(整理)真空计算公式.

1、精品文档真空计算公式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/P 2 V2/V 12、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/V 2 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 ）1/2733、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 与其绝对温度T 成正比，即：P1/P 2 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、平均自由

2、程： （5 10-3 ）/P （cm）5、抽速：7、真空抽气时间：S dv/d t （ 升 /秒 ）或S Q/P6、通导：8、维持泵选择：Q大气压到流量对于从（托升 /秒1 托抽气）P压强（ 托 ）C Q/S（P维 2-PS1）前 （/1升0 /秒 ）时间计算式：V体积（ 升 ） tt 时间 8V/S （秒 经验公式 ）V 为体积， S 为抽气速率，通常 t 在 510 分钟内选择。9、扩散泵抽速估算：S 3D2 （D 直径cm）11、漏率：10、罗茨泵的前级抽速：S （0.10.2）S 罗 （l/s）12、粗抽泵的抽速选择：精品文档S Q1/P 预 （l/s）S=2.3V lg（P a/P

3、预 ）/tS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）Q漏 V（P2-P1）/（t 2-t 1）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）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

4、恒等的原则有：PnSg PgS 或SgPgs/P nSg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 ）

5、 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（D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

6、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，-d 2）/（24 104） （l/s）式中： Z为旋片数，n

7、 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 0.7DD 为橡胶直径，槽宽C 1.6B17、方形橡胶槽深B 0.8AA 为方形橡胶边长，槽宽C 1.67B水环式真空泵的选择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厂网页真空计算公式。选用真空泵时，需要注意的事项选用真空泵时，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

8、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 10-6 mmH。通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到g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10-310-7mmH，在这g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 10-6 mmH。因而，泵的工g作点应该选在这个范围之内，而不能让它在10-8 mmHg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 10-5 mmHg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

9、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，

10、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。旋片式真空泵工作原理旋片式真空泵（简称旋片泵）是一种油封式机械真空泵。

11、其工作压强范围为1013251.33 10-2（ Pa）属于低真空泵。它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等生产和科研部门。旋片泵可以抽除密封容器中的干燥气体，若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的，对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。旋片泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。 旋片泵多为中小型泵。旋片泵有单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的，以获得较高的真空度。旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下：在入口压强为

12、1333Pa、 1.33Pa 和 1.33 10-1（ Pa） 下， 其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、 50%和 20%。如图为旋片泵的工作原理示意图。旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切 （二者有很小的间隙）， 转子槽内装有带弹簧的二个旋片。 旋转时， 靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、 B、 C三部分， 如图所示。当转子按箭头方向旋转时，与吸气口相通的空间A 的容积是逐渐增大的，正处于吸气过程。而与排气口

13、相通的空间 C 的容积是逐渐缩小的，正处于排气过程。居中的空间 B 的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大（即膨胀）， 气体压强降低，泵的入口处外部气体压强大于空间A 内的压强， 因此将气体吸入。当空间 A 与吸气口隔绝时，即转至空间B 的位置， 气体开始被压缩，容积逐渐缩小，最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，排气阀被压缩气体推开，气体穿过油箱内的油层排至大气中。 由泵的连续运转，达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），由低真空级抽走，再经低真空级压缩后排至大气中，即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担，因而提高了极限真空度

14、。罗茨真空泵工作原理罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵 工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和高真空多级罗 茨泵。一般来说，罗茨泵具有以下特点：在较宽的压强范围内有较大的抽速;起动快，能立即工作；对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；转子不必润滑，泵腔内无油；振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；驱动功率小，机械摩擦损失小；结构紧凑，占地面积小；运转维护费用低。罗茨泵的工作原理：罗茨泵的结构如图所示。在泵腔内，有二个“8”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1 的一对齿轮带动作彼此反

15、向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真空泵需要前级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v 0内，再经排气口排出。由于吸气后v 0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，v 0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v 0中去，使气体压强突然

16、增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。如图为罗茨泵转子由0转到180的抽气过程。在0 位置时（图中a），下转子从泵入口封入v0 体积的气体。当转到45位置时（图中b），该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90位置时（图中c），下转子封入的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵入口封入v 0体积的气体。当转子继续转到135时（图中d），上转子封入的气体与排气口相通，重复上述过程。180（图e）位置和0 位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个v0 体积的气体。水环式真空泵工作原理水环真空泵（简称水环泵）是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为20004

17、000Pa，串联大气喷射器可达 270670Pa。 水环泵也可用作压缩机，称为水环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围为12 105Pa表压力。水环泵最初用作自吸水泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。在工业生产的许多工艺过程中，如真空过滤、真空引水、真空送料、真空蒸发、真空浓缩、真空回潮和真空脱气等，水环泵得到广泛的应用。由于真空应用技术的飞跃发展，水环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。由于水环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，水环泵应用日益增多。如图：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的

18、方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的上部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0 为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因

19、此它属于变容式真空泵。罗茨泵水环泵真空机组工作原理罗茨真空机组在一般情况下，选用水环泵作为前级泵比其它真空泵更为有利，这主要是由于它能够抽除大量的可凝性蒸汽，特别是当气镇油封机械真空泵排除可凝性蒸汽能力不够，或使用的溶剂能使泵油恶化而影响性能，或者是真空系统不允许油污染的时候更为明显。罗茨泵水环泵机组广泛地用于化工、食品升华干燥、高空模拟试验等的抽真空系统中。这类联合机组，大致有如下几种类型。（ 1 ）罗茨泵水环泵：机组中水环泵的作用是造成罗茨泵所需的预备真空，因此要求该水环泵的最大允许排气压力，即是说，一方面要尽量提高水环泵的极限真空，另一方面，也要设法提高罗茨泵的最大允许排气压力。一般情况

20、，单级水环泵极限真空度不高，而目前我国生产的罗茨泵要求的预真空又较高，故实际上不用单级水环泵作为罗茨泵的前级泵，而用能提高极限真空度的双级水环泵作为前级泵使用，采用双级水环泵，还可以提高机组的极限真空度。一台罗茨泵的极限真空度是较低的，特别是当它与水环泵组合运行时，使用范围受到限制，整个机组的极限真空度可能更低，但若用两台罗茨泵串联再与水环泵组合，就能大大提高机组的极限真空度。故在这种类型里通常见到的是两台罗茨泵串联后再用双级水环泵作前级泵（图 1 ） 组成机组。（ 2）罗茨泵水环泵大气泵机组：即使采用双级水环泵，极限真空度的提高也只是在一定的范围之内，这是因为受到水的饱和蒸汽压的限制。水环泵

21、的理论极限压力就是水的饱和蒸汽压。如果考虑气体返流等因素的影响，实际上水环泵的极限压力显著比该水温上的饱和蒸汽压力为高。为了提高前级泵的极限真空度，还可以使水环泵与大气泵组合使用。见 图 2。这样，串联一级大气泵后的极限真空度可达2030Torr, 如果水环泵与二级大气泵组合，则极限真空可达 210Torr 。（ 3）罗茨泵水环泵并联机械真空泵：此机组主要用于需要处理大量水蒸汽，且极限真空度要求较高的抽真空系统，例如在真空干燥方面。要求处理大量水蒸汽的真空系统中，使用水环泵是较合适的，但由于其极限真空度不高，致使整个机组的极限真空度较低。虽然在要求真空度较高的抽真空系统中，需要极限真空较高的机

22、械真空泵作为前级泵使用。但由于水环泵的耗电量大，效率很低，噪声高，在需要长时间的真空干燥系统中，用水环泵作为罗茨泵前级泵很不经济。在上述情况下，可将气镇机械真空泵与水环泵并联，作为罗茨泵的前级泵。真空干燥时，先用水环泵进行预抽，直至水蒸汽大量减少时，再开动气镇机械真空泵，切断水环泵。如需要较长时间才能完成干燥的场合，所需冷却水和功率都较少，如图 3 所示。罗茨泵水环泵机组的运行（ 1 ）机组前装冷凝器为了尽量使机组的体积小些，可设法使待抽的蒸汽在进入泵机组之前冷凝，这样剩下来的就是非可凝性气体和微量残余蒸汽。气体降温后在相同压力下体积也减小。所以冷凝后所需抽气量减小，相应地泵也可 以选得小一些

23、。采用哪种方式较经济？应视其具体情况而定，举例说明如下：冷凝蒸汽有两种方式：一种是安装一台冷却装置，另一种是在机组的高压级中装一台冷凝器，以便能用普通的水冷却。其系统需要每小时抽除50kg 的水蒸汽量，在吸入压力为1Torr 时的容积流量为50000m3/h。1 ） 要抽吸上述的水蒸汽量，需要三个罗茨泵串联，并用一台水环泵作前级组成的机组，该机组的总功率90kW。2 ）为了使蒸汽在到达真空泵之前冷凝，就要在位于A处装一个冷凝器和一个功率为30000kcal/h 的冷却装置，如图 4 所示。在1Torr 的吸入压力下，水蒸汽的冷凝温度均为-19 ， 为了能保证连续工作，应取冷凝装置的冷凝温度为-

24、25 ， 且并联安装2 台冷凝器。根据非冷凝气体的组成部分计算得，真空泵的抽气量就可以降低到10002000m3/h，总机组（包括冷凝器的消耗功率）的功率同样是90kW。3 ）先用罗茨泵抽出水蒸汽，并在45Torr 压力下进行冷凝，该压力下有的冷凝温度约为36，于是可使冷凝器的冷凝温度保持在3035 之间，可用普通冷却水冷却。冷凝器设在B处。这时总功率的消耗为 75kW左右。通过上述三组方式的比较可知，第三种方案最好，可减少15kW的动力消耗。综上所述，水蒸汽冷却后只剩下非可凝性气体。在压力很低时，水蒸汽的比容相当大，这些可凝性蒸汽冷凝后，泵所需要的抽气量显然就大为降低了。另外，不论蒸汽是否冷

25、凝，在同样压力下只要气体温度降低，其容积流量就会减少。例如化工流程中200300温度的气体并不少见。若从300冷却到50之后，干燥空气的容积减少45%左右，这样就可以选择较小容量的抽气真空泵机组装置。（ 2）机组的操作顺序：1 ）机组中无旁通阀时，应先开动水环泵，被抽系统中的气体由罗茨泵（气体推动罗茨泵转子自行转动，如同流量计一般）进入水环泵后再排至大气，待水环泵的吸入压力（如串联有大气泵，则为大气泵的吸入压力）达到罗茨泵的起初规定值时（即允许排气压力），始启动罗茨泵，机组正式运转，开始工作。2）机组中有旁通阀时，如图 5 所示，先启动水环泵，接着开动罗茨泵，此时，罗茨泵进排气压差较大，旁通阀

26、自动开启，被抽容器中的气体一部分经过旁通阀进入水环泵，另一部分在罗茨泵的作用下通过该泵也进入水环泵，显然抽气速率增加，这样很快达到罗茨泵的预真空，进排气压差较小，阀门自动关闭（或人工关闭），机组正式工作。这种方法能大大缩短预抽时间，但设备较复杂。3）机组罗茨泵前级泵性能关系机组的性能与罗茨泵的性能密切相关，而罗茨泵的性能又随前级泵的不同而有所不同。1 ）由于罗茨泵的转子与转子之间、转子与壳体之间存在着间隙，因此有返流存在，而这种返流受进口压力和出口压力的影响，即使是同一台罗茨泵，使用不同的前级泵时，其抽气速率也会有所不同。罗茨泵的抽气速率可由下式确定： 0（P 2/P 1/K）式中： 0设计的

27、抽气速率；P 1进口压力；P 2出口压力；K 固有常数，由该泵转子的形状、间隙量、转子圆周速度和出口压力来确定。由上式可知，抽气量受到出口压力与进口压力之比的影响，亦即若增加前级泵的抽气速率，那么罗茨泵的抽气速率也会增大。（ 2）极限压力由泵的抽气速率，各间隙的返流量，泵体泄漏量及高真空侧的放气量所决定。即：P0 （Q1+Q2+Q3）/ 式中：P0极限压力； 抽气速率；Q 1返流量；Q 2泄漏量；Q 3放气量。在这些参数中，Q1 受排气压力即前级泵的极限压力的影响很大，在用水环泵作前级泵时，罗茨泵的极限压力随水环的饱和蒸汽压的不同而不同。图 6 是用同一台罗茨泵配不同的前级泵时的性能比较。从图

28、可见，前级泵的极限真空度愈高时，机组的极限真空度也随之增高；两级罗茨泵串联使用，则能提高机组的极限真空度（实质上就是前一个罗茨泵为后一个罗茨泵的前级泵），且性能曲线平缓扩大，也即使用的范围扩大（由曲线1 与2，曲线3 与 5 的比较而得）。机组1、 2 的曲线大致相同。同样，机组3、4、 5 的曲线也有相同之处。然而1、 2 机组曲线和3、 4、 5 机组曲线却是完全不同的两组曲线。这说明对于同一罗茨泵而言，选用不同的前级泵时，其机组的性能曲线有本质的差异。由此可见，前级泵对机组性能有相当大的影响。( 4)水环泵的选择所谓水环泵就是用水作为液环的液环泵，用水作液环有很多优点，如价廉、易得、不会污染环境等。但也有一个很大缺点，由于水的饱和蒸汽压高，使得水环泵的吸入压力也高。这时如改用饱和蒸汽压低的液体作为液环，则可提高泵的极限真空度。如果某机组中罗茨泵最大允许的排气压力为10Torr ，则用水作液环时还须加大气泵才能作为该罗茨泵的前级泵，若改用矿物油作液环则不加大气泵即可作