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1、真空系统的设计计算东北大学《真空系统设计》之七真空系统的设计计算1.设计概述---真空系统的设计问题2.选泵和配泵2.1选主泵2.2配泵3.储气罐和维持泵4.真空系统的典型形式5.真空系统的结构设计6.真空系统操作规则7.真空系统设计算例21设计概述1.1真空系统设计的已知条件：在进行某个特定的真空系统设计时，通常把真空室做为已知的被抽容器。真空室的已知参数真空室容积；暴露在真空条件下的表面积（与材料和放气率有关）；真空室漏气率；真空室所要求的极限真空度、工作真空度和抽气时间（预抽时间和抽极限时间）等。真空室的气源情况真空室内的大气。
2、真空室内的表面放气，即表面解析气体，放气量与材料种类、温度、压强和抽气时间等因素有关。3真空室的漏气,即主要通过静密封和动密封泄漏的气体量,一般用压力增长率即升压率表示.耐火保温材料的放气,与材料种类和用量有关.工艺过程中被处理材料的放气，该放气量往往是真空排气系统的主要气体负荷，主要由如下过程产生：溶解在金属的气体直接排出。化学反应生成气体化合物排出。化合物分解产生的气体排出。为控制工艺而引入的气体也需要排出。真空室内材料放气的计算比较复杂，目前还不能精确计算，可以根据实验值近似计算。4真空室内的特殊要求有些工艺过程可能产生灰尘、金
3、属喷溅、爆炸性或腐蚀性气体、水蒸气等，所以，是否要求无油、无振动等都要特殊提出来。1.2真空系统设计的一般程序：真空室内总气体负荷的计算。确定真空室所需要的有效抽速。粗选主泵、粗配前级泵。根据要求选择阀门、捕集器等真空元件。绘制真空系统装配草图，确定各部分尺寸。精算真空系统，以验证设计目标得到满足。设计工程图。以上程序是真空系统设计的一般程序。51.3真空系统设计中应该注意的问题：真空元件相互联接时,应尽量作到抽气管路短,管道流导大,导管直径一般不小于泵口直径,这是系统设计的一条重要原则。但同时要考虑到安装和检修方便。有时为了防振和减
4、少噪音,允许机械泵设置在靠近真空室的泵房内。机械泵(包括罗茨泵)有振动,要防止振动波及整个系统,通常用软管减振。软管有金属和非金属的两种,不论采用那种软管要保证在大气压力作用下不被压瘪。真空系统建成后,应便于测量和检漏。为了迅速找到漏孔,要进行分段检漏,因此,每一个用阀门封闭的区间,至少要有一个测量点。6真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用方便,安全可靠。通常在一个蒸气流泵(扩散泵或油增压泵)作为主泵和一个机械泵作为前级泵的系统上,除了有前级管道(蒸气流泵串联机械泵的管道)外,还应有一个预抽管道(真空室直通机械泵的管道
5、)；在真空室和主泵之间设有高真空阀门(也称主阀),在前级管道上设有前级管道阀，在预真空管道上设置预抽管道阀(均称低真空阀)；机械泵入口管道上,应设一个放气阀门,防止机械泵停泵时返油。真空室上也要设置放气阀门,给便装料和取料时打开室门。7测量真空度的规管位置要避开带有水套的壳体，因为其焊接工艺性差，规管可以上下直立的设置在主泵的入口管道上，不要横放。真空系统的设计应保证排气稳定可靠,安装拆卸维修容易,操作方便,各元件间的连接有互换性.应努力做到自动控制和联锁保护以保证系统安全可靠。真空系统设计中要求做到节省能源,降低成本。82选泵与配泵
6、真空系统中,主泵决定了被抽容器的极限真空度和工作真空度;前级泵则在主泵出口处造成始终低于主泵临界前级压力的真空度;而所说的预抽泵是为了使被抽容器能从大气压很快的抽到主泵能够开启的工作压力而设置的,一般前级泵同时兼做预抽泵。2.1选主泵即选择主泵类型和确定主泵抽速大小2.1.1主泵类型的确定：确定主泵类型的依据:根据被抽容器所要求达到的极限真空度和工作真空度,一般选取主泵的极限真空度稍高于要求的极限真空度(如高半个数量级)。另外,每一种泵都有其最佳工作压强范围,应保证将被抽容器的工作真空度选在主泵的最佳抽速压强范围内。各种真空泵工作压强
7、范围见图11。910根据被抽气体的种类,每种气体所占的比例以及气体中所夹杂的灰尘情况来确定主泵的类型,为此,应了解各种真空泵性能及使用特点(P135)。根据初次投资和日常运转维护费用。当两种类型以上的泵都适合选用时,则要根据经济指标来确定主泵。在比较经济指标时,要从整套真空系统来考虑。如图12是油扩散泵、油增压泵、罗茨泵系统单位抽气速率(L/s)的价格与入口压强间的关系曲线。图13是单位抽气速率(L/s)的输入功率与入口压强的关系曲线。1112由图中的曲线可见,在1.33×10－1～13.3Pa的压强范围内,油增压泵为主泵的真空系统比
8、较经济,所需要的功率小。在压强低于1.33×10－1Pa的范围内,油扩散泵抽气系统比较经济。在压强高于13.3Pa的范围内,罗茨泵抽气系统比较经济。所以在选泵过程中应立足于即适用又经济。132.1.2主泵抽速大小的确定主
