真空泵的选型及数据计算

1、第一部分：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110-5mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要510-6mmHg。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10-310-7mmHg，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510-4510-6mmHg。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110-5mmHg为好。

2、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

3、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。第二部分：水环式真空泵的选择一、泵类

4、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：1.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。2.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

5、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。真空泵选择相关计算公式1、玻义尔定律体积V，压强P，PV常数一定质量的气体，当温度不变时，气体的压

6、强与气体的体积成反比。即P1/P2V2/V12、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/V2T1/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与其绝对温度T成正比，即：P1/P2T1/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、平均自由程：(510-3)/P (cm)5、抽速：Sdv/dt (升/秒)或 SQ/PQ流量(托升/秒) P压强(托)V体积(升) t时间(秒)6、通导：

7、 CQ/(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：t8V/S (经验公式)V为体积，S为抽气速率，通常t在510分钟内选择。 8、维持泵选择：S维S前/109、扩散泵抽速估算：S3D2 (D直径cm）10、罗茨泵的前级抽速：S(0.10.2)S罗 (l/s)11、漏率：Q漏V(P2-P1)/(t2-t1)Q漏系统漏率(mmHgl/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：SQ1/P预 (l/s)S=2.3Vlg(Pa/P预)/tS机械泵有效

8、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：PnSgPgS 或SgPgs/PnSg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：SQ/P(Kn)/(Pt)(升/秒)式中：S被试

9、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)KV0(L/n)(0/m)+PaVt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：SZnLKv(D2-d2)/(24104) (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

10、深B0.7DD为橡胶直径，槽宽C1.6B17、方形橡胶槽深B0.8AA为方形橡胶边长，槽宽C1.67B其它几个公式： 真空容器的排气时间对于低真空和中真空的排气时间，当泄漏量较小时，真空设备从压强P1降低到P2所需的排气时间为： t2.3（V/S）lg(P1/P2) 式中 t： 排气时间，sV: 真空设备容积，LS: 泵的有效抽气速率，L/SP1, P2: 开始时容器的压强和抽至所需的压强，mmHg。真空系统抽气速率Se的计算方法： 连续操作系统1、 计算真空系统的总泄漏量Qs。根据真空系统的容积进行的泄漏量估算：表1容积 / m30.1135102550100200空气平均泄漏量/kg/h0

11、.1-0.50.5-1.01-22-43-64-85-108-2010-30根据接头密封长度进行的泄漏量估算：表2接头密封质量非常好好正常泄漏量kg /h*m0.030.10.22、 计算总抽气量Q Q=Q1+Q2+Q3Q: 总抽气量，kg/hQ1: 真空系统工作过程中产生的气体量，kg/hQ2: 真空系统的放气量，kg/hQ3: 真空系统总泄漏量，kg/h3、计算Se： SeQR(273+Ts)/PsMR: 通用气体常数 R8.31kJ /（kmol*K）Ts：抽出气体的温度，CPs：真空系统的工作压力，kPa，GM：抽出气体的平均分子量Se：真空系统的抽气速率，m3 / h 间歇操作系统

12、Se138V/t *lg(P1/P2) m3 / h真空泵的选用1 根据真空系统的真空度和泵进口管道的压力降，确定泵吸入口处的真空度（绝压）2 确定真空系统的抽气速率Se3 将Se换算成泵厂规定条件下的抽气速率Se一般可按照下式计算：Se Se（273+Ts）/（273+Ts）Ts：泵标准进气温度4 根据抽气速率和真空度要求，按照下式选择确定真空泵的类型 要求真空泵的抽气速率S满足： S （20%-30%）Se真空泵的选型指导 选用真空泵时的注意事项：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110-5mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要510-6m

13、mHg。 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10-310-7mmHg，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510-4510-6mmHg。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110-5mmHg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

14、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

15、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 : 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：1.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。2.应避免在最大真

16、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

17、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。 真空泵选择相关计算公式 1、玻义尔定律体积V，压强P，PV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/P2V2/V12、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/V2T1/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

18、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/P2T1/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、平均自由程： (510-3)/P (cm) 5、抽速： Sdv/dt (升/秒)或 SQ/P Q流量(托升/秒) P压强(托) V体积(升) t时间(秒) 6、通导： CQ/(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： t8V/S (经验公式) V为体积，S为抽气速率，通常t在510分钟内选择。 8、维持泵选择：S 维S 前/10 9、扩散泵抽速估算：S3D2 (D直径

19、cm） 10、罗茨泵的前级抽速：S(0.10.2)S 罗 (l/s) 11、漏率：Q 漏V(P2-P1)/(t2-t1) Q 漏系统漏率(mmHgl/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：SQ1/P 预 (l/s) S=2.3Vlg(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

20、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： PnSgPgS 或 SgPgs/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：SQ/P(Kn)/(Pt)(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) KV0(L/n)(0/m)+

21、PaVt 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：SZnLKv(D2-d2)/(24104) (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、 真空容器的排气时间对于低真空和中真空的排气时间，当泄漏量较小时，真空设备从压强P1 降低到P2 所需的排气时间为： t2.3（V/S）l

22、g(P1/P2) 式中 t： 排气时间，s V: 真空设备容积，L S: 泵的有效抽气速率，L/S P1, P2: 开始时容器的压强和抽至所需的压强，mmHg。17、真空系统抽气速率Se的计算方法： 连续操作系统 1、 计算真空系统的总泄漏量Qs。 根据真空系统的容积进行的泄漏量估算： 根据接头密封长度进行的泄漏量估算：2、 计算总抽气量Q Q=Q1+Q2+Q3 Q: 总抽气量，kg/h Q1: 真空系统工作过程中产生的气体量，kg/h Q2: 真空系统的放气量，kg/h Q3: 真空系统总泄漏量，kg/h 3、计算Se： SeQR(273+Ts)/PsM R: 通用气体常数 R8.31kJ

23、/（kmol*K） Ts：抽出气体的温度，oC Ps：真空系统的工作压力，kPa，G M：抽出气体的平均分子量 Se：真空系统的抽气速率，m3 / h 间歇操作系统 Se138V/t *lg(P1/P2) m3 / h 真空泵的选用 1 根据真空系统的真空度和泵进口管道的压力降，确定泵吸入口处的真空度（绝压） 2 确定真空系统的抽气速率Se 3 将Se 换算成泵厂规定条件下的抽气速率Se 一般可按照下式计算： Se Se（273+Ts）/（273+Ts） Ts：泵标准进气温度 4 根据抽气速率和真空度要求，按照下式选择确定真空泵的类型 要求真空泵的抽气速率S满足： S （20%-30%）Se

24、为一个工艺选择真空泵时，工艺室和泵之间的抽气管道可能和泵的选择一样重要。要使腔体抽气速率达到最大，需要笔直的抽气管道(长度短)并使用直径尽可能大的管道。 真空泵中抽气管道的选择为一个工艺选择真空泵时，工艺室和泵之间的抽气管道可能和泵的选择一样重要。要使腔体抽气速率达到最大，需要笔直的抽气管道(长度短)并使用直径尽可能大的管道。看起来似乎很简单，但是这里有许多因素需要考虑。实际上，如果我们从物理学角度考虑，就可以明确哪些是关键因素。 在稳定状态的条件下，如果抽气管道内没有气源(泄漏)或气体减少(冷凝)，抽气管道任何截面的质量流量必须相同。简单而言，进入工艺室的气体必须从泵出来。 已知气体摩尔流量为M(公斤/摩尔)、抽气速率为S(立方米/秒)、压力为P(帕)、绝对温度为T(开尔文)，则质量流