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3.1  概述

3.1.1  真空的獲得方法

    人們通常把能夠從密閉容器中排出氣體或使容器中的氣體分子數(shù)目不斷減少的設(shè)備稱(chēng)為真空獲得設(shè)備或真空泵。目前在真空技術(shù)中，采用各種不同的方法，已經(jīng)能夠獲得和測(cè)量從大氣壓力10⁵Pa到10^-13Pa，寬達(dá)18個(gè)數(shù)量級(jí)的壓力范圍。顯然，只用一種真空泵，獲得這樣寬的低壓空間的氣體狀態(tài)，是十分困難的。

    在真空獲得技術(shù)中，目前用以獲得真空的技術(shù)方法有兩種，一種是通過(guò)某此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)把氣體直接從密閉容器中排出；另一種是通過(guò)物理、化學(xué)等方法將氣體分子吸附或冷凝在低溫表面上。利用這兩種方法所制造的各種真空泵種類(lèi)較多，分類(lèi)方法各異，但是，的方法還是按泵的工作原理或其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)加以分類(lèi)。這一點(diǎn)，我們將在下一節(jié)中介紹。

3.1.2  真空泵的分類(lèi)

    按真空泵的工作原理，真空泵基本上可以分為兩種類(lèi)型，即氣體傳輸泵和氣體捕集泵。隨著真空應(yīng)用技術(shù)在生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中對(duì)其應(yīng)用壓強(qiáng)范圍的要求越來(lái)越寬，大多需要由幾種真空泵組成真空抽氣系統(tǒng)共同抽氣后才能滿足生產(chǎn)和科學(xué)研究過(guò)程的要求，因此選用不同類(lèi)型真空泵組成的真空抽氣機(jī)組進(jìn)行抽氣的情況較多。為了方便起見(jiàn)，將這些泵按其工作原理或其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行一些具體的詳細(xì)的分類(lèi)是必要的?，F(xiàn)分述如下：

3.1.2.1   氣體傳輸泵

    氣體傳輸泵是一種能使氣體不斷的吸入和排出，借以達(dá)到抽氣目的的真空泵，這種泵基本上有兩種類(lèi)型：

    1）變?nèi)菡婵毡?/span>

    變?nèi)菡婵毡檬抢帽们蝗莘e的周期性變化來(lái)完成吸氣和排氣過(guò)程的一種真空泵。氣體在排出前被壓縮。這種泵分為往復(fù)式及旋轉(zhuǎn)式兩種：

    ⑴往復(fù)真空泵：是利用泵腔內(nèi)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將氣體吸入、壓縮并排出。因此，又稱(chēng)為活塞式真空泵。

    ⑵旋轉(zhuǎn)真空泵：是利用泵腔內(nèi)活塞做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將氣體吸入，壓縮并排出。旋轉(zhuǎn)真空泵又有如下幾種型式：

     ①油封式真空泵：它是利用油類(lèi)密封各運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙，減少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，故又稱(chēng)氣鎮(zhèn)式真空泵。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為如下五種型式。

    a）旋片式真空泵：轉(zhuǎn)子以一定的偏心距裝在泵殼內(nèi)并與泵殼內(nèi)表面的固定面靠近，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）旋片，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)旋片能沿其徑向槽往復(fù)滑動(dòng)且與泵殼內(nèi)壁始終接觸，此旋片隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，可將泵腔分成幾個(gè)可變?nèi)莘e。

    b）滑閥式真空泵：在偏心轉(zhuǎn)子外部裝有一個(gè)滑閥，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑閥沿泵殼內(nèi)壁滑動(dòng)和滾動(dòng)，滑閥上部的滑閥桿能在可擺動(dòng)的滑閥導(dǎo)軌中滑動(dòng)，而把泵腔分成兩個(gè)可變?nèi)莘e。

    c）定片式真空泵：在泵殼內(nèi)裝有一個(gè)與泵內(nèi)表面靠近的偏心轉(zhuǎn)子，泵殼上裝有一個(gè)始終與轉(zhuǎn)子表面接觸的徑向滑片，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑片能上、下滑動(dòng)將泵腔分成兩個(gè)可變?nèi)莘e。

    d）余擺線式真空泵：在泵腔內(nèi)偏心裝有一個(gè)型線為余擺線的轉(zhuǎn)子，它沿泵腔內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)并將泵腔分成兩個(gè)可變?nèi)莘e。

    e）多室旋片式真空泵：在一個(gè)泵殼內(nèi)并聯(lián)裝有由同一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)獨(dú)立工作室的旋片真空泵。

    ②干式真空泵：它是一種不用油類(lèi)（或液體）密封的變?nèi)菡婵毡谩?/span>

    ③液環(huán)式真空泵：帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，把液體（通常為水或油）拋向泵殼形成泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個(gè)小容積，故亦稱(chēng)旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡谩?/span>

    ④羅茨真空泵：泵內(nèi)裝有兩個(gè)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。它屬于旋轉(zhuǎn)變真空泵。機(jī)械增壓泵即為這種型式的真空泵。

    2）動(dòng)量傳輸泵

    這種泵是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動(dòng)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?。具體可分為下述幾種類(lèi)型。

    ⑴分子真空泵：它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把能量傳輸給氣體分子，使之壓縮、排氣的一種真空泵。它有如下幾種型式：

    ①牽引分子泵：氣體分子與高速運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動(dòng)量，被送到出口，因此，是一種動(dòng)量傳輸泵。

    ②渦輪分子泵：泵內(nèi)裝有帶槽的圓盤(pán)或帶葉片的轉(zhuǎn)子，它在定子圓盤(pán)（或定片）間旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子圓周的線速度很高。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。

    ③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(lái)的一種復(fù)合式分子真空泵。

    ⑵噴射真空泵：它是利用文丘里（Venturi）效應(yīng)的壓力降產(chǎn)生的高速射流把氣體輸送到出口的一種動(dòng)量傳輸泵，適于在粘滯流和過(guò)渡流狀態(tài)下工作。這種泵又可詳細(xì)地分成以下幾種：

    ①液體噴射真空泵：以液體（通常為水）為工作介質(zhì)的噴射真空泵。

    ②氣體噴射真空泵：以非可凝性氣體作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。

    ③蒸氣噴射真空泵：以蒸氣（水、油或汞等蒸氣）作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。

    ⑶擴(kuò)散泵：以低壓高速蒸氣流（油或汞等蒸氣）作為工作介質(zhì)的噴射真空泵。氣體分子擴(kuò)散到蒸氣射流中，被送到出口。在射流中氣體分子密度始終是很低的，這種泵適于在分子流狀態(tài)下工作。可分為：

    ①自?xún)艋瘮U(kuò)散泵：泵液中易揮發(fā)的雜質(zhì)經(jīng)專(zhuān)門(mén)的機(jī)械輸送到出口而不回到鍋爐中的一種油擴(kuò)散泵。

    ②分餾式擴(kuò)散泵：這種泵具有分餾裝置，使蒸氣壓強(qiáng)較低的工作液蒸氣進(jìn)入高真空工作的噴嘴，而蒸氣壓強(qiáng)較高的工作液蒸氣進(jìn)入低真空工作的噴嘴，它是一種多級(jí)油擴(kuò)散泵。

    ⑷擴(kuò)散噴射泵：它是一種有擴(kuò)散泵特性的單級(jí)或多級(jí)噴嘴與具有噴射真空泵特性的單級(jí)或多級(jí)噴嘴串聯(lián)組成的一種動(dòng)量傳輸泵。油增壓泵即屬于這種型式。

    ⑸離子傳輸泵：它是將被電離的氣體在電磁場(chǎng)或電場(chǎng)的作用下，輸送到出口的一種動(dòng)量傳輸泵。

3.1.2.2  氣體捕集泵

    這種泵是一種使氣體分子被吸附或凝結(jié)在泵的內(nèi)表面上，從而減小了容器內(nèi)的氣體分子數(shù)目而達(dá)到抽氣目的的真空泵，有以下幾種型式。

    1）吸附泵

    它主要依靠具有大表面的吸附劑（如多孔物質(zhì)）的物理吸附作用來(lái)抽氣的一種捕集式真空泵。

    2）吸氣劑泵

    它是一種利用吸氣劑以化學(xué)結(jié)合方式捕獲氣體的真空泵。吸氣劑通常是以塊狀或沉積新鮮薄膜形式存在的金屬或合金。升華泵即屬于這種型式。

    3）吸氣劑離子泵

    它是使被電離的氣體通過(guò)電磁場(chǎng)或電場(chǎng)的作用吸附在有吸氣材料的表面上，以達(dá)到抽氣的目的。它有如下幾種型式。

    ⑴蒸發(fā)離子泵：泵內(nèi)被電離的氣體吸附在以間斷或連續(xù)方式升華（或蒸發(fā)）而覆在泵內(nèi)壁的吸氣材料上，以實(shí)現(xiàn)抽氣的一種真空泵。

    ⑵濺射離子泵：泵內(nèi)被電離的氣體吸附在由陰極連續(xù)濺射散出來(lái)的吸氣材料上，以實(shí)現(xiàn)抽氣目的的一種真空泵。

    4）低溫泵

    利用低溫表面捕集氣體的真空泵

3.1.3  真空泵的性能參數(shù)及使用范圍

3.1.3.1  真空泵的性能參數(shù)

    1）真空泵的極限壓強(qiáng)

    泵的極限壓強(qiáng)單位是Pa，是指泵在入口處裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)罩并按規(guī)定條件工作，在不引入氣體正常工作的情況下，趨向穩(wěn)定的壓強(qiáng)。

    2）真空泵的抽氣速率

    泵的抽氣速率單位是m³/s或l/s，是指泵裝有標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)罩，并按規(guī)定條件工作時(shí)，從試驗(yàn)罩流過(guò)的氣體流量與在試驗(yàn)罩位置測(cè)得的平衡壓強(qiáng)之比。簡(jiǎn)稱(chēng)泵的抽速。

    3）真空泵的抽氣量

    真空泵的抽氣量單位是Pa m³/s或Pa l/s。是指泵入口的氣體流量。

    4）真空泵的起動(dòng)壓強(qiáng)

    真空泵的起動(dòng)壓強(qiáng)單位為Pa，它是指泵無(wú)損壞起動(dòng)并有抽氣作用時(shí)的壓強(qiáng)。

    5）泵的前級(jí)壓強(qiáng)

    真空泵的前級(jí)壓強(qiáng)單位是Pa，它是指排氣壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓的真空泵的出口壓強(qiáng)。

    6）真空泵的前級(jí)壓強(qiáng)

    真空泵口前級(jí)壓強(qiáng)單位是Pa，它是指超過(guò)了能使泵損壞的前級(jí)壓強(qiáng)。

    7）真空泵的工作壓強(qiáng)

    真空泵的工作壓強(qiáng)單位是Pa，它是指對(duì)應(yīng)抽氣量的入口壓強(qiáng)。在此壓強(qiáng)下，泵能連續(xù)工作而不惡化或損壞。

    8）壓縮比

    壓縮比是指泵對(duì)給定氣體的出口壓強(qiáng)與入口壓強(qiáng)之比。

    9）何氏系數(shù)

    泵抽氣通道面積上的實(shí)際抽速與該處按分子瀉流計(jì)算的理論抽速之比。

    10）抽速系數(shù)

    泵的實(shí)際抽速與泵入口處按分子瀉流計(jì)算的理論抽速之比。

    11）返流率

    泵的返流率單位是g/cm^2.s。它是指泵按規(guī)定條件工作時(shí)，通過(guò)泵入口單位面積的泵流質(zhì)量流率。

    12）水蒸氣允許量

    水蒸氣的允許量單位是kg/h，它是指泵在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時(shí)能抽除的水蒸氣質(zhì)量流量。

    13）允許水蒸氣入口壓強(qiáng)

    允許水蒸氣入口壓強(qiáng)單位是Pa 。它是指在正常環(huán)境條件下，氣鎮(zhèn)泵在連續(xù)工作時(shí)所能抽除的水蒸氣的入口壓強(qiáng)。

3.1.3.2  真空泵的使用范圍

由于各種真空泵所具有的工作壓強(qiáng)范圍及起動(dòng)壓強(qiáng)均有所不同，因此在選用真空泵時(shí)必須滿足這些要求。表3-1給出了各種常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍及泵的起動(dòng)壓強(qiáng)值，以供參用。

表3-1  常用真空泵的工作壓強(qiáng)范圍及起動(dòng)壓強(qiáng)

3.1.4  真空泵在真空系統(tǒng)中所承擔(dān)的工作任務(wù)

    由于各種真空泵的性能除均能滿足對(duì)容器進(jìn)行抽真空的共同點(diǎn)之外，尚具有不同之處。因此在選用時(shí)必須明確泵在真空系統(tǒng)中所承擔(dān)的工作任務(wù)是十分重要的，泵在各種不同工作領(lǐng)域中所起的作用歸納起來(lái)主要有如下幾個(gè)方面

    1）在系統(tǒng)中做主泵

所謂主泵就是對(duì)真空系統(tǒng)被抽容器直接進(jìn)行抽真空，以獲得滿足工藝要求所需真空度的真空泵。

2）粗抽泵

    粗抽泵是指從大氣壓開(kāi)始降低真空系統(tǒng)壓強(qiáng)達(dá)到另一抽氣系統(tǒng)可以開(kāi)始工作的真空泵。

    3）前級(jí)泵

    前級(jí)泵是指用于使另一個(gè)泵的前級(jí)壓強(qiáng)維持在其許可的前級(jí)壓強(qiáng)以下的真空泵。

    4）維持泵

    維持泵是指當(dāng)真空系統(tǒng)抽氣很小時(shí)，不能有效的利用主要前級(jí)泵。為此，在真空系統(tǒng)中另配一種抽氣速度較小的輔助前級(jí)泵來(lái)維持主泵的正常工作或維持已抽空的容器所需的低壓的真空泵。

    5）粗真空泵或低真空泵

    粗、低真空泵是指從大氣開(kāi)始，降低被抽容器的壓強(qiáng)后工作在低真空或粗真空壓強(qiáng)范圍內(nèi)的真空泵。

    6）高真空泵

    高真空泵是指在高真空范圍工作的真空泵。

    7）超高真空泵

    超高真空泵是指在超高真空范圍工作的真空泵。

    8）增壓泵

    增壓泵通常指工作在低真空泵和高真空泵之間，用以提高抽氣系統(tǒng)在中間壓強(qiáng)范圍的抽氣量或降低前級(jí)泵抽氣速率要求的真空泵。

3.1.5  真空泵型號(hào)及規(guī)格的表示方法

    根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T7673-95的規(guī)定，國(guó)產(chǎn)各種真空泵是由基本型號(hào)和輔助型兩部分組成，兩者中間為一橫線。其表達(dá)型式為123—456。格中數(shù)字123表示基本型號(hào)，456表示輔助型號(hào)。

   國(guó)產(chǎn)真空泵的型號(hào)通常以表3-2中的漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示。若在拼音字母前冠以“2”字，則表示泵在結(jié)構(gòu)上為雙級(jí)泵。

    某些真空泵系列對(duì)其抽氣速率則以幾何級(jí)數(shù)來(lái)分檔。其單位是“L/S”。共分18個(gè)等級(jí)，分別為0.2，0.5，1，2，4，8，15，30，70，150，300，600，1200，2500，5000，10000，20000，40000。真空泵系列有時(shí)也可用泵的入口尺寸來(lái)表示，其單位是“mm”。由于泵的種類(lèi)較多，選用時(shí)應(yīng)參閱不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)式樣本，是很重要的。

    表3-2  常用真空泵的漢語(yǔ)拼音代號(hào)及名稱(chēng)

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