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真空泵抽速和真空機組配置的幾個問題

發布日期:2018-01-06 作者:admin 點擊:

  一、泵的抽速定義為在一定的吸入壓力下,單位時間通過泵口被抽除的氣體的體積。一個完正的真空系統,不論是為了何種應用,都應有一個需要抽成真空的容器或室體,一套真空機組,也可能是一臺真空泵,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的部件,對氣體的流動都有一定的阻礙作用。反過來說它們對氣體的流動都有一定的通導能力,這種能力稱之為流導。這在氣體的流動中是一個很重要的概念,它的定義為單位壓差下的流量。氣體的自然流動總是從高壓流向低壓,上述任一部件,當兩端的壓力分別為P1、P2時,而流過的氣體量為Q,則該部件流導

  U=Q/(P1-P2)

  不同的真空系統部件的流導可以通過計算、模擬、測量等方法確定,它除了與幾何形狀有關外,還與氣體的流動狀態有關。不同部件的流導是可以進行串并聯的。


真空系統


  根據真空基本方程,可從數學上得到兩個極端的結果,即當流導U非常大時,真空室的有效抽速S0可以近似等于泵的抽速S;當泵的抽速S非常大時,或者流導U非常小時,真空室的有效抽速S0近似等于流導U。上述結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過流導U(即管道、閥門等)才能被真空泵抽除,只不過被抽除的氣體從真空室抽氣口向泵口運動過程是從高壓向低壓的流動,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制流動。如流導U非常大,即通過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,這也就是相對于泵的抽速流導U非常小,此時泵的實際抽氣能力并不決定于它的抽速大小而決定于氣體通過流導U的能力,流導的數值恰為泵的有效抽速S0。


  為了盡量發揮泵的抽氣能力,最大限度的加大流導U是最有效的方法,但往往難于實現。而一味增大泵的抽速更不切實際。所以采用晝量大的流導和選用晝量大的抽速的泵就非常值得權衡。從真空基本方程可以知道,有效抽速S0隨S或U都是單調遞增的函數。真空基本方程描述的內容并不深奧,但也沒有淺顯到可以作為每個人的常識,所以在不少的應用領域,用戶往往忽略流導對泵抽速的限制,而造成真空技術應用的效果大受影響。


  二、對于一個沒有漏氣,也沒有放氣的真空系統如真空室體積為V,真空室有效抽速為S0,則隨著抽氣的過程,真空室內壓力隨時間遵從如下的變化規律

  以上規律揭示,每經過約的時間,真空室內壓力降低一個數量級,顯然t越小,壓力下降越快,當V一定時,有效抽速S0越大,才能越小。

  然而沒有一個真空系統是不漏氣,不放氣的,即使真的不漏氣,放氣總是存在的,實際上(3)式反映的是泵在抽除真空室內空間氣體的過程中壓力的變化規律。當壓力較高時,系統的漏氣量和放氣量相對空間的氣體量較小時,其影響可以忽略,可以認為近似滿足不漏氣和不放氣的條件,也就是(3)的規律能近似成立。當壓力較低時,系統的漏氣量和放氣量不可忽略甚至成為主要的氣體負載時,(3)的規律就要發生偏離,表現在壓力下降變為緩慢,一般發生這一轉變的壓力在0.5Pa左右,因此一個真空系統典型的抽氣過程先是壓力下降很快,到某一壓力開始變慢。由于一個合格的真空系統對其漏率有嚴格的要求,所以放氣是影響系統壓力降低的主要因素,而放氣是一個緩慢的過程,即使采用烘烤等強化措施,要達到某一預定的壓力,往往要經過很長的時間。


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