高真空，有同時(shí)滿足粗抽需要及能應(yīng)付工藝過(guò)程中放出來(lái)的大量氣體這樣的系統(tǒng)，可采用組合式系統(tǒng)來(lái)滿足要求。原理如右圖。主泵為濺射離子泵，為了提高真空度及排走蒸發(fā)材料時(shí)產(chǎn)生的大量氣體，配有鈦升華泵。極限真空度可達(dá)6.67×10-7Pa。用分子篩泵做主泵的預(yù)抽泵。此外，系統(tǒng)還配有媳婦經(jīng)-機(jī)械泵粗抽系統(tǒng)，在壓力大于1333Pa時(shí)，機(jī)械泵不易返油，用機(jī)械泵直接抽真空室，壓力低于以后，機(jī)械泵阱吸附阱從旁路抽真空室第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日右圖為另一種形式組合的超高真空系統(tǒng)。該系統(tǒng)適合于鈉燈封接爐、等設(shè)備。系統(tǒng)的主泵為濺射離子泵-鈦升華泵組。真空室極限真空可達(dá)到5×10-7Pa。系統(tǒng)配有油擴(kuò)散泵-機(jī)械泵組成的機(jī)組，用來(lái)粗抽和作為主泵的預(yù)抽泵，同時(shí)能抽走工藝過(guò)程中放出來(lái)的大量氣體第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日12.4真空系統(tǒng)的基本操作規(guī)則（1）啟動(dòng)油封機(jī)械泵時(shí)，首先要保證轉(zhuǎn)自運(yùn)動(dòng)方向正確，而且油位合乎要求。（2）油封機(jī)械泵停止后，應(yīng)立即將機(jī)械泵入口通大氣，防止因壓差使泵腔內(nèi)的泵油進(jìn)入到系統(tǒng)中（3）不要用機(jī)械泵吧高真空室直接抽至低于13Pa的壓強(qiáng)，否則機(jī)械泵的油蒸汽會(huì)進(jìn)入發(fā)哦高真空室內(nèi)。因?yàn)樵趬簭?qiáng)低于13Pa時(shí)會(huì)出現(xiàn)分子流流態(tài)，有蒸汽分子將返流到真空室內(nèi)而造成污染。如果在機(jī)械泵與真空室之間設(shè)有冷凝捕集阱，則允許機(jī)械泵抽到13Pa一下的壓強(qiáng)，此時(shí)補(bǔ)集阱可防止油蒸汽返流進(jìn)入到真空室內(nèi)。（4）不要使油封機(jī)械泵在大氣壓強(qiáng)下或較高壓強(qiáng)下連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，否則點(diǎn)機(jī)會(huì)過(guò)熱，而且泵會(huì)出現(xiàn)噴出油霧現(xiàn)象。（5）在擴(kuò)散泵通大氣之前，應(yīng)將泵油冷卻到油的安全溫度，防止高溫下泵油出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。（6）蒸汽流泵在加熱之前，應(yīng)先供給冷卻水。該泵應(yīng)該配備熱保護(hù)繼電器，當(dāng)發(fā)生停水事件時(shí)，能立即使加熱器斷電，并關(guān)閉泵入口閥門(mén)防止泵液因溫度過(guò)高而惡化和返流污染真空室。第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日（7）由于在泵開(kāi)始工作和泵停止加熱階段，擴(kuò)散泵油返流特別厲害，因此在開(kāi)泵前和停泵前應(yīng)將擴(kuò)散泵入口閥門(mén)關(guān)閉，可以防止擴(kuò)散泵油返流回真空室去。（8）不要在壓強(qiáng)高于10-2Pa時(shí)給阱加入液氮，這樣導(dǎo)致凝結(jié)很多水汽。在使用前要把液氮阱的貯液罐中的所有水凝也都清除掉，以避免水凍結(jié)想阱的下部。當(dāng)達(dá)