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GIS真空泵抽真空機(jī)組/如何正確的選擇

發(fā)布時(shí)間:2024-12-09
一、泵的抽速定義為在一定的吸入壓力下,單位時(shí)間通過(guò)泵口被抽除的氣體的體積。一個(gè)完正的真空系統(tǒng),不論是為了何種應(yīng)用,都應(yīng)有一個(gè)需要抽成真空的容器或室體,一套真空機(jī)組,也可能是一臺(tái)真空泵,還有連接管道、閥門、冷阱等。而管道、閥門、冷阱等作為組成真空系統(tǒng)的部件,對(duì)氣體的流動(dòng)都有一定的阻礙作用。反過(guò)來(lái)說(shuō)它們對(duì)氣體的流動(dòng)都有一定的通導(dǎo)能力,這種能力稱之為流導(dǎo)。這在氣體的流動(dòng)中是一個(gè)很重要的概念,它的定義為單位壓差下的流量。氣體的自然流動(dòng)總是從高壓流向低壓,上述任一部件,當(dāng)兩端的壓力分別為p1 、p2時(shí),而流過(guò)的氣體量為q,則該部件流導(dǎo)
(1)
不同的真空系統(tǒng)部件的流導(dǎo)可以通過(guò)計(jì)算、模擬、測(cè)量等方法確定它除了與幾何形狀有關(guān)外,還與氣體的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。不同部件的流導(dǎo)是可以進(jìn)行串并聯(lián)的。
真空泵是為了抽除真空容器內(nèi)的氣體,但往往泵的抽氣口不能直接與被抽容器相連接,由于工藝上的需要或是降低有油蒸汽污染的真空機(jī)組的污染程度,必須通過(guò)冷阱、閥門管道才能與被抽氣容器連接,由于每種真空部件都有確定的流導(dǎo),所以可以說(shuō)泵必須通過(guò)一定的流導(dǎo)才能與被抽容器連接,如圖所示,圖中泵與真空室之間的連接管道可以包括冷阱和閥門等。假定泵與真空室之間的流導(dǎo)為u,則泵必須通過(guò)流導(dǎo)u才能對(duì)真空室抽氣,其抽氣能力要受到限制,此時(shí)對(duì)容器的抽氣作用真正有意義的應(yīng)是真空室抽氣口處的有效抽速s0。如泵的標(biāo)稱抽速為s,那么根據(jù)氣體作穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)流量守恒的定律可以導(dǎo)出s0,s和u之間滿足的關(guān)系
(2) (3)
上式稱之為真空基本方程,它是真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所依據(jù)的基本規(guī)律。
根據(jù)真空基本方程,可從數(shù)學(xué)上得到兩個(gè)的結(jié)果,即當(dāng)流導(dǎo)u非常大時(shí),真空室的有效抽速s0可以近似等于泵的抽速s;當(dāng)泵的抽速s非常大時(shí),或者流導(dǎo)u非常小時(shí),真空室的有效抽速s0近似等于流導(dǎo)u。上述結(jié)果從物理上可能更易理解,從真空室抽氣口抽除的氣體必須經(jīng)過(guò)流導(dǎo)u(即管道、閥門等)才能被真空泵抽除,只不過(guò)被抽除的氣體從真空室抽氣口向泵口運(yùn)動(dòng)過(guò)程是從高壓向低壓的流動(dòng),而從泵口被抽除是從低壓向高壓的基于某種抽氣原理的強(qiáng)制流動(dòng)。如流導(dǎo)u非常大,即通過(guò)它的氣體量不受限制,那么泵的抽氣能力就決定于自身的抽速大小,這與泵口直接與真空室相連接是一樣的。但如果泵的抽速非常大,這也就是相對(duì)于泵的抽速流導(dǎo)u非常小,此時(shí)泵的實(shí)際抽氣能力并不決定于它的抽速大小而決定于氣體通過(guò)流導(dǎo)u的能力,流導(dǎo)的數(shù)值恰為泵的有效抽速s0。
為了盡量發(fā)揮泵的抽氣能力,大限度的加大流導(dǎo)u是有效的方法,但往往難于實(shí)現(xiàn)。而一味增大泵的抽速更不切實(shí)際。所以采用晝量大的流導(dǎo)和選用晝量大的抽速的泵就非常值得權(quán)衡。從真空基本方程可以知道,有效抽速s0隨s或u都是單調(diào)遞增的函數(shù)。真空基本方程描述的內(nèi)容并不深?yuàn)W,但也沒有淺顯到可以作為每個(gè)人的常識(shí),所以在不少的應(yīng)用領(lǐng)域,用戶往往忽略流導(dǎo)對(duì)泵抽速的限制,而造成真空技術(shù)應(yīng)用的效果大受影響。
二、對(duì)于一個(gè)沒有漏氣,也沒有放氣的真空系統(tǒng)如真空室體積為v,真空室有效抽速為s0,則隨著抽氣的過(guò)程,真空室內(nèi)壓力隨時(shí)間遵從如下的變化規(guī)律
(3)
其中p0為t=0時(shí)的壓力,即起始?jí)毫?,稱為時(shí)間常數(shù)。
以上規(guī)律揭示,每經(jīng)過(guò)約的時(shí)間,真空室內(nèi)壓力降低一個(gè)數(shù)量級(jí),顯然越小,壓力下降越快,當(dāng)v一定時(shí),有效抽速s0越大,才能越小。
然而沒有一個(gè)真空系統(tǒng)是不漏氣,不放氣的,即使真的不漏氣,放氣總是存在的,實(shí)際上(3)式反映的是泵在抽除真空室內(nèi)空間氣體的過(guò)程中壓力的變化規(guī)律。當(dāng)壓力較高時(shí),系統(tǒng)的漏氣量和放氣量相對(duì)空間的氣體量較小時(shí),其影響可以忽略,可以認(rèn)為近似滿足不漏氣和不放氣的條件,也就是(3)的規(guī)律能近似成立。當(dāng)壓力較低時(shí),系統(tǒng)的漏氣量和放氣量不可忽略甚至成為主要的氣體負(fù)載時(shí),(3)的規(guī)律就要發(fā)生偏離,表現(xiàn)在壓力下降變?yōu)榫徛?,一般發(fā)生這一轉(zhuǎn)變的壓力在0.5pa左右,因此一個(gè)真空系統(tǒng)典型的抽氣過(guò)程先是壓力下降很快,到某一壓力開始變慢。由于一個(gè)合格的真空系統(tǒng)對(duì)其漏率有嚴(yán)格的要求,所以放氣是影響系統(tǒng)壓力降低的主要因素,而放氣是一個(gè)緩慢的過(guò)程,即使采用烘烤等強(qiáng)化措施,要達(dá)到某一預(yù)定的壓力,往往要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間。
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