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真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。極限壓力(極限真空)從粗真空到10-12 Pa以上的較高真空范圍。
由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都不可能全部適用于全部的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應(yīng)用。
凡是利用機械運動(轉(zhuǎn)動或滑動)以獲得真空的泵，稱為機械真空泵。機械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點分述如下：
1、變?nèi)菡婵毡?/span>
它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。這種泵分為往復(fù)式及旋轉(zhuǎn)式兩種。
(1)往復(fù)式真空泵
利用泵腔內(nèi)活塞往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。又稱為活塞式真空泵。
(2)旋轉(zhuǎn)式真空泵
利用泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子部件的旋轉(zhuǎn)運動將氣體吸入、壓縮并排出。它大致有如下幾種分類：
a、油封式真空泵
它是利用真空泵油密封泵內(nèi)各運動部件之間的間隙，減少泵內(nèi)有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。
b、液環(huán)真空泵
將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當它旋轉(zhuǎn)時，把工作液體拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個小的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菸艢馇?。工作液體通常為水或油，所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。
c、干式真空泵
它是一種泵內(nèi)不用油類(或液體)密封的變?nèi)菡婵毡谩Ｓ捎诟墒秸婵毡帽们粌?nèi)不需要工作液體，因此，適用于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)及食品行業(yè)等需要無油清潔真空環(huán)境的工藝場合。
d、羅茨真空泵
泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。
2、動量傳輸泵
它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹?。這類泵可分為以下幾種形式：
(1)分子真空泵
它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為：
a、牽引分子泵
氣體分子與高速運動的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動量，被驅(qū)送到泵的出口。
b、渦輪分子泵
靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。
c、復(fù)合分子泵
它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復(fù)合型的分子真空泵。
機械真空泵是真空應(yīng)用領(lǐng)域中使用得普遍的一類泵，它是真空獲得設(shè)備的重要組成部分。其詳細分類如圖1所示。
真空泵的選型
真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子，降低真空室內(nèi)的氣體壓力，使之達到一定真空度的要求。概括地講從大氣到極高真空有一個很大的范圍，至今為止還沒有一種真空泵能覆蓋這個范圍。因此，為達到不同產(chǎn)品的工藝指標、工作效率和設(shè)備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空泵配置。為達到理想配置，選擇真空系統(tǒng)時，應(yīng)考慮下述各點：
確定工作真空范圍
首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因為每一種工藝都有其適應(yīng)的真空度范圍。
確定極限真空度
在確定了工藝要求的真空度的基礎(chǔ)上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度，因為系統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的理想工作真空度。一般來講，系統(tǒng)的極限真空度比系統(tǒng)的工作真空度低20%，比前級泵的極限真空度低50%。
被抽氣體種類與抽氣量
檢查確定工藝要求的抽氣種類與抽氣量。因為如果被抽氣體種類與泵內(nèi)液體發(fā)生反應(yīng)，泵系統(tǒng)將被污染。同時必須考慮確定合適的排氣時間與抽氣過程中產(chǎn)生的氣體量。
真空容積
檢查確定達到要求的真空度所需要的時間、真空管道的流阻與泄漏。
考慮達到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率。
主真空泵的選擇計算 s=tlog(p1/p2)
其中： s為真空泵抽氣速率(l/s)
v為真空室容積(l)
t為達到要求真空度所需時間(s)
p1為初始真空度(torr)
p2為要求真空度(torr)。
真空泵選型需要注意的問題
1、真空泵工作時產(chǎn)生的振動對工藝過程及環(huán)境有無影響。若工藝過程不允許，應(yīng)選擇無振動的泵或者采取防振動措施。
2、了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆粒灰塵，有無腐蝕性等。選擇真空泵時，需要知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。
3、真空泵在其工作壓強下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。
4、正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來，互相補充才能滿足抽氣要求。如鈦升華泵對氫有很高的抽速，但不能抽氦，而三極型濺射離子泵，（或二極型非對稱陰極濺射離子泵）對氬有一定的抽速，兩者組合起來，便會使真空裝置得到較好的真空度。另外，有的真空泵不能在大氣壓下工作，需要預(yù)真空；有的真空泵出口壓強低于大氣壓，需要前級泵，故都需要把泵組合起來使用。
5、真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴格要求無油時，應(yīng)該選各種無油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達到清潔真空要求。
6、正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強范圍，如：2BV系列水環(huán)真空泵工作壓強范圍760mmHg~25mmHg（絕壓），在這樣寬壓強范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強而變化（詳細變化情況參照泵的性能曲線），其穩(wěn)定的工作壓強范圍為760~60mmHg。因而，泵的工作點應(yīng)該選在這個范圍之內(nèi)較為適宜，而不能讓它在25~30mmHg下長期工作。
7、真空泵排出來的油蒸氣對環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。
8、真空泵的工作壓強應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強要求。如：某真空干燥工藝要求10mmHg的工作真空度，選用的真空泵的極限真空度至少要2mmHg，理想能達到1mmHg。通常選擇泵的極限真空度要高于真空設(shè)備工作真空度半個到一個數(shù)量級。
9、真空泵的價格、運轉(zhuǎn)及維修費用。
1.真空
在指定空間內(nèi)，低于環(huán)境大氣壓力的氣體狀態(tài)。
2. 真空度
表示真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，通常用壓力值來表示。
3. 真空區(qū)域劃分
低真空 105Pa-102Pa
中真空 102Pa-10-1Pa
高真空 10-1Pa-10-5Pa
高真空 10-5Pa-10-9Pa
極高真空 <10-9Pa
4. 全壓力
混合氣體中全部組分壓力的綜合。
5. 分壓力
混合氣體中某一組分的壓力。
6. 標準環(huán)境條件
溫度為 20℃，相對濕度為65%，大氣壓力為1 個標準大氣壓1atm =101325Pa。
7. 氣體的標準狀態(tài)
溫度為 0℃，壓力為1 個標準大氣壓1atm =101325Pa。
8. 平均自由程
一個分子與其它氣體分子每連續(xù)兩次碰撞走過的路程，叫自由程。相當多的不同自由程的平均值，叫
平均自由程。
9. 粘滯流
氣體分子的平均自由程遠小于導(dǎo)管最小截面尺寸的流態(tài)。因此，流動取決于氣體的粘滯性，粘滯流可
以是層流或滯流。
10. 分子流
氣體分子的平均自由程遠大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)。
11. 中間流
在粘滯流和分子流之間狀態(tài)下氣體通過導(dǎo)管的流動。
12. 流量
在給定時間間隔內(nèi)通過某一截面的氣體量除以該時間。
13. 吸附
固體或液體對氣體或蒸氣的捕集現(xiàn)象。
14. 解吸
被材料吸附的氣體或蒸氣的釋放現(xiàn)象。
15. 去氣
氣體從材料中認為的解吸。
16. 放氣
氣體從材料中自然的解吸。
17. 滲透
氣體通過固體阻擋層的現(xiàn)象。
由于真空應(yīng)用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都不可能全部適用于全部的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類型的真空泵。為了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應(yīng)用。
凡是利用機械運動(轉(zhuǎn)動或滑動)以獲得真空的泵，稱為機械真空泵。機械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點分述如下：
1、變?nèi)菡婵毡?/span>
它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。這種泵分為往復(fù)式及旋轉(zhuǎn)式兩種。
(1)往復(fù)式真空泵
利用泵腔內(nèi)活塞往復(fù)運動，將氣體吸入、壓縮并排出。又稱為活塞式真空泵。
(2)旋轉(zhuǎn)式真空泵
利用泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子部件的旋轉(zhuǎn)運動將氣體吸入、壓縮并排出。它大致有如下幾種分類：
a、油封式真空泵
它是利用真空泵油密封泵內(nèi)各運動部件之間的間隙，減少泵內(nèi)有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡?。這種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。
b、液環(huán)真空泵
將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當它旋轉(zhuǎn)時，把工作液體拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個小的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菸艢馇?。工作液體通常為水或油，所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。
c、干式真空泵
它是一種泵內(nèi)不用油類(或液體)密封的變?nèi)菡婵毡谩Ｓ捎诟墒秸婵毡帽们粌?nèi)不需要工作液體，因此，適用于半導(dǎo)體行業(yè)、化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)及食品行業(yè)等需要無油清潔真空環(huán)境的工藝場合。
d、羅茨真空泵
泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。
2、動量傳輸泵
它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹?。這類泵可分為以下幾種形式：
(1)分子真空泵
它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為前級抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為：
a、牽引分子泵
氣體分子與高速運動的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動量，被驅(qū)送到泵的出口。
b、渦輪分子泵
靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。
c、復(fù)合分子泵
它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復(fù)合型的分子真空泵。
機械真空泵是真空應(yīng)用領(lǐng)域中使用得普遍的一類泵，它是真空獲得設(shè)備的重要組成部分。其詳細分類如圖1所示。
真空泵的選型
真空泵的作用就是從真空室中抽除氣體分子，降低真空室內(nèi)的氣體壓力，使之達到一定真空度的要求。概括地講從大氣到極高真空有一個很大的范圍，至今為止還沒有一種真空泵能覆蓋這個范圍。因此，為達到不同產(chǎn)品的工藝指標、工作效率和設(shè)備工作壽命要求、不同的真空區(qū)段需要選擇不同的真空泵配置。為達到理想配置，選擇真空系統(tǒng)時，應(yīng)考慮下述各點：
確定工作真空范圍
首先必須檢查確定每一種工藝要求的真空度。因為每一種工藝都有其適應(yīng)的真空度范圍。
確定極限真空度
在確定了工藝要求的真空度的基礎(chǔ)上檢查真空泵系統(tǒng)的極限真空度，因為系統(tǒng)的極限真空度決定了系統(tǒng)的理想工作真空度。一般來講，系統(tǒng)的極限真空度比系統(tǒng)的工作真空度低20%，比前級泵的極限真空度低50%。
被抽氣體種類與抽氣量
檢查確定工藝要求的抽氣種類與抽氣量。因為如果被抽氣體種類與泵內(nèi)液體發(fā)生反應(yīng)，泵系統(tǒng)將被污染。同時必須考慮確定合適的排氣時間與抽氣過程中產(chǎn)生的氣體量。
真空容積
檢查確定達到要求的真空度所需要的時間、真空管道的流阻與泄漏。
考慮達到要求真空度后在一定工藝要求條件下維持真空需要的抽氣速率。
主真空泵的選擇計算 s=tlog(p1/p2)
其中： s為真空泵抽氣速率(l/s)
v為真空室容積(l)
t為達到要求真空度所需時間(s)
p1為初始真空度(torr)
p2為要求真空度(torr)。
真空泵選型需要注意的問題
1、真空泵工作時產(chǎn)生的振動對工藝過程及環(huán)境有無影響。若工藝過程不允許，應(yīng)選擇無振動的泵或者采取防振動措施。
2、了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆粒灰塵，有無腐蝕性等。選擇真空泵時，需要知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。
3、真空泵在其工作壓強下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。
4、正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來，互相補充才能滿足抽氣要求。如鈦升華泵對氫有很高的抽速，但不能抽氦，而三極型濺射離子泵，（或二極型非對稱陰極濺射離子泵）對氬有一定的抽速，兩者組合起來，便會使真空裝置得到較好的真空度。另外，有的真空泵不能在大氣壓下工作，需要預(yù)真空；有的真空泵出口壓強低于大氣壓，需要前級泵，故都需要把泵組合起來使用。
5、真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴格要求無油時，應(yīng)該選各種無油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達到清潔真空要求。
6、正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強范圍，如：2BV系列水環(huán)真空泵工作壓強范圍760mmHg~25mmHg（絕壓），在這樣寬壓強范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強而變化（詳細變化情況參照泵的性能曲線），其穩(wěn)定的工作壓強范圍為760~60mmHg。因而，泵的工作點應(yīng)該選在這個范圍之內(nèi)較為適宜，而不能讓它在25~30mmHg下長期工作。
7、真空泵排出來的油蒸氣對環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。
8、真空泵的工作壓強應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強要求。如：某真空干燥工藝要求10mmHg的工作真空度，選用的真空泵的極限真空度至少要2mmHg，理想能達到1mmHg。通常選擇泵的極限真空度要高于真空設(shè)備工作真空度半個到一個數(shù)量級。
9、真空泵的價格、運轉(zhuǎn)及維修費用。
1.真空
在指定空間內(nèi)，低于環(huán)境大氣壓力的氣體狀態(tài)。
2. 真空度
表示真空狀態(tài)下氣體的稀薄程度，通常用壓力值來表示。
3. 真空區(qū)域劃分
低真空 105Pa-102Pa
中真空 102Pa-10-1Pa
高真空 10-1Pa-10-5Pa
高真空 10-5Pa-10-9Pa
極高真空 <10-9Pa
4. 全壓力
混合氣體中全部組分壓力的綜合。
5. 分壓力
混合氣體中某一組分的壓力。
6. 標準環(huán)境條件
溫度為 20℃，相對濕度為65%，大氣壓力為1 個標準大氣壓1atm =101325Pa。
7. 氣體的標準狀態(tài)
溫度為 0℃，壓力為1 個標準大氣壓1atm =101325Pa。
8. 平均自由程
一個分子與其它氣體分子每連續(xù)兩次碰撞走過的路程，叫自由程。相當多的不同自由程的平均值，叫
平均自由程。
9. 粘滯流
氣體分子的平均自由程遠小于導(dǎo)管最小截面尺寸的流態(tài)。因此，流動取決于氣體的粘滯性，粘滯流可
以是層流或滯流。
10. 分子流
氣體分子的平均自由程遠大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài)。
11. 中間流
在粘滯流和分子流之間狀態(tài)下氣體通過導(dǎo)管的流動。
12. 流量
在給定時間間隔內(nèi)通過某一截面的氣體量除以該時間。
13. 吸附
固體或液體對氣體或蒸氣的捕集現(xiàn)象。
14. 解吸
被材料吸附的氣體或蒸氣的釋放現(xiàn)象。
15. 去氣
氣體從材料中認為的解吸。
16. 放氣
氣體從材料中自然的解吸。
17. 滲透
氣體通過固體阻擋層的現(xiàn)象。
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