真空泵的选型及数据计算

第一部分:选用真空泵时需要注意事项:

1、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。如:真空镀膜要求1×10-5mmHg 的真空度,选用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg 。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。

2、正确地选择真空泵的工作点。每种泵都有一定的工作压强范围,如:扩散泵为10-3~10-7mmHg ,在这样宽压强范围内,泵的抽速随压强而变化,其稳定的工作压强范围为5×10-4~5×10-6mmHg 。因而,泵的工作点应该选在这个范围之内,而不能让它在10-8mmHg 下长期工作。又如钛升华泵可以在10-2mmHg 下工作,但其工作压强应小于1×10-5mmHg 为好。

3、真空泵在其工作压强下,应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。

4、正确地组合真空泵。由于真空泵有选择性抽气,因而,有时选用一种泵不能满足抽气要求,需要几种泵组合起来,互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速,但不能抽氦,而三极型溅射离子泵,(或二极型非对称阴极溅射离子泵)对氩有一定的抽速,两者组合起来,便会使真空装置得到较好的真空度。另外,有的真空泵不能在大气压下工作,需要预真空;有的真空泵出口压强低于大气压,需要前级泵,故都需要把泵组合起来使用。

5、真空设备对油污染的要求。若设备严格要求无油时,应该选各种无油泵,如:水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果要求不严格,可以选择有油泵,加上一些防油污染措施,如加冷阱、障板、挡油阱等,也能达到清洁真空要求。

6、了解被抽气体成分,气体中含不含可凝蒸气,有无颗粒灰尘,有无腐蚀性等。选择真空泵时,需要知道气体成分,针对被抽气体选择相应的泵。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体,应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备,如冷凝器、除尘器等。

7、真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染,可以选无油真空泵,或者把油蒸气排到室外。

8、真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若工艺过程不允许,应选择无振动的泵或者采取防振动措施。 9、真空泵的价格、运转及维修费用。

第二部分:水环式真空泵的选择

一、泵类型的确定

泵的类型主要由工作所需的气量、真空度或排气压力而定。

泵工作时,需要注意以下两个方面:

1. 尽可能要求在高效区内,也就是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。 2. 应避免在最大真空度或最大排气压力附近运行。在此区域内运行,不仅效率极低,而且工作很不稳定,易产生振动和噪音。对于真空度较高的真空泵而言,在此区域之内运行,往往还会发生汽蚀现象,产生这种现象的明显标志是泵内有噪音和振动。汽蚀会导致泵体、叶轮等零件的损坏,以致泵无法工作。

根据以上原则,当泵所需的真空度或气体压力不高时,可优先在单级泵中选取。如果真空度或排气压力较高,单级泵往往不能满足,或者,要求泵在较高真空度情况下仍有较大气量,即要求性能曲线在较高真空度时较平坦,可选用两级泵。如果真空度要求在-710mmHg 以上,可选用水环-大气泵或水环-罗茨真空机组作为抽真空装置。

如果只作真空泵用,则选用单作用泵比较好。因为单作用泵的构造简单,容易制造和维护,且在高真空情况下抗汽蚀性好。

如果仅作较大气量的压缩机使用,则选用双作用的泵比较合适。因为双作用泵的气量大,体积小,重量轻,径向力能得到自动平衡,轴不容易产生疲劳断裂,泵的使用寿命较长。

二、根据系统所需的气量选择真空泵

初步选定了泵的类型之后,对于真空泵,还要根据系统所需的气量来选用泵的型号。

真空泵选择相关计算公式

1、玻义尔定律

体积V ,压强P ,P·V=常数

一定质量的气体,当温度不变时,气体的压强与气体的体积成反比。 即P 1/P2=V 2/V1 2、盖·吕萨克定律

当压强P 不变时,一定质量的气体,其体积V 与绝对温度T 成正比: V 1/V2=T 1/T2=常数

当压强不变时,一定质量的气体,温度每升高(或P 降低)1℃,则它的体积比原来增加(或缩小)1/273。 3、查理定律

当气体的体积V 保持不变,一定质量的气体,压强P 与其绝对温度T 成正比,即: P 1/P2=T 1/T2

在一定的体积下,一定质量的气体,温度每升高(或降低)1℃,它的压强比原来增加(或减少)1/273。 4、平均自由程: λ=(5×10-3)/P (cm) 5、抽速:

S =d v /dt (升/秒) 或 S=Q/P

Q =流量(托·升/秒) P=压强(托) V =体积(升) t=时间(秒) 6、通导: C=Q/(P2-P 1) (升/秒) 7、真空抽气时间:

对于从大气压到1托抽气时间计算式: t =8V/S (经验公式)

V 为体积,S 为抽气速率,通常t 在5~10分钟内选择。

8、维持泵选择:

S 维=S 前/10

9、扩散泵抽速估算: S =3D 2 (D=直径cm ) 10、罗茨泵的前级抽速: S =(0.1~0.2)S罗 (l/s) 11、漏率:

Q 漏=V(P2-P 1)/(t2-t 1)

Q 漏-系统漏率(mmHg·l/s) V -系统容积(l)

P 1-真空泵停止时系统中压强(mmHg)

P 2-真空室经过时间t 后达到的压强(mmHg) t -压强从P 1升到P 2经过的时间(s) 12、粗抽泵的抽速选择:

S =Q 1/P预 (l/s)

S=2.3V·lg(Pa /P预)/t S -机械泵有效抽速

Q 1-真空系统漏气率(托·升/秒) P 预-需要达到的预真空度(托) V -真空系统容积(升)

t -达到P 预时所需要的时间 P a -大气压值(托) 13、前级泵抽速选择:

排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵、油增压泵、罗茨泵、涡轮分子泵等,它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值,选用的前级泵必须能将主泵的最大气体量排走,根据管路中,各截面流量恒等的原则有: P n S g ≥Pg S 或 S g ≥Pgs /Pn

S g -前级泵的有效抽速(l/s)

P n -主泵临界前级压强(最大排气压强)(l/s) P g -真空室最高工作压强(托)

S -主泵工作时在P g 时的有效抽速。(l/s)

14、扩散泵抽速计算公式:

S =Q/P=(K·n)/(P·t)(升/秒) 式中:S -被试泵的抽气速率(l/s) n -滴管内油柱上升格数(格)

t -油柱上升n 格所需要的时间(秒) P -在泵口附近测得的压强(托) K -滴管系数(托·升/秒)

K =V 0·(L/n)·(Υ0/Υm )+Pa △Vt

其中V 0-滴管和真空胶管的原始容积(升) L -滴管刻度部分的长度(mm) n -滴管刻度部分的格数(格)

3

Υ0-油的比重(克/厘米) Υm -汞的比重(克/厘米3) P a -当地大气压强(托)

△Vt -滴管的刻度上的一格的对应的容积(升/格) 15、旋片真空泵的几何抽速计算公式:

S =πZnLK v (D2-d 2)/(24×104) (l/s)

式中:Z 为旋片数,n 为转速(转/分) ,L 为泵腔长度,D 为泵腔直径,d 为转子直径(cm),K v 为容积利用系数(一般取95%) 。 16、O 型橡胶槽深B =0.7D

D 为橡胶直径,槽宽C =1.6B 17、方形橡胶槽深B =0.8A

A 为方形橡胶边长,槽宽C =1.67B

其它几个公式:

◆ 真空容器的排气时间

对于低真空和中真空的排气时间,当泄漏量较小时,真空设备从压强P1降低到P2所需的排气时间为:

t =2.3(V/S)lg(P1/P2) 式中 t : 排气时间,s

V: 真空设备容积,L

S: 泵的有效抽气速率,L/S

P1, P2: 开始时容器的压强和抽至所需的压强,mmHg 。

真空系统抽气速率Se 的计算方法: ◆ 连续操作系统

1、 计算真空系统的总泄漏量Qs 。

根据真空系统的容积进行的泄漏量估算:

根据接头密封长度进行的泄漏量估算:

2、 计算总抽气量Q

Q=Q1+Q2+Q3

Q: 总抽气量,kg/h

Q1: 真空系统工作过程中产生的气体量,kg/h Q2: 真空系统的放气量,kg/h Q3: 真空系统总泄漏量,kg/h 3、计算Se :

Se =QR(273+Ts)/PsM

R: 通用气体常数 R =8.31kJ /(kmol*K) Ts :抽出气体的温度,ºC

Ps :真空系统的工作压力,kPa ,G M :抽出气体的平均分子量

Se :真空系统的抽气速率,m 3 / h

◆ 间歇操作系统

Se =138V/t *lg(P1/P2) m 3 / h 真空泵的选用

1 根据真空系统的真空度和泵进口管道的压力降,确定泵吸入口处的真空度(绝压) 2 确定真空系统的抽气速率Se

3 将Se 换算成泵厂规定条件下的抽气速率Se ’

一般可按照下式计算:

Se ’= Se (273+[Ts])/(273+Ts) [Ts]:泵标准进气温度

4 根据抽气速率和真空度要求,按照下式选择确定真空泵的类型 要求真空泵的抽气速率S 满足: S >(20%-30%)Se ’


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