真空泵的选型及常用计算公式

真空泵选型真空泵选型 真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子 降低真空室内的气体压力 使之 达到要求的真空度 概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围 至今为止 还没有一 种真空系统能覆盖这个范围 因此 为达到不同产品的工艺指标 工 作效率和设备工作寿命要求 不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置 为达到最佳配置 选择真空系统时 应考虑下述各点 确定工作真空范围 首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度 因为每一 种工艺都有其适应的真空度范围 必须认真研究确定之 确定极限真空度 在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度 因为系 统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度 一般来讲 系统的极限真空度 比系统的工作真空度低 20 比前级泵的极限真空度低 50 被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量 因为如果被抽气体种类与泵内液体 发生反应 泵系统将被污染 同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中 产生的气体量 真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间 真空管道的流阻与泄漏 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率 主真空泵的选择计算 S 2 303V tLog P1 P2 其中 S 为真空泵抽气速率 L s V 为真空室容积 L t 为达到要求真空度所需时间 s P1 为初始真空度 Torr P2 为要求真空度 Torr 例如 V 500L t 30s P1 760Torr P2 50Torr 则 S 2 303V t Log P1 P2 2 303x500 30 xLog 760 50 35 4L s 当然上式只是理论计算结果 还有若干变量因素未考虑进去 如管道流阻 泄漏 过滤器的流阻 被抽气体温度等 实际上还应当将安全系数考虑在内 目前工业中应用最多的是水环式真空泵和旋片式真空泵等 一般的要求是 1 真空度 真空容积 主要介质 温度 主要容积类设备 2 真空流入介质及流量 压力 温度 规律 3 抽气量 抽出气体介质 温度 4 真空设备的占地面积 自动化程度 真空管道规格 选用真空泵时需要注意事项 选用真空泵时需要注意事项 1 真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求 如 真空 镀膜要求 1 10 5mmHg 的真空度 选用的真空泵的真空度至少要 5 10 6mmHg 通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级 2 正确地选择真空泵的工作点 每种泵都有一定的工作压强范围 如 扩散泵 为 10 3 10 7mmHg 在这样宽压强范围内 泵的抽速随压强而变化 其稳定的 工作压强范围为 5 10 4 5 10 6mmHg 因而 泵的工作点应该选在这个范围之 内 而不能让它在 10 8mmHg 下长期工作 又如钛升华泵可以在 10 2mmHg 下 工作 但其工作压强应小于 1 10 5mmHg 为好 3 真空泵在其工作压强下 应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量 4 正确地组合真空泵 由于真空泵有选择性抽气 因而 有时选用一种泵不能 满足抽气要求 需要几种泵组合起来 互相补充才能满足抽气要求 如钛升华 泵对氢有很高的抽速 但不能抽氦 而三极型溅射离子泵 或二极型非对称阴 极溅射离子泵 对氩有一定的抽速 两者组合起来 便会使真空装置得到较好 的真空度 另外 有的真空泵不能在大气压下工作 需要预真空 有的真空泵 出口压强低于大气压 需要前级泵 故都需要把泵组合起来使用 5 真空设备对油污染的要求 若设备严格要求无油时 应该选各种无油泵 如 水环泵 分子筛吸附泵 溅射离子泵 低温泵等 如果要求不严格 可以选择 有油泵 加上一些防油污染措施 如加冷阱 障板 挡油阱等 也能达到清洁 真空要求 6 了解被抽气体成分 气体中含不含可凝蒸气 有无颗粒灰尘 有无腐蚀性等 选择真空泵时 需要知道气体成分 针对被抽气体选择相应的泵 如果气体中 含有蒸气 颗粒 及腐蚀性气体 应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备 如冷凝器 除尘器等 7 真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何 如果环境不允许有污染 可以选 无油真空泵 或者把油蒸气排到室外 8 真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响 若工艺过程不允许 应选择无振动的泵或者采取防振动措施 9 真空泵的价格 运转及维修费用 这个化工手册有公式的 可以去查下 S QRT P M S 是抽气率 Q 是系统漏气量 放气量 T 是温度 P 系统压力 M 是系统气体分 子量 真空计算常用公式 1 玻义尔定律 体积 V 压强 P P V 常数 一定质量的气体 当温度不变时 气体的压 强与气体的体积成反比 即 P1 P2 V2 V1 2 盖 吕萨克定律 当压强 P 不变时 一定质量的气体 其体积 V 与绝对温度 T 成正比 V1 V2 T1 T2 常数 当压强不变时 一定质量的气体 温度每升高 或 P 降低 1 则它的体积 比原来增加 或缩小 1 273 3 查理定律 当气体的体积 V 保持不变 一定质量的气体 压强 P 与其他绝对温度 T 成正比 即 P1 P2 T1 T2 在一定的体积下 一定质量的气体 温度每升高 或降低 1 它的压 强比原来增加 或减少 1 273 4 平均 程 5 10 3 P cm 5 抽速 S dv dt 升 秒 或 S Q P Q 流量 托 升 秒 P 压强 托 V 体积 升 t 时间 秒 6 通导 C Q P2 P1 升 秒 7 真空抽气时间 对于从大气压到 1 托抽气时间计算式 t 8V S 经验公式 V 为体积 S 为抽气速率 通常 t 在 5 10 分钟内选择 8 维持泵选择 S 维 S 前 10 9 扩散泵抽速估算 S 3D2 D 直径 cm 10 罗茨泵的前级抽速 S 0 1 0 2 S 罗 l s 11 漏率 Q 漏 V P2 P1 t2 t1 Q 漏 系统漏率 mmHg l s V 系统容积 l P1 真空泵停止时系统中压强 mmHg P2 真空室经过时间 t 后达到的压强 mmHg t 压强从 P1 升到 P2 经过的时间 s 12 粗抽泵的抽速选择 S Q1 P 预 l s S 2 3V lg Pa P 预 t S 机械泵有效抽速 Q1 真空系统漏气率 托 升 秒 P 预 需要达到的预真空度 托 V 真空系统容积 升 t 达到 P 预时所需要的时间 Pa 大气压值 托 13 前级泵抽速选择 排气口压力低于一个大气压的传输泵如扩散泵 油增压泵 罗茨泵 涡 轮分子泵等 它们工作时需要前级泵来维持其前级压力低于临界值 选用的前 级泵必须能将主泵的最大气体量排走 根据管路中 各截面流量恒等的原则有 PnSg PgS 或 Sg Pgs Pn Sg 前级泵的有效抽速 l s Pn 主泵临界前级压强 最大排气压强 l s Pg 真空室最高工作压强 托 S 主泵工作时在 Pg 时的有效抽速 l s 14 扩散泵抽速计算公式 S Q P K n P t 升 秒 式中 S 被试泵的抽气速率 l s n 滴管内油柱上升格数 格 t 油柱上升 n 格所需要的时间 秒 P 在泵口附近测得的压强 托 K 滴管系数 托 升 秒 K V0 L n 0 m Pa Vt 其中 V0 滴管和真空胶管的原始容积 升 L 滴管刻度部分的长度 mm n 滴管刻度部分的格数 格 0 油的比重 克 厘米 3 m 汞的比重 克 厘米 3 Pa 当地大气压强 托 Vt 滴管的刻度上的一格的对应的容积 升 格 15 旋片真空泵的几何抽速计算公式 S ZnLKv D2 d2 24 104 l s 式中 Z 为旋片数 n 为转速 转 分 L 为泵腔长度 D 为泵腔直径 d 为 转子直径 cm Kv 为容积利用系数 一般取 95 16 O 型橡胶槽深 B 0 7D D 为橡胶直径 槽宽 C 1 6B 17 方形橡胶槽深 B 0 8A A 为方形橡胶边长 槽宽 C 1 67B 选用真空泵时 需要注意下列事项 1 真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求 如 真 空镀膜要求 1 10 5mmHg 的真空度 选用的真空泵的真空度至少要 5 10 6mmHg 通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级 2 正确地选择真空泵的工作点 每种泵都有一定的工作压强范围 如 扩散 泵为 10 3 10 7mmHg 在这样宽压强范围内 泵的抽速随压强而变化 其稳定 的工作压强范围为 5 10 4 5 10 6mmHg 因而 泵的工作点应该选在这个范围 之内 而不能让它在 10 8mmHg 下长期工作 又如钛升华泵可以在 10 2mmHg 下工作 但其工作压强应小于 1 10 5mmHg 为好 3 真空泵在其工作压强下 应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量 4 正确地组合真空泵 由于真空泵有选择性抽气 因而 有时选用一种泵不 能满足抽气要求 需要几种泵组合起来 互相补充才能满足抽气要求 如钛升 华泵对氢有很高的抽速 但不能抽氦 而三极型溅射离子泵 或二极型非对称 阴极溅射离子泵 对氩有一定的抽速 两者组合起来 便会使真空装置得到较 好的真空度 另外 有的真空泵不能在大气压下工作 需要预真空 有的真空 泵出口压强低于大气压 需要前级泵 故都需要把泵组合起来使用 5 真空设备对油污染的要求 若设备严格要求无油时 应该选各种无油泵 如 水环泵 分子筛吸附泵 溅射离子泵 低温泵等 如果要求不严格 可以 选择有油泵 加上一些防油污染措施 如加冷阱 障板 挡油阱等 也能达到 清洁真空要求 6 了解被抽气体成分 气体中含不含可凝蒸气 有无颗粒灰尘 有无腐蚀性 等 选择真空泵时 需要知道气体成分 针对被抽气体选择相应的泵 如果气 体中含有蒸气 颗粒 及腐蚀性气体 应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助 设备 如冷凝器 除尘器等 7 真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何 如果环境不允许有污染 可以 选无油真空泵 或者把油蒸气排到室外 8 真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响 若工艺过程不允许 应选择无振动的泵或者采取防振动措施 9 真空泵的价格 运转及维修费用 水环式真空泵的选择 一 泵类型的确定 泵的类型主要由工作所需的气量 真空度或排气压力而定 泵工作时 需要注意以下两个方面 尽可能要求在高效区内 也就是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行 应避免在最大真空度或最大排气压力附近运行 在此区域内运行 不仅效率极 低 而且工作很不稳定 易产生振动和噪音 对于真空度较高的真空泵而言 在此区域之内运行 往往还会发生汽蚀现象 产生这种现象的明显标志是泵内 有噪音和振动 汽蚀会导致泵体 叶轮等零件的损坏 以致泵无法工作 根据以上原则 当泵所需的真空度或气体压力不高时 可优先在单级泵中 选取 如果真空度或排气压力较高 单级泵往往不能满足 或者 要求泵在较 高真空度情况下仍有较大气量 即要求性能曲线在较高真空度时较平坦 可选 用两级泵 如果真空度要求在 710mmHg 以上 可选用水环 大气泵或水环 罗茨真空机组作为抽真空装置 如果只作真空泵用 则选用单作用泵比较好 因为单作用泵的构造简单 容易制造和维护 且在高真空情况下抗汽蚀性好 如果仅作较大气量的压缩机使用 则选用双作用的泵比较合适 因为双作用泵 的气量大 体积小 重量轻 径向力能得到自动平衡 轴不容易产生疲劳断裂 泵的使用寿命较长 二 根据系统所需的气量选择真空泵 初步选定了泵的类型之后 对于真空泵 还要根据系统所需的气量来选用 泵的型号 关于真空泵的抽速选择及抽气时间计算可参照我公司网页 面对各种型式的水环式真空泵及压缩机 我们特将其各自特点收集如下 以利 于用户选型 代号 主要特点 极限真空度 mmHg 工作真空度 mmHg 抽速范围 m3 min 密封形式 sk 国内设计单级水环真空泵 结构简单 维修方便 目前国内主流的低真 空水环式真空泵 700 300 650 0 15 120 盘根 机械密封 2sk 国内设计双级水环真空泵 相当于两台 SK 水环泵串联使用 比较单级 水环泵具有真空度高及高真空下抽速较大的特点 目前国内主流水环式真空泵 735 300 700 1 5 30 盘根 机械密封 2BV 采用西门子先进技术 机泵同轴 结构紧凑 效率高 真空度高 性 能稳定 将逐渐替代 SK 2SK 系列 0 4 6m3 min 抽速的水环真空泵 735 300 700 0 45 8 33 机械密封 2BE1 采用西门子先进技术 效率高 真空度高 性能稳定 将逐渐替代 SK 2SK 系列 6 120m3 min 抽速的水环真空泵 735 640 300 700 300 600 5 400 盘根 机械密封 SZ 50 年代苏联技术 效率低