【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和滑閥泵 60 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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。 幾種典型超高真空系統(tǒng) ? 用 擴(kuò)散泵 和 鈦泵 并聯(lián)為主泵 ,擴(kuò)散泵單獨(dú)串聯(lián)前級(jí) 機(jī)械泵 可以達(dá)到極限真空度為 106Pa。 圖 17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統(tǒng) 61 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 62 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 擴(kuò)散泵 串聯(lián) 擴(kuò)散泵 (中間泵 ),再串聯(lián) 機(jī)械泵 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 63 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 64 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 主泵為 分子泵 串聯(lián) 機(jī)械泵 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。 ? 鈦泵或?yàn)R射離子泵 做為主泵 ,并聯(lián)或串聯(lián) 分子篩吸附泵 (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 65 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 66 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 用 低溫泵 做為主泵 ,串聯(lián)或并聯(lián) 分子篩吸附泵(預(yù)真空泵 ),構(gòu)成無(wú)油超高真空系統(tǒng)。同樣也可以用 機(jī)械泵 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。 67 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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)組名稱以主泵命名。 ? 高真空機(jī)組 工作真空度 : 10－ 2～ 10－ 3Pa 極限真空度 : 104Pa 組成元件 :油擴(kuò)散泵、機(jī)械泵、高真空閥門、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 ,水壓繼電 器等元件組成的 ,見圖 20所示。 68 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 69 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 中真空油增壓泵機(jī)組 工作真空度 :～ 101Pa 極限真空度 : 102Pa 組成元件 :油增壓泵、真空閥門、捕集器、低真 空截止閥、放氣閥、管道 ,以及電氣 控制盤 ,水壓繼電器等元件組成。 ? 中真空羅茨泵機(jī)組 工作真空度 :～ 103Pa 極限真空度 : 101Pa 組成元件 :與油增壓泵機(jī)組相同。 70 真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 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。 ? 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題： (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。 71 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 72 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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 ,可以專門采用水冷結(jié)構(gòu)加以保護(hù)。 73 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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)。 74 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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)槊恳粋€(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)。 ? 規(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)。 ? 規(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。 75 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 (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 ,使水沿一定路線流動(dòng)。 76 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 課程結(jié)束 謝 謝 ！ 77 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 氣體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)流導(dǎo)的影響 ? 氣體流動(dòng)狀態(tài)的分類 ? 湍流、湍 — 粘滯流、粘滯流之間的判 別式 ? 粘滯流、粘滯 — 分子流和分子流之間 的判別式 78 氣體流動(dòng)狀態(tài)對(duì)流導(dǎo)的影響 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 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) . 79 氣體流動(dòng)狀態(tài)的分類 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 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) :湍流 (又稱紊流、渦流 )。湍 — 粘滯流 。粘滯流 (又稱層流、粘性流、泊稷葉流 )。粘滯 — 分子流 。分子流 (又稱自由分子流、克努森流 )。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)。 80 湍流、湍 — 粘滯流、粘滯流之間的判 別式 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 對(duì)于室溫 20℃ 空氣、湍流、湍 — 粘滯流、粘滯流之間的判別式是 Q2660D 為湍流 Q1450D 為粘滯流 1450DQ2660D 為湍 — 粘滯流 式中 Q— 通過(guò)管道的氣體流量 ,Pam3/s。 D— 管道的內(nèi)徑 ,m. 81 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) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 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 式中 D— 管道的內(nèi)徑 ,m。 － 管道中氣體的平 均壓強(qiáng) ,Pa。 ???????????????????分子流為粘滯為分子流為粘滯流33mPaPDmPamPaPDmPaPDP82 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 流導(dǎo)和流導(dǎo)幾率 流導(dǎo) 流導(dǎo)幾率 ? 流導(dǎo)的計(jì)算 粘滯流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算 分子流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算 83 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 粘滯 — 分子流時(shí) ,圓管對(duì)于室溫空 氣的流導(dǎo)的計(jì)算 管路元件串、并聯(lián)時(shí) ,流導(dǎo)的計(jì)算 串聯(lián)管路的流導(dǎo) 并聯(lián)管路的流導(dǎo) 84 流導(dǎo)和流導(dǎo)幾率 流導(dǎo) 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 流導(dǎo)的定義：在單位壓差下 ,流經(jīng)管路元件氣流 量的大小被稱為流導(dǎo)。 ? 流導(dǎo)的定義式： Q－ 氣流量，單位 Pam３ /s。 P１ P２ － 管路壓強(qiáng)差，單位 Pa。 C－ 流導(dǎo)，單位 m３ /s。 21 PPQC??85 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 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、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)。 86 流導(dǎo)幾率 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 流導(dǎo)幾率的定義：流導(dǎo)幾率也稱為傳輸幾率 ,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 ,更本質(zhì)。 ? 流導(dǎo)幾率的定義式： 式中 pr — 流導(dǎo)幾率； C— 管路元件的流導(dǎo) 。 Cfk— 管路元件入口孔的流導(dǎo)。 )()(bpCCaCCprfkfkr???則87 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)。 粘滯流時(shí)流導(dǎo)的計(jì)算 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六 ? 薄壁孔 粘滯流時(shí)氣體流經(jīng)薄壁孔 ,如圖 4所示 ,當(dāng)P1P2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。 88 真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)