真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

東北大學(xué)首期

《真空技術(shù)》

培訓(xùn)班系列教程之六工工點(diǎn)工果免設(shè)計(jì)主

講

人

：

王

繼

常東

北

大

學(xué)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程

之工

其采終之試上話(huà)計(jì)>

1

.

真

空

系

統(tǒng)

的

組

成>

2

.

真

空

技

術(shù)

基

本

方

程>

3

.

真

空

系

統(tǒng)

的

設(shè)

計(jì)

計(jì)

算>

4

.

氣體

流

動(dòng)

狀

態(tài)

的

判別>5.

流

導(dǎo)

的計(jì)算>6.抽氣時(shí)間的計(jì)算>

7

.

真

空

密

封真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)2東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真

采

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)容真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)3東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方1.1

真空系統(tǒng)的概念◆

什么是真空系統(tǒng)?用一句話(huà)來(lái)概括，真空系統(tǒng)就是用來(lái)獲得有特

定要求的真空度的抽氣系統(tǒng)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)4東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之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(mén)；

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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)5東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方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(mén)

將它與真空泵連接起來(lái)，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)(如圖1)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)6東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方1.4高真空系統(tǒng)圖1所示的最簡(jiǎn)單的真空系統(tǒng)只能獲得低真空度，當(dāng)需要獲得高的真空度時(shí)，需要添加高

真空泵。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(mén)，以便高真空

泵能單獨(dú)

保

持

真

空。如

果

所串聯(lián)的高

真空

泵

是

一個(gè)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)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)7東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)8東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)9東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六1

.

5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容◆

真

空

系

統(tǒng)

設(shè)

評(píng)的

理

在

商

備：

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；確定導(dǎo)管、閥門(mén)、捕集器、真空

測(cè)量元件等，進(jìn)行合理配置，最后劃出真空系統(tǒng)

裝配圖和零部件圖。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)10東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之2.

工

現(xiàn)

取

張

成

保

分

照◆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

的意義真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)11東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》

培訓(xùn)班系列教程之方2.1

真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)；測(cè)限真空度和有效描述真空系統(tǒng)的概限真室度是指在沒(méi)有外加負(fù)荷的情況下，經(jīng)過(guò)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

器的有數(shù)輔速是指

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(shuō)的流導(dǎo)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)12東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方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

。子來(lái)表示，即：式中

C—

/s;Q—

流經(jīng)管路的氣流量，Pa·m2/s;P1、P2—分別是管路的入口

壓力和出口壓力，Pa。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)13可以改寫(xiě)為：

(c)方程(a),(b),(c)

本質(zhì)上是同一個(gè)方程，在真空系統(tǒng)

設(shè)計(jì)中是一個(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(chēng)為真空技術(shù)基本方程?！羧绻肧e來(lái)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)，則有東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方2.3真空技術(shù)基本方程真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)14東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方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◆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)真空系統(tǒng)

對(duì)容器的有效抽速Se≈Sp。

這就是說(shuō)為了充分

發(fā)揮泵對(duì)容器的抽氣作用，在設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)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,

這就是說(shuō)，在這種情況下，選擇多大的泵都

沒(méi)有用，都不能提高泵對(duì)容器的有效抽速。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)15東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之馬

真

見(jiàn)

點(diǎn)色白幼

中◆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(wèn)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)則真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)16東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方3.1

選

主

泵選主泵要考慮兩個(gè)方面，

一是避搖重乘的類(lèi)型，二是確分定重密抽速的大

。3.1.1

主泵的類(lèi)型硒和定

發(fā)西型的的的被溫(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(jiàn)

圖11。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)17東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方101325

1333.22

13.331.33×1y21.43×1031.33×1031.38×10’1.33×10°

1.33×101真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖11

各種真空泵的工作壓強(qiáng)范圍18東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(2)根據(jù)被抽氣體的種類(lèi)，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(lèi)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(lái)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(lái)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(xiàn)。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(xiàn)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)19真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之1.

油擴(kuò)散泵

2

.羅茨泵3

.

油增壓泵圖

1

2整套抽氣系統(tǒng)每單位抽速(l/s)的價(jià)格與入口壓力

的關(guān)系曲線(xiàn)20東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆由兩個(gè)圖中的曲線(xiàn)可見(jiàn)，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(guò)

程中

應(yīng)

立

足

于即

適

用

又經(jīng)濟(jì)

。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)21東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方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Q=Q?

+

Qn+

Qf+

Qi

P

a

m

S式中Q一真空室中產(chǎn)生的總的氣流量；Q?

一工藝過(guò)程中被熔煉或被處理的材料放出

的氣流量，Pa-m3/s;Qn

一真空室內(nèi)所用耐火保溫材料的出氣流

量，Pa-m3/s;3真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)22東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之Q;一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(lái)的氣流量，

Pa-m3/s;Q?一真空室外大氣通過(guò)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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)23式中q?一被熔煉或被處理材料單位質(zhì)量的含氣量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，m

2/kg;G—

被熔煉或處理材料的總質(zhì)量，kg;

Pa一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，101325Pa;b一排氣程度，表示一次熔煉或處理所排出的氣體占總含氣量的百分比；東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之a(chǎn).Q,

的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)P

a

m24S3表3材料放氣的不均勻系數(shù)處理方法n

值電子束熔煉和自耗電極電弧熔煉電阻爐1.2真空感應(yīng)爐感應(yīng)加熱和熔煉時(shí)感應(yīng)精煉時(shí)2東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之n一材料在熔煉或處理時(shí)放氣的不均勻系數(shù)，

見(jiàn)表3;t一材料被熔煉或處理的時(shí)間，s。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)25東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方當(dāng)給出材料在熔煉或處理前后化學(xué)成分的變化

時(shí)用下式計(jì)算Q?=U×103(3.15C+1.35N+

18.91H)Pa·m3

S式中

v

一熔煉速度，kg/min;C

、N

、H一碳元素、氮無(wú)素和氫元素在熔

煉前后的減少量占原含量的百分比。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)26東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方b

.Qn

的

計(jì)

算某些真空設(shè)備的真空室內(nèi)要求加熱到較高

的溫度。真空室內(nèi)必須使用耐火保溫材料，如碳

氈、碳布、硅酸鋁纖維等材料，其放氣量的計(jì)算

Qn

=90V,P?式中，qn一耐火保溫材料單位體積放氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

下的

體

積

，m3/m3;V,

一所用耐火材料的體積，m3;Pa一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，Pa;t

一耐火保溫材料被加熱的時(shí)間，s。如下式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)P

a

·

m

3

S27東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之c.Qr

的計(jì)算暴露于真空下各種構(gòu)件材料表面的放氣流

量用下式計(jì)算Qr=

乙

qiiAi式中

qii

一第1種材料單位表面積的出氣速率，Pa-m3/(m2.s);一般用抽空一小時(shí)的放氣速率數(shù)據(jù)；A;一第i種材料暴露于真空條件下的表面積,m2。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)28東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方在利用式(38)計(jì)算真空室內(nèi)的總排氣流量時(shí)，對(duì)

于某一種確定的真空設(shè)備，要根據(jù)具體情況而定，如有的設(shè)備沒(méi)有用耐火保溫材料，則不必計(jì)算Qn

這一項(xiàng)。有些材料的放氣量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)處可查，

則可以采用與其相類(lèi)似材料的放氣量數(shù)據(jù)作為

代替。漏氣流量Q?

的計(jì)算用式(28)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)29東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之(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Q

Pa·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為真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)30東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(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(méi)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(wú)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S=KsSey

m3/s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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)31東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方主泵抽速S粗算出來(lái)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S。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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)32東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方3.2配泵◆主泵選定之后，重要的問(wèn)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。◆

前級(jí)率用時(shí)交方要面成畫(huà)而心點(diǎn)則(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(mǎn)足預(yù)抽時(shí)間的要求。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)33東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方所

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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)34東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

幾種典型主泵的配泵(1)油蒸氣流泵作為非深當(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(lái)

確定，見(jiàn)表4。表

4油蒸汽流泵薦用前級(jí)泵抽速油擴(kuò)散泵抽速，m3/s0,020.0750.180.280,81,43,45,4142235100薦用前級(jí)泵抽速，m3/s0.00050.0010,00250.0040.00950,0150,0450.060,150,240.35油增壓泵抽速，m3/s0,51248142540薦用前級(jí)泵抽速，m3/s0.030.030.060.150.30.61.23真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)35東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(2)幼于乘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S?=(2%~10%)S?S?一分子泵的抽速，m3/s;S?一前級(jí)

泵的

抽

速

，m3/s。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)式中3mS36東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(3)羅羰系作為主家羅茨泵作為主泵時(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

S?

一羅茨泵的抽速；S?一油封機(jī)械泵作為前級(jí)泵的抽速；Ss

一水環(huán)泵作前級(jí)泵的抽速。37真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之3.3儲(chǔ)氣罐和維持泵(1)作用：在前級(jí)泵停止工作時(shí)，保證能排出主泵內(nèi)的

氣體。(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(guò)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.儲(chǔ)氣罐：儲(chǔ)氣罐可用在大型主泵的系統(tǒng)上。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)38東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方3.4

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題(1)真空元件相互聯(lián)接時(shí)，應(yīng)盡量作到抽氣管路短，

管道流導(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，允

許機(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)，要防止振動(dòng)波及整個(gè)系統(tǒng)，通常用軟管減振。軟管有金屬和非金屬

的兩種，不論采用那種軟管要保證在大氣壓力作

用下不被壓癟。(3)真空系統(tǒng)建成后，應(yīng)便于測(cè)量和檢漏。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(mén)封閉的區(qū)間，至少要有一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)39東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(4)真空系統(tǒng)中配置的閥門(mén)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)上，除了有前級(jí)管道(蒸

氣流泵串聯(lián)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(mén)(也稱(chēng)主閥),

在前級(jí)管道上設(shè)有前級(jí)管道閥(也叫低真空閥);

在預(yù)真空管道上設(shè)置預(yù)真空管道閥(稱(chēng)低真空

閥)。機(jī)械泵入口管道上，應(yīng)設(shè)一個(gè)放氣閥門(mén)，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(mén)，給裝料和取料時(shí)用。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)40東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之(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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)413.5

真空

系

統(tǒng)

的

典

型

形

式3.5.1靜器系繞和物蕊系統(tǒng)靜

綜

真

定

系

統(tǒng)系統(tǒng)中沒(méi)有氣體流動(dòng)，系統(tǒng)

內(nèi)各部分的壓強(qiáng)相等，而且長(zhǎng)時(shí)間不變化。凡是

真空室或管道內(nèi)沒(méi)有放氣或漏氣的系統(tǒng)均屬靜

態(tài)真空系統(tǒng)。實(shí)際上，絕對(duì)的沒(méi)有放氣和漏氣的

情況是不存在的。但是在漏氣和放氣流量都非

常小的情況下，系統(tǒng)中幾乎沒(méi)有氣流就可以認(rèn)為

是靜態(tài)真空系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)真空素統(tǒng)：系統(tǒng)中有氣體流動(dòng)，系統(tǒng)中

各處壓強(qiáng)不等，系統(tǒng)的各截面有壓強(qiáng)降落。凡是

真空室或系統(tǒng)某處有放氣或漏氣的真空系統(tǒng)均

屬

此

類(lèi)

。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)42東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方3.5.2

真空系統(tǒng)分類(lèi)(1)按真室系統(tǒng)工作真室度的高低可分為低真空系

統(tǒng)、中真空系統(tǒng)、高真空系統(tǒng)和超高真空系統(tǒng)。(2)按真室系統(tǒng)工作的清潰程度可分為有油真空系

統(tǒng)(真空室有油蒸氣污染的)和無(wú)油真空系統(tǒng)(真空室無(wú)油蒸氣污染的)。(3)按真鑒素統(tǒng)的鋁構(gòu)描料可分為玻璃真空系統(tǒng)

(除了機(jī)械真空泵以外全由玻璃制成)和金屬真

空系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往把上述不同的分類(lèi)加以綜合，稱(chēng)為“大型動(dòng)態(tài)金屬高真空系統(tǒng)”、“無(wú)油超高真空系統(tǒng)”、“玻璃高真空系統(tǒng)”

等等。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)433

.

5

.

3地型們真形統(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。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。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)44東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

增通(主泵)串聯(lián)機(jī)械(前級(jí)泵)工作壓強(qiáng)范圍：1.33～1.33×101Pa。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

。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)45東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真

空

感

應(yīng)

熔

煉

爐真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)46東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

羅

炭

醉串

聯(lián)

初工作壓強(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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)47真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.滲碳室

2

.

除塵器3

.氣動(dòng)閥4

.羅茨泵

5.口徑可調(diào)閥

6

,

放

氣

閥

7.前

級(jí)

機(jī)

械

泵8.

小

機(jī)

械

泵圖14

離子滲碳及淬火爐的真空系統(tǒng)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之48東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)49東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之羅凝戀串聯(lián)小型羅蒸乘(中間泵),再串聯(lián)

照工作壓強(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)列真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)50東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)51東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

以油增屈乘和羅蕊乘為主泵，兩個(gè)泵出口串聯(lián)羅

凝乘，再串聯(lián)概械配工作壓強(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Ⅲ5為一

例真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)521.熔

煉

室

2

.

真

空

氣

動(dòng)

閥

3

.

羅

茨

泵(

主

泵

)

4

.

氣

動(dòng)

管

道

閥5.

中

間

羅

茨

泵

6

.

放

氣

閥

7

.前

級(jí)

機(jī)

械

泵

8

.

維

持

泵

9

.

油

增壓泵(主泵)圖

1

5

自耗電極電弧爐的真空系統(tǒng)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)53東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆除了上述幾種之外，還有油增質(zhì)需羅襲寐，

兩藏磨的真空系統(tǒng)，

以及羅器率用廉水

環(huán)察的真空系統(tǒng)，它適合于排出灰塵較多的應(yīng)用

設(shè)備上。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)54東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(3)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)◆出療一數(shù)

串

耳

聯(lián)

韌應(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)滑閥泵機(jī)組真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)55東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之?dāng)U散泵串聯(lián)滑閥泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)56東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆擴(kuò)數(shù)嚴(yán)串

聯(lián)油增虛架，再串聯(lián)架該系統(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?！?/p>

產(chǎn)散硬串聯(lián)羅

乘，再串聯(lián)柳系統(tǒng)起動(dòng)慢，但預(yù)抽氣時(shí)間短(因?yàn)橹虚g有羅茨

泵)。商真堂素統(tǒng)實(shí)例(圖16)和

一

個(gè)護(hù)散泵肆聯(lián)羅

淡

泵

和

滑閥

乘

機(jī)

組真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)571.

真

空

室

2

.

高

真

空

氣

動(dòng)

閥

3

.

擴(kuò)

散

泵

4

.

管

道

閥

5

.

羅

茨泵

6

.放氣閥

7.

前

級(jí)

機(jī)

械

泵

8

.維持泵圖

1

6

采

用

擴(kuò)

散

泵

的

高

真

空

系

統(tǒng)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)58真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)59東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(4)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。兒

種

地

以

超

需

工

空

無(wú)

統(tǒng)◆用崩散泵和鈦霏并聯(lián)為主泵，擴(kuò)散泵單獨(dú)串聯(lián)前

級(jí)額減可以達(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)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)60東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.封

接

室

2

.

超

高

真

空

閥

3

.

超

高

真

空

擴(kuò)

散

泵

4

.

超

高

真

空閥

5

.

放

氣

閥

6

.

機(jī)

械

泵

7

.

鈦

升

華

泵

g.

前

級(jí)

管

道閥圖

1

7

鈉

燈

封

接

用

的

超

高

真

空

系

統(tǒng)61東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆產(chǎn)旋要串聯(lián)(中間泵),再串聯(lián)需該系統(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真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)62東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

18超

高

真

空

系

統(tǒng)63東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

主泵為分于驃串聯(lián)機(jī)械察由于機(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(wú)油超高真空系統(tǒng)，

該

系

統(tǒng)比

較

清

潔

。◆

和

發(fā)躺離行乘做為主泵，并聯(lián)或串聯(lián)篩

吸簡(jiǎn)

(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(wú)油超高真空系統(tǒng)圖19為一實(shí)例真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)641.濺

射

離

子

泵

2

.

鈦

升

華

器

3

.B-A規(guī)

接

口

4

.

超

高

真

空

閥5.中

真

空

規(guī)

接

口

6

,

放

氣

閥

7

.

低

真

空

閥

8

.

吸

附

泵圖19

超高真空系統(tǒng)簡(jiǎn)圖65東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆用低溫泵做為主泵，串聯(lián)或并聯(lián)于篩吸附泵(預(yù)真空泵),構(gòu)成無(wú)油超高真空系統(tǒng)。同樣也可

以用柳械醒做為預(yù)真空泵，在機(jī)械泵入口管道上

設(shè)

置

油

蒸

氣

捕

集

器

。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)66東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(5)真空機(jī)組a.真空機(jī)組是不帶真空室的排氣系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊

占地面積小，

目前國(guó)產(chǎn)機(jī)組有油擴(kuò)散泵機(jī)組，油

增壓泵機(jī)組和羅茨泵機(jī)組。機(jī)組名稱(chēng)以主泵命名

。b.幾種真空機(jī)組◆而意河真和業(yè)組工作真空度：6.67×10-2～1.33×10-3Pa

極限真空度：1.33×104Pa組成元件：油擴(kuò)散泵、機(jī)械泵、高真空閥門(mén)、捕

集器

儲(chǔ)氣罐、低真空截止閥、放氣

閥及管道，還有電氣控制盤(pán)，水壓繼電

器等元件組成的，見(jiàn)圖20所示。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)67.三通

閥4

.前

級(jí)

真

空

測(cè)

量

規(guī)

管

接

口7.儲(chǔ)

氣

罐

8

.

擴(kuò)

散

泵

9

.

電

磁

閥

1

0

.擴(kuò)散泵真空機(jī)組外型圖東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方1.

蝶

閥

2

.

充

氣

閥

35.橡膠管6

.

擋

油

器機(jī)械泵圖

2

0真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)O68東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆中制真空

增壓要機(jī)細(xì)工作真空度：1.33～1.33×10-1Pa極限真空度：1

.

33×10-2Pa組成元件：油增壓泵、真空閥門(mén)、捕集器、低真空截止閥、放氣閥、管道，以及電氣控制盤(pán)，水壓繼電器等元件組成。◆聲真

簽

羅工作真空度：1.33～1.33×103Pa極限真空度：1.33×10-1Pa組成元件：與油增壓泵機(jī)組相同。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)69東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方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?！粼撛獞?hù)中嚴(yán)應(yīng)應(yīng)

意，面的間是(1)選擇結(jié)構(gòu)材料應(yīng)盡量用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的無(wú)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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)70東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)71東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(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)到盡寸和粗糙度要求，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(zhuān)門(mén)采用水冷

結(jié)構(gòu)加以保護(hù)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)72東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(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。壁厚已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)盡寸，

當(dāng)然也可以計(jì)算。(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(mǎn)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)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)73東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(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)?/p>

每

一

個(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)?！粢?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)?！粢?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。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)74東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(10)真空室殼體上的水套結(jié)構(gòu)，要保證水流暢通無(wú)

阻。更

不能出

現(xiàn)

死

水

造

成

局

部

過(guò)

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(xiàn)流動(dòng)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)75東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之課

程

結(jié)

束謝

謝真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)76東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》

培訓(xùn)班系列教程之4,氣體流動(dòng)狀密的判別◆4.1氣體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)流導(dǎo)的影響◆4.2氣體流動(dòng)狀態(tài)的分類(lèi)◆4.3湍流、湍—粘滯流、粘滯流之間的判別

式◆

4.4粘滯流、

粘滯—分子流和分子流之間

的

判

別

式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)77東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方4.1

氣體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)流導(dǎo)的影響氣體在管道中的流動(dòng)狀態(tài)不同，管道的流導(dǎo)也不一樣，也就是說(shuō)，管道對(duì)氣體的流導(dǎo)不僅取決于管道的幾何形狀和尺寸，還與管道中流動(dòng)的氣

體種類(lèi)和溫度有關(guān)，在有的流動(dòng)狀態(tài)下還取決于

管道中氣體的平均壓力。所以在計(jì)算管道對(duì)氣

體的流導(dǎo)時(shí)，首先必須判明管道中的氣流是哪一

種

流

動(dòng)

狀

態(tài)

.真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)78東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方4

.

2

氣

體

流

動(dòng)

狀

態(tài)

的

分

類(lèi)◆在真空狀態(tài)下，氣體通過(guò)管道的流動(dòng)屬于稀薄氣

體流動(dòng)。在真空系統(tǒng)管路中的氣流有五種流動(dòng)狀態(tài)：

流必稱(chēng)需流，

蕩

需

一元

金濃層他出

出

一流分子湯(必稱(chēng)自曲分市流，貢繞森流。湍—粘滯流是湍流和粘滯流之間的過(guò)渡狀態(tài)。粘滯—分子流是粘滯流和分子流之間的過(guò)渡狀態(tài)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)79東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之4.3

湍流、湍

—

粘滯流、粘滯流之間的判別

式◆對(duì)于室溫20℃空氣、湍流、湍—粘滯流、粘滯

流之間的判別式是@E26GOD

物出范@1450D

物后濃指遠(yuǎn)5@D=O=2660D

為深帶一宣

流式

中Q

—通過(guò)管道的氣體流量，Pa-m2/s;

D—

管道的內(nèi)徑，m.真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)80西骨至

而氣水m0一月級(jí)

為形分干流6.65x10Ean≤DF≤0.665Fan

為

粘分子流式

中

D

—

管道的內(nèi)徑，m;P—

管道中氣體的平均壓

強(qiáng)

，Pa。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方4.4

粘

滯

流

、

粘

滯

—分

子

流

和

分

子

流

之

間

的

判

別

式◆對(duì)于室溫20℃空氣，粘滯流、粘滯

—

分子流和分

子流之間的判別式是硒

溶

層

后

度

0真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)為

液告流81東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之3.流

子

的

計(jì)

算◆5.1

流導(dǎo)

和

流

導(dǎo)

幾

率5

.

1

.

1流導(dǎo)5

.

1

.

2流導(dǎo)幾率◆5.2流導(dǎo)的計(jì)算5.2.1

粘滯流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算5.2.2分子流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)82東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之5.2.3粘滯—分子流時(shí)，圓管對(duì)于室溫空

氣

的流導(dǎo)

的計(jì)算5.2.4管路元件串、并聯(lián)時(shí)，流導(dǎo)的計(jì)算5.2.4.1

串聯(lián)管路的流導(dǎo)5.2.4.2

并

聯(lián)

管

路

的

流

導(dǎo)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)83東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方5.1

流導(dǎo)和流導(dǎo)幾率5.1.1

流

導(dǎo)◆流導(dǎo)的定義：在單位壓差下，流經(jīng)管路元件氣流

量的大小被稱(chēng)為流導(dǎo)?！?/p>

流導(dǎo)的定義式：Q

一氣流量，單位Pa-m3/s;P?-P2

一管路壓強(qiáng)差，單位Pa;C

一流導(dǎo)，單位m3/s。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)84東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆流導(dǎo)的意義：流導(dǎo)的大小說(shuō)明在管路元件兩端

的壓強(qiáng)差P1-P2

一定的條件下流經(jīng)管路元件的

氣流量的多少。當(dāng)壓差P1-P2一定時(shí)，流導(dǎo)C

的

值較大，那么流經(jīng)管路元件的氣流量Q的值就較

大；反之流導(dǎo)C

的值小，則流經(jīng)元件的氣流量Q

就小。所以作為真空系統(tǒng)管路元件，不管是導(dǎo)管、

還是閥門(mén)、捕集器、除塵器等，都希望它的流導(dǎo)值盡可能大一些，使氣流能順利地通過(guò)。因此，

流導(dǎo)

是

真空

系

統(tǒng)

管

路

元

件

的

一

個(gè)

重

要

參

數(shù)。

在

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算中，要計(jì)算管路元件以及某段

真空系統(tǒng)管路的流導(dǎo)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)85東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方5.1.2

流導(dǎo)幾率◆流導(dǎo)幾率的定義：流導(dǎo)幾率也稱(chēng)為傳輸幾率，其物理意

義是氣體分子從元件的入口入射進(jìn)入元件能從管路元

件的出口逸出的概率。在分子流狀態(tài)下，利用流導(dǎo)幾率來(lái)表征真空系統(tǒng)管路元件對(duì)氣體的導(dǎo)通性能更直觀(guān)，更

本質(zhì)。◆流導(dǎo)幾率的定義式：

(a)則

C=Cm·p,

(b)式中pr—流導(dǎo)幾率；

C—管路元件的流導(dǎo)；Ck—

管路元件入口孔的流導(dǎo)。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)86東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方5

.

2流導(dǎo)的計(jì)算在真空系統(tǒng)中，連接管道通常采用的是圓截

面管道，被抽氣體又多為室溫下的空氣，因此這里只簡(jiǎn)要介紹圓孔和圓截面管道對(duì)室溫空氣的流導(dǎo)。5.2.1

粘滯流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算◆

5.2.1.1

薄壁孔粘滯流時(shí)氣體流經(jīng)薄壁孔，如圖4所示，當(dāng)P1>P2

時(shí)，氣體從空間流向空間。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)

P1不變時(shí)，隨P2下降，通過(guò)孔口的流速和流量都

增加，但當(dāng)P下降到某一值時(shí)，它們都不再隨P2下

降

而

增

加

。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)87ⅡIP2T>1東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之圖4

粘滯流時(shí)氣體流經(jīng)薄壁孔真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)88東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆對(duì)于室溫空氣，面積為Am?的薄壁孔的流導(dǎo)為：≥0.525時(shí)，C-766r*~*√

1-*,,m式中

r

為孔口兩側(cè)的壓強(qiáng)比，r=P?/P?,

其中P?>

P?;A為薄壁孔的面積，m2。?<0525時(shí)，r<0.1

時(shí)

，

Cw

≈200A真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)2

Sm

389O≥0525m,C-002

-=,r<0.式中，D

為圓形薄壁孔的直徑，m。1217東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆對(duì)于室溫空氣，圓形薄壁孔的流導(dǎo)為：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)90東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆5.2.1.2不考慮管口影響時(shí)，圓管的流導(dǎo)當(dāng)管道的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，管口對(duì)氣流的影響。

在工程計(jì)算中，通常把管道的軸線(xiàn)長(zhǎng)度L與管道

直徑D

的比值

L/D≥20的管道視為“長(zhǎng)管”,其

實(shí)質(zhì)是可以不考慮管口的影響進(jìn)行計(jì)算。設(shè)圓

管的軸線(xiàn)長(zhǎng)度為L(zhǎng)m,

直徑為Dm,

則其粘滯流條件下對(duì)于室溫空氣的流導(dǎo)為：C-134×10

m2/s式中p是管道中氣體的平均壓強(qiáng)，Pa。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)91◆5.2.1.2考慮管口影響時(shí)，圓管的流導(dǎo)在粘滯流條件下，氣流從大容積進(jìn)入管口，

在管口處受到影響，這種影響破壞了粘滯流的應(yīng)

有秩序，使管道的流導(dǎo)減小，這種影響常稱(chēng)為管口效應(yīng)。在工程計(jì)算中，

一般認(rèn)為管道的長(zhǎng)徑比

L/D<20

時(shí)，管口效應(yīng)的影響在進(jìn)行計(jì)算中不能

忽略，這就是所說(shuō)的“短管”對(duì)于室溫空氣，考慮管口影響時(shí)，管道的流

導(dǎo)用下式計(jì)算：Cw

=1.34×102

L+2.96

?0P-2Q

m2/s式

中

L和D分別為管道的長(zhǎng)度和直徑，m;p

是

管道中氣流的平均壓強(qiáng)，Pa;Q是管道中的氣流量Pa·m2/s

·東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)92東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之5.2.2分子流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算◆

5.2.2.1

薄壁孔分子流時(shí)，對(duì)于室溫空氣，面積為A

m2的薄

壁孔的流導(dǎo)用下式計(jì)算：Cm=116A對(duì)于直徑為D

m的圓孔：Cm

=91D2真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)m

3

S93式中，,是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率；B

為管道橫截面

周長(zhǎng)；A

為管道橫截面面積；L

為管道長(zhǎng)度；K

為管道斷面

形狀修正系數(shù)，K

值的大小由實(shí)驗(yàn)確定。由式(15)導(dǎo)出的圓管的流導(dǎo)為

(16)式中

L和D分別為圓管的長(zhǎng)度和直徑，m。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆5.2.2.2不考慮管口影響時(shí)，圓管的流導(dǎo)不考慮管口影響時(shí)，在分子流條件下，任意截面形狀

管道的流道計(jì)算式可由克努森流導(dǎo)積分公式導(dǎo)出真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)(15)94東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆5.2.2.3不考慮管口影響時(shí)，圓錐形管的流導(dǎo)式中D?為錐管大端直徑，m;D?為小端直徑，m;L

為

錐管軸線(xiàn)長(zhǎng)度，m。對(duì)于圖5所示的截

圓錐形管道，其分子流

流導(dǎo)的計(jì)算式為真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖5截圓錐形管道95東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆5.2.2.4考慮管口影響時(shí)，圓管的流導(dǎo)設(shè)圓管的長(zhǎng)度為L(zhǎng),半徑為R,直徑為D=2R。

在分子流條件下，考慮管口影響時(shí)，圓管的流導(dǎo)幾率p,如下：L/R≤1.5

時(shí)，20+8L/R>1.5

時(shí)，p,20+10分+臺(tái)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)96L/R=13m

L/R>1.5時(shí)，Cμ=91D2

20+16分20*2

分·1]東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之因此，當(dāng)考慮管口影響時(shí)，圓管對(duì)于室溫空

氣的流導(dǎo)計(jì)算式為：真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)S9732東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆

5.2.2.5

真空閥門(mén)的分子流流導(dǎo)對(duì)于真空閥門(mén)的分子流流導(dǎo)計(jì)算可用下式：Cr=

Cfk·pr

m2/s式中Cm一閥門(mén)入口孔的分子流流導(dǎo)，m3/s;Pe一是閥門(mén)的流導(dǎo)幾率。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)98東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

5.2.2.6常用水冷障板的流導(dǎo)水冷障板的分子流流導(dǎo)的計(jì)算可用兩種方法。一種是利用“比流導(dǎo)”的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，“比流導(dǎo)”指的是捕集器入口單位面積上的

流導(dǎo)，利用“比流導(dǎo)”數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可用下式：式中Cs是捕集器的比流導(dǎo)，m2/m2.s;其數(shù)值可

查有關(guān)資料；A

是捕集器的入口面積，m?。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)Cf=3mCs·AS99若冷凝劑用的是干冰(固體CO2),取1=1.2;若是液氮，則取1=1.7。第二種方法是用流導(dǎo)幾率進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于很多種結(jié)構(gòu)形式的捕集器，其流導(dǎo)幾率值已有資料給出，

因而利用式(8)可方便地進(jìn)行計(jì)算。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方若捕集器不是用水冷卻，而是用其它冷劑，則式

(20)要引入一個(gè)溫度影響系數(shù)1。Cf=

Cs·A/真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)3

mS100東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方5.2.3

粘滯—分子流時(shí)，圓管對(duì)于室溫空氣的

流

導(dǎo)

計(jì)

算◆粘滯—分子流時(shí)，圓管對(duì)于室溫空氣的流導(dǎo)計(jì)算

式是真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)m3/s3S3m101S東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之在式(21)和(22)中，D

是管道直徑，m;L

是管道長(zhǎng)度，m;P

中氣體平均壓強(qiáng)，Pa;函數(shù)J=f(D

P)的數(shù)值1。道DP(Pa·m)0.010.020.030.040.050.10.20.30.40.50.6J0.981.071.171.281.391.953.084.215.356.487.61真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)表1J=f(DF)數(shù)值表102東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方5.2.4管路元件串、并聯(lián)時(shí)，流導(dǎo)的計(jì)算◆

5.2.4.1串聯(lián)管路的流導(dǎo)圖6所示的一段管路，是導(dǎo)管、閥門(mén)、捕集器三

個(gè)元件串聯(lián)。若C1、C2、C?分別是這三個(gè)元

件的流導(dǎo)，則它們串聯(lián)之后的整段管路的流導(dǎo)為1.

導(dǎo)管

2.閥門(mén)

3

.捕集器圖

6

串聯(lián)管道示意圖103真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)式中C;是

第i個(gè)元件的流導(dǎo)。可見(jiàn)管路元

件串

聯(lián)

之

后，

整

個(gè)管

路的

流

導(dǎo)

等

于

各

元

件

流導(dǎo)的倒數(shù)的代數(shù)和的倒數(shù)。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆n個(gè)管道元件串聯(lián)后整個(gè)管路的流導(dǎo)為真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)104東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆

5.2.4.2并聯(lián)管路的流導(dǎo)圖7所示的整段管路是三條導(dǎo)管的并聯(lián)，若

C?

、C?

、C?

分別是這三條導(dǎo)管的流導(dǎo)，則并聯(lián)

后組成的整段管路的流導(dǎo)C為C=

C?+

C?+C?2C?圖7并聯(lián)管道示意圖真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)105東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆如果有n條管路并聯(lián)組成一段管路，則并聯(lián)

之后整段管路的流導(dǎo)為nC=

C?+C?+.

+

Cn

=i

=式中C;是第1個(gè)管道的流導(dǎo)?？梢?jiàn)并聯(lián)管

路的

流導(dǎo)

等

于

各

并

聯(lián)

元

件

流

導(dǎo)

的

代

數(shù)

和

。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)106東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之氣

幼

七◆6.1

真空系統(tǒng)的抽氣方程◆6.2低真空抽氣時(shí)間的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)107東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方6.1

真空系統(tǒng)的抽氣方程6.1.1

真空室內(nèi)的氣體來(lái)源(1)被抽容器內(nèi)原有的空間大氣。若容器的容

積為Vm2,

抽氣初始?jí)簭?qiáng)為Po

Pa,則容器內(nèi)原有

的大氣量為VPoPa-m3;(2)被抽容器被抽空后各種材料的放氣。單位時(shí)

間內(nèi)的放氣流量可以用QrPa·m2/s來(lái)示；實(shí)驗(yàn)表明，材料表面單位時(shí)間內(nèi)單位表面積的放

氣率q可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算9

=

q?f?

十

qo

Pa·m3/(m2·s)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)108東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方式中

q?

是抽空1h后放氣速率，Pa-m2/(m2.s);qo

是抽空時(shí)

間無(wú)限長(zhǎng)之后材料表面的放氣速率，Pa·m2/(m2·s);t是抽

空時(shí)間，h;β是與材料的種類(lèi)及其預(yù)處理狀況有關(guān)的放氣時(shí)間指數(shù)。β值在0.5～2之間變化。真空室內(nèi)暴露于真空下的構(gòu)件表面，可能有多種材料，所以總的表面放氣流量Qr為：Qf=

≥A,i

q1

f?i

十

Q?

P

a

·

m

3

S式中，A;是第i種材料暴露在真空下的表面積，m2;q?;是第1

種材料在抽空1h后的表面放氣速率，Pa·m2/(m2·s);β;

是第

i種材料的放氣時(shí)間指數(shù)；Qo是抽氣時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)后總的放

氣

流

量

，Pa-m2/s;t是

抽

空

時(shí)間

，h。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)109東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》

培訓(xùn)班系列教程之(3)大氣通過(guò)容器壁結(jié)構(gòu)材料向真空室內(nèi)滲透的氣

體流量，以Q

、Pa-m2/s

表

示

。(4)液體或固體蒸發(fā)的氣體流量Q,Pa-m2/s。(5)大氣通過(guò)各種真空密封的連接處，通過(guò)各種漏

隙通道泄漏進(jìn)入真空室的漏氣流量QPa-m2/s真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)110東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆

6.1.2真空系統(tǒng)的抽氣方程當(dāng)真空泵啟動(dòng)之后，真空系統(tǒng)即對(duì)被抽容器抽氣。

此時(shí)，真空系統(tǒng)對(duì)容器的有效抽速若以Se表示，容器中的壓力以P表示，則單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所排

出

的氣

體

流

量

即

是SeP。容

器

中

的

壓

強(qiáng)

變

化

率為dP/dt,容器內(nèi)的氣體減少量即是VdP/dt。

根據(jù)動(dòng)態(tài)平衡，可列出如下方程：v

d=-S*P

+

Qf+

Qs+

Q?+這個(gè)方程稱(chēng)為真空系統(tǒng)抽氣方程。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)111東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆式中V

是被抽容器的容積，由于隨著抽氣時(shí)間t的

增長(zhǎng)，容器內(nèi)的壓力P降低，所以容器內(nèi)的壓強(qiáng)變

化率dP/dt是個(gè)負(fù)值。因而VdP/dt是個(gè)負(fù)值，這表

示容器內(nèi)的氣體減少量。放氣流量Q,

滲透氣流

量Q,,蒸發(fā)的氣流量Q,和漏氣流量Q?都是使容器內(nèi)氣體量增多的氣流量。S.P則是真空系統(tǒng)將容器內(nèi)氣體抽出的氣流量，所以方程中記為-S?P。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)112東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方6

.

2低真空抽氣時(shí)間的計(jì)算低真空階段抽氣可分為近似常抽速和變抽速兩

種

情

況

來(lái)

分

別

考

慮

?！?.2.1近似常抽速時(shí)，抽氣時(shí)間的計(jì)算油封機(jī)械泵在大氣壓到102Pa范圍內(nèi)抽速近似為常抽速。抽氣方程為真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)113東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆(1)不考慮管道影響和漏放氣時(shí)抽氣時(shí)間的計(jì)算

假定真空泵的入口直接連到容器出口上進(jìn)行抽空，如圖8所示，則可以不考慮管道影響和漏真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)放氣。114東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆則可得抽氣時(shí)間計(jì)算的最基本的公式1-￥Im。V是容器的容積，m3;Sp是真空泵的抽速，m2/s;P?

是抽氣開(kāi)始時(shí)容器內(nèi)的壓強(qiáng)，Pa;P是抽氣終了時(shí)

容器內(nèi)的壓強(qiáng)，Pa;t是將容器內(nèi)的壓強(qiáng)從P?降

低

到P的抽空時(shí)間，s。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)115東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆(2)不考慮管道影響而考慮漏放氣時(shí)抽氣時(shí)間

的計(jì)算t-￥imF式中P.是真空系統(tǒng)所能達(dá)到的極限真空度，Pa;

其余符號(hào)的意義同前。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)116東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之◆(3)考慮管道影響和漏放氣時(shí)，抽氣時(shí)間的計(jì)算式中S。是真空泵對(duì)容器的有效抽速，m2/s;其余符

號(hào)的意義同前。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)117東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆6.2.2變抽速時(shí)抽氣時(shí)間的計(jì)算大多數(shù)真空泵的抽速都隨其入口壓強(qiáng)的變化而變化，尤

其是機(jī)械真空泵，當(dāng)其入口壓強(qiáng)低于10Pa時(shí)，泵的抽速隨

其入口壓強(qiáng)的變化更為顯著。圖9是某些真空泵的抽速

特性曲線(xiàn)示意圖。P

作a)2X

一雙級(jí)旋片泵H一滑閥泵γz

一余擺線(xiàn)真空泵

zPB—

水

蒸汽噴射泵(

5

級(jí)

)

ZJ一羅茨泵

z一油增壓泵

k一擴(kuò)散泵

s—

鈦升華泵圖

9各種泵的特性曲線(xiàn)示意圖真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)118東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(1)分段計(jì)算法在一般情況下，計(jì)算變抽速時(shí)的抽氣時(shí)間需要首先

知道泵的抽速與其入口壓強(qiáng)的關(guān)系。如圖10所示。假

定需要求容器內(nèi)的壓力由Po降低到P的抽氣時(shí)間，則可以

將P?

到P這個(gè)壓強(qiáng)區(qū)段分成n段。段數(shù)愈多，計(jì)算的抽氣

時(shí)間愈接近變抽速的實(shí)際。設(shè)相應(yīng)每段的抽氣時(shí)間為

t?,t?,…t.…tn,取每段的平均抽速為S?,S?…S,,…Sm

用相應(yīng)

的公式進(jìn)行各個(gè)壓力區(qū)段的抽氣時(shí)間計(jì)算，然后求其代

數(shù)和即得總的抽氣時(shí)間t。12·

·

·

+

tn=真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)t=

t?+

t?+i=

1t;119東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方(2)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法油封機(jī)械真空泵的實(shí)際抽速S隨其入口壓強(qiáng)的

降低而降低。研究其抽速特性曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際

抽速S與其名義抽速Sp的近似關(guān)系是：式中系數(shù)K在不同壓力區(qū)間的取值如表2。表

2

系數(shù)

k

的值入口壓力P[Pa]10?-10?10?-103103-102102-1010-1K11,251,524真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)120東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之因此抽氣時(shí)間的計(jì)算可用下式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)121東業(yè)大學(xué)首期

《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方算

密

時(shí)◆7.1

概述◆7.2靜密封7.2.1

永久密封連接7

.

2

.

2

可

拆

密

封

連

接7.2.3

“O”形密封圈的密封力計(jì)算7

.

2

.

4

墊

圈

密

封

的

機(jī)

理◆

7.3

動(dòng)密封7.3.1

接觸密封連接7.3.2

非接觸密封連接7.

3.3

軟

件

變

形

密

封

連

接真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)122東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方7.1

概述◆真空密封的意義真空系統(tǒng)是由真空泵、閥門(mén)、撲集器、導(dǎo)管等

各

種元

件

通

過(guò)

不同的

連

接

形

式

組

成的，

各

式

各

樣的零件要用不同的密封方法連接在一起，這些密封方法既要保證零件的可靠連接又要防止通

過(guò)接頭發(fā)生漏氣，保證真空系統(tǒng)的密封質(zhì)量。◆根據(jù)被連接件的相互關(guān)系，可以將真空密封分為兩大類(lèi)：靜密封連接和動(dòng)密封連接。密封種類(lèi)的進(jìn)一步劃分見(jiàn)圖1。真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)123東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之真空密封連接橡膠軟件密封連接隔板密封磁連接分子運(yùn)動(dòng)密封連接減壓密封連接液體密封連接氣

塑

料

密

封

連

接橡膠圈密封連接觀(guān)察窗密封連接電輸入密封連接管接頭密封連接法蘭密封連接動(dòng)密封連接非接觸密封連接

軟件變形密封連接靜密封連接可拆密封連接焊接永久密封連接封接真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖1

真空密封連接的分類(lèi)金屬軟件密封連接接觸密封連接1247

.

2

靜

密

封7.2.1

永

久

密

封

連

接◆永久密封連接用于不需經(jīng)常拆卸的密封連接處，

用這種方法可以保證最好的密封和機(jī)械強(qiáng)度。7.2.1.1

玻璃與玻璃的封接◆玻璃封接需要注意的是被封接玻璃之間的熱膨

脹系數(shù)要相近，線(xiàn)膨脹系數(shù)之差不大于7×10-7/℃。7.2.1.2玻璃與金屬封接◆最常見(jiàn)到的玻璃與金屬的封接是電極引線(xiàn)，以

及管道狀的玻璃與金屬的封接。東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)125東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之方◆必心摩建

準(zhǔn)

封

和

必

健

密a.匹醒需割：匹配封接指的是膨脹系數(shù)相近的玻璃和金屬之間的封接，封接處內(nèi)應(yīng)力

?。籦.

匹密題：非匹配封接指的是膨脹系數(shù)相差較大的玻璃和金屬之間的封接，封接處

內(nèi)應(yīng)力大，為了消除玻璃與金屬膨脹

系數(shù)相差較大而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，

一般

多采用延展性好的薄壁金屬管與玻

璃封接，靠金屬的塑性變形來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力.真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)126東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之非匹配封接分為外封接(玻璃僅熔接在金屬管

壁外側(cè)),內(nèi)封接(玻璃僅熔接在金屬管壁內(nèi)側(cè))和雙邊封接(玻璃從內(nèi)、外二側(cè)包住金屬管壁)三種。圖2為雙邊密封。圖2

金屬管與玻璃管的非匹配封接(雙邊封接)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)金屬管玻璃管127焊接方法無(wú)壓焊接方法

加壓焊接方法氣焊

電弧焊

電子束焊

電阻焊

冷焊交流

直流

點(diǎn)焊

縫焊

對(duì)焊火花對(duì)煤鐓焊

·摩接焊圖

3用于真空密封的焊接方法東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之7.2.1.3

金屬與金屬封接◆

焊接方法(圖3)氬弧焊(氨弧焊)原子我焊

碳弧焊

合金焊條取代鎢電極的氬弧焊真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)128◆

真空技術(shù)對(duì)焊縫的要求：

a.設(shè)計(jì)焊縫結(jié)構(gòu)時(shí)，接頭必須焊透，應(yīng)避免產(chǎn)生聚集污物的有害空間

。

真空技術(shù)中常見(jiàn)的焊

接結(jié)構(gòu)如圖4所示。不正

確正

確(a)(b)(c》A(d)(心

】真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》

培訓(xùn)班系列教程之a(chǎn)—對(duì)焊5一疊焊c—丁字形焊接

d—

角焊

e-

邊緣焊接A一大氣

V一真空?qǐng)D

4

焊縫結(jié)構(gòu)比較129東業(yè)大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班