第五章真空系统设计2ppt课件

1、第五章、真空系统设计第五章、真空系统设计主要内容：n1、真空系统的组成、真空系统的组成n2、真空系统元件及衔接、真空系统元件及衔接n3、真空系统中常用资料、真空系统中常用资料n4、真空卫生、真空卫生n5、真空系统的设计计算、真空系统的设计计算1、真空系统的组成、真空系统的组成n1.1真空技术系统图用图形符号：真空技术系统图用图形符号：阀门阀门热偶规热偶规分散泵分散泵冷阱冷阱Vacuum System Schematic SymbolsHand Operated Valve.Gate Valve.Pneumatic Gate Valve.Leak Valve.Butterfly Valve.Pn

2、eumatic Butterfly.Bellows.Sorption Trap.Vacuum Gauge.Rotary PumpTurbomolecular Pump.Ti Sublimation Pump.Ion Pump.Cryo Pump.n1.2 真空系统的构成真空系统的构成n真空系统是由真空容器、获得真空、丈量真空、控制真空真空系统是由真空容器、获得真空、丈量真空、控制真空等组件组成。等组件组成。n较完好的真空系统：较完好的真空系统：n真空室真空室n所需的真空泵或真空机组：所需的真空泵或真空机组：n真空丈量安装真空丈量安装n衔接导管衔接导管n捕集器捕集器n真空阀门真空阀门n其他真空元

3、件及电气控制系统其他真空元件及电气控制系统将真空泵与相应的真空元件按将真空泵与相应的真空元件按其性能要求组合起来构成的抽其性能要求组合起来构成的抽气安装气安装p低真空抽气机组特点：任务压强高、排气量大、低真空抽气机组特点：任务压强高、排气量大、抽速比高真空机组低。抽速比高真空机组低。p中真空机组特点：大抽速、获得中真空中真空机组特点：大抽速、获得中真空p高真空机组特点：任务压强较低、排气小、抽高真空机组特点：任务压强较低、排气小、抽速大速大p超高真空机组特点：任务压强极低、资料的出超高真空机组特点：任务压强极低、资料的出气率很小、漏气率很小、能高温烘烤气率很小、漏气率很小、能高温烘烤1.3 典

4、型的真空系统典型的真空系统1、真空室，、真空室，2、真空计，、真空计，3、管道，管道，4、阀门，、阀门，5、机械泵。、机械泵。1.4 真空系统的根本操作规测真空系统的根本操作规测n启动油封机械泵时，首先保证转子方向正确、油位符合要求；启动油封机械泵时，首先保证转子方向正确、油位符合要求；n油封机械泵停顿时，防止压差返油；油封机械泵停顿时，防止压差返油；n不要让机械泵任务到极限压强；不要让机械泵任务到极限压强；n不要让油封机械泵在大气压强下或较高压强下长时间任务；不要让油封机械泵在大气压强下或较高压强下长时间任务；n在分散泵通大气之前，应将泵油冷却到平安温度，防止高温下油氧化；在分散泵通大气之前

5、，应将泵油冷却到平安温度，防止高温下油氧化；n高真空泵在任务之前，先要开启水冷；高真空泵在任务之前，先要开启水冷；n运用电离计时，应在真空室压强低于运用电离计时，应在真空室压强低于1.3310-1Pa，才接通电离计；，才接通电离计；n真空系统停顿任务时，应将系统内的各元件包括真空室都坚持真空真空系统停顿任务时，应将系统内的各元件包括真空室都坚持真空形状下封存，但机械泵要通大气；形状下封存，但机械泵要通大气；2、真空系统元件及衔接、真空系统元件及衔接n真空元件真空元件:n真空室、真空泵、真空丈量安装、衔接导管、真空阀门、真空室、真空泵、真空丈量安装、衔接导管、真空阀门、捕集器阱、除尘器、真空继电

6、器捕集器阱、除尘器、真空继电器n真空阀门真空阀门n密封衔接密封衔接2.1 真空阀门真空阀门真空阀门的作用：真空阀门的作用：开关气路开关气路控制气流大小控制气流大小定量充气。定量充气。阀门的开合阀门的开合真空阀门的任务方式：真空阀门的任务方式：隔膜阀、球阀、蝶阀、插板阀、挡隔膜阀、球阀、蝶阀、插板阀、挡板阀、翻板阀、针阀、板阀、翻板阀、针阀、超高真空阀、无油玻璃真空阀超高真空阀、无油玻璃真空阀电磁阀，手动阀、气动阀电磁阀，手动阀、气动阀典型的真空阀任务方式：典型的真空阀任务方式：直角阀直角阀直通阀直通阀球阀球阀蝶阀蝶阀典型的真空阀任务方式：典型的真空阀任务方式：直角阀直角阀直通阀直通阀球阀球阀蝶

7、阀蝶阀可调流量控制器可调流量控制器漏阀放气阀漏阀放气阀2.2 密封密封n密封资料密封资料密封材料密封材料工作温度范工作温度范围围/适用真空区适用真空区域域密封材料密封材料工作温度范工作温度范围围/适用真空区适用真空区域域天然橡胶天然橡胶-3090低、中真空低、中真空铅铅-200170高真空高真空丁基橡胶丁基橡胶-30130低、中、高低、中、高真空真空铝铝-200-350超高真空超高真空丁腈橡胶丁腈橡胶-30130低、中、高低、中、高真空真空银银-200450超高真空超高真空氟橡胶氟橡胶-30240高、超高真高、超高真空（少用）空（少用）铜铜-200500超高真空超高真空硅橡胶硅橡胶-10026

8、0低、中真空低、中真空金金-200500超高真空超高真空聚四氟乙烯聚四氟乙烯-150250高、超高真高、超高真空（少用）空（少用）真空阀门的胶垫密封构造真空阀门的胶垫密封构造正压强的正压强的O-ring密封密封其它其它O-ring密封密封快速接头组件快速接头组件n橡胶密封资料的根本要求n光华外表；无划伤；无裂纹；具有低的出气率、挥发率和透气率；n良好的耐热性、耐油性、抗老化才干、耐紧缩形变0.65真空阀门的金属垫密封真空阀门的金属垫密封金属垫金属垫各式金属嵌入密封各式金属嵌入密封Materials Ag, In, Al, Au, Cu, Alloyn优点优点n放气远小于橡胶；放气远小于橡胶；n

9、气体浸透低气体浸透低n耐高温耐高温n缺陷缺陷n金属密封圈弹性差，需求很大的密封力才干保证可金属密封圈弹性差，需求很大的密封力才干保证可靠的真空密封靠的真空密封n反复运用性很差，有些金属密封圈只能运用一次反复运用性很差，有些金属密封圈只能运用一次n法兰密封面和刀口的粗糙度和配合精度要求高，很法兰密封面和刀口的粗糙度和配合精度要求高，很小的伤痕都能破坏密封，大尺寸法兰加工困难。小的伤痕都能破坏密封，大尺寸法兰加工困难。n密封圈和法兰资料的线膨胀系数相差较大，加热不密封圈和法兰资料的线膨胀系数相差较大，加热不均匀或密封构造设计得不正确，会引起部分变形而均匀或密封构造设计得不正确，会引起部分变形而呵斥

10、漏气呵斥漏气真空阀门的金属垫密封的优缺陷真空阀门的金属垫密封的优缺陷2.3 真空衔接及密封真空衔接及密封n真空法兰真空法兰Vacuum Flanges)衔接衔接n动密封衔接动密封衔接n引入接口引入接口Fittings n VCR、VCO、 NPT、快速接头、快速接头、底板密封式底板密封式Baseplate接头、接头、测试用圆端口及软管接头测试用圆端口及软管接头 n察看窗察看窗Viewports 穿通密封件穿通密封件 (Feedthroughs) 穿通密封件是一种可以穿过真空腔壁来传输各种电功率、电信号、运动、运转、流体及光束等的密封器件。电穿通密封件:电穿通密封件，包括各种不同规格的接口、耐压

11、及载流目的。电穿通密封件主要分为以下四种：功率式，同轴信号式，热电偶式，陶瓷隔离式。 流体穿通密封件:传送液体或气体到真空腔室内的设备，目的通常是为了散热冷却，或提供动力给气动或液压驱动的安装。 传动式穿通密封件: 传动式穿通密封件是一种精细的操作安装，可用来挪动或定位真空室内的物体。光学式穿通密封件(Viewports)是安装在真空腔壁上的特定的玻璃窗口，其用途包括：可让操作员察看真空室内的操作过程；透过特定波长的光束进展物理或化学反响；丈量在工艺中放射出来的光波或其他电磁波；或监控某特定波长的光学效应(椭圆偏光丈量术)等。磁流体磁流体 转轴转轴转动裝置转动裝置利用弯曲的伸缩管转动传送利用弯

12、曲的伸缩管转动传送线性传动线性传动利用伸缩管进展倾斜操作利用伸缩管进展倾斜操作n光学资料可选Kodial玻璃、石英、蓝宝石、特殊玻璃资料(例如硒化锌，氟化镁等)及有光学镀层的7980高纯熔融石英公用于传输激光。 3、真空卫生、真空卫生n4.1资料外表常见的污染方式资料外表常见的污染方式n4.2 资料外表净化资料外表净化n4.3外表净化处置的根本方法外表净化处置的根本方法n4.4 放电清洗放电清洗n4.5气体冲洗气体冲洗n4.6 非金属资料的清洗非金属资料的清洗n4.7清洗的根本程序清洗的根本程序n4.8清洗本卷须知清洗本卷须知n4.9清洁零件的存放清洁零件的存放3.1资料外表常见的污染方式资料

13、外表常见的污染方式n环境空气中的尘埃和抛光残渣及其它有机物等；环境空气中的尘埃和抛光残渣及其它有机物等；n水基类水基类:操作者的手汗、吹气时的水汽、唾液等；操作者的手汗、吹气时的水汽、唾液等；n外表氧化物：资料长期放置在空气中或放置在潮湿空外表氧化物：资料长期放置在空气中或放置在潮湿空气中所构成的外表氧化物；气中所构成的外表氧化物；n酸、碱、盐类物质：清洗时的剩余物质、手汗、水中酸、碱、盐类物质：清洗时的剩余物质、手汗、水中的矿物质等；的矿物质等；n油脂：加工、装配、操作时沾染上的光滑剂、切削液、油脂：加工、装配、操作时沾染上的光滑剂、切削液、真空油脂等。真空油脂等。3.2 资料外表净化资料外

14、表净化n外表净化：在真空工艺进展前，先从工件或系统资料外表外表净化：在真空工艺进展前，先从工件或系统资料外表去除所不期望的物质的过程去除所不期望的物质的过程n净化的目的：为了改良真空系统中一切器壁和其他组件外净化的目的：为了改良真空系统中一切器壁和其他组件外表在各任务条件下的任务稳定性表在各任务条件下的任务稳定性n清洁外表的分类：原子级清洁外表；工艺技术上的清洁外清洁外表的分类：原子级清洁外表；工艺技术上的清洁外表。表。3.3外表净化处置的根本方法外表净化处置的根本方法n溶剂清洗最普遍溶剂清洗最普遍n 软化水或含水系统；无水有机溶剂；石油分馏物；乳状软化水或含水系统；无水有机溶剂；石油分馏物；

15、乳状液或溶剂蒸气；金属清洗剂液或溶剂蒸气；金属清洗剂n超生清洗去除较强粘附污染超生清洗去除较强粘附污染n n蒸气脱脂清洗简单、大批量蒸气脱脂清洗简单、大批量n 去除基片外表油脂膜和类油脂膜等氢化物去除基片外表油脂膜和类油脂膜等氢化物n电解侵蚀清洗电解侵蚀清洗n 缩短侵蚀时间，减少溶液的耗费量缩短侵蚀时间，减少溶液的耗费量 n加热和辐照清洗加热和辐照清洗n 将工件放置于常压或真空中加热，促使外表上的挥发杂将工件放置于常压或真空中加热，促使外表上的挥发杂质蒸发来到达清洗的目的。质蒸发来到达清洗的目的。3.4 放电清洗放电清洗 运用于高真空、超高真空系统的清洗除气。3.5 气体冲洗气体冲洗 氮气冲洗

16、：在系统中通入枯燥的氮气，由于氮气在资料外表吸附时，吸附热小，吸留时间短。3.6 非金属资料的清洗非金属资料的清洗n玻璃陶瓷的清洗玻璃陶瓷的清洗n 溶剂清洗溶剂清洗n塑料与橡胶的清洗塑料与橡胶的清洗n 特殊清洗特殊清洗n污染物确实定污染物确实定n清洗方法确实定清洗方法确实定n清洗溶剂的选择清洗溶剂的选择3.7 涤清洗的根本程序涤清洗的根本程序3.8 清洗本卷须知清洗本卷须知n有序操作有序操作3.9 清洁零件的存放清洁零件的存放n尽能够缩短暴露大气；尽能够缩短暴露大气；n储存容器必需与零件一样清洁；储存容器必需与零件一样清洁；n已净化的零件严禁用手触摸。已净化的零件严禁用手触摸。4、真空系统的设

17、计计算、真空系统的设计计算n4.1 气体负荷的计算气体负荷的计算n真空室内总气体负荷真空室内总气体负荷n漏气流量的计算漏气流量的计算n放气流量的计算放气流量的计算n方法方法 浸透气体流量的计算浸透气体流量的计算n工艺工程中真空室内产生的气体流量的计算工艺工程中真空室内产生的气体流量的计算n4.2 抽气时间和压强的计算抽气时间和压强的计算n低真空抽气时间的计算低真空抽气时间的计算n高真空抽气时间的计算高真空抽气时间的计算n真空室的极限压强真空室的极限压强n真空室的任务压强真空室的任务压强n抽气过程中真空室的压强抽气过程中真空室的压强n4.3真空泵的选择与匹配计算真空泵的选择与匹配计算n主泵的选择

18、与计算主泵的选择与计算n前级真空泵前级真空泵(预抽泵预抽泵)的选择与计算的选择与计算n4.4 真空系统的构造设计真空系统的构造设计n4.5 真空系统的安装调试与操作维护真空系统的安装调试与操作维护4、真空系统的设计计算、真空系统的设计计算事例:n 设计一台有油真空系统。真空室的直径为100cm容积为V1.5m3，内外表积为7.5m2。真空室资料为不锈钢 1小时后的出气率为2.310-5 Pa.L/(s2)， 2时后的出气率为1.510-5PaL(s2)。n真空室任务压强为p1.310-3Pa，n真空室工艺过程中放出的气体量Q11.3 PaL/s，n系统的总漏气量Q26.710-1 PaL/s；

19、n被抽气体为20C枯燥空气；n返流油蒸汽对工艺过程有害。计算过程计算过程n确定真空室中坚持确定真空室中坚持1.310-3Pa的任务压强所需求的真的任务压强所需求的真空系统的有效抽速空系统的有效抽速Sn根据要求的任务压强及运用要求，选油分散泵作为主根据要求的任务压强及运用要求，选油分散泵作为主泵泵n计算分散泵与真空室排气口间管路的流导，验证选计算分散泵与真空室排气口间管路的流导，验证选K-600型分散泵能否适宜。型分散泵能否适宜。n计算前级泵真空管路计算前级泵真空管路n计算抽气时间计算抽气时间确定真空室中坚持确定真空室中坚持1.310-3Pa的任务压强所需求的真空系统的有效抽速的任务压强所需求的

20、真空系统的有效抽速Sn为了可靠起见，增大为了可靠起见，增大20% 取：取：3388L/sL/s 2823103 . 167. 33321ggpQQQpQS根据要求的任务压强及运用要求，选油根据要求的任务压强及运用要求，选油分散泵作为主泵分散泵作为主泵山型挡板山型挡板+高真空挡板阀；高真空挡板阀；普通泵的有效抽速约为泵的抽速的三分子一；普通泵的有效抽速约为泵的抽速的三分子一；选抽速为选抽速为10000L/s的分散泵的分散泵K-600试算；试算；抽气速率L/s）最大反压强(Pa)极限压强(Pa)进气口直径(mm)推荐前级泵抽速(L/s)K-60012500 407*10-5600, 70n主要思索管道主要思索管道3，阀门，阀门4、挡板、挡板5的流导；的流导；n确定气体流动形状：当真空室到达确定气体流动形状：当真空室到达1.310-3 Pa压强时，平均压强为：压强时，平均压强为：Pa 105 . 6214gPp0.6mPa 105 . 64dpm0.02Pa 分子流分子