真空系统设计培训课件

真空系统设计东北大学第二期《真空技术》培训班讲义之五2005.7.10～2005.7.13主讲人：东北大学王继常副教授真空系统设计东北大学第二期《真空技术》培训班讲义之五之一：真空技术的历史、现在与将来之二：真空工程理论基础之三：科技论文的检索、撰写与发表之四：清洁真空获得技术之五：真空系统设计之六：真空系统设计辅助软件的使用之七：真空测量之八：真空装置与系统的检漏之九：大型真空装置的监测与故障诊断之十：专家座谈之十一：真空获得技术之十二：现代表面与薄膜技术之十三：真空材料与真空卫生之十四：真空技术应用及计算实例之一：真空技术的历史、现在与将来磁控溅射镀膜机磁控溅射镀膜机金属蒸汽真空弧源注入机金属蒸汽真空弧源注入机1.真空系统的组成1.1真空系统的概念1.2真空系统的组成元件1.3真空系统示意图1.4高真空系统1.5真空系统设计的基本内容2.真空技术基本方程2.1真空系统的最主要性能参数：极限真空度、有效抽速2.2流导的定义2.3真空技术基本方程2.4真空技术基本方程在真空系统设计中的意义3.真空系统的设计计算3.1主泵3.2配泵3.3储气罐和维持泵3.4真空系统设计中应该注意的问题3.5真空系统的典型形式3.6真空系统的结构设计3.7真空系统操作规则课程内容1.真空系统的组成课程内容1.真空系统的组成

1.1真空系统的概念1.2真空系统的组成元件1.3真空系统示意图1.4高真空系统1.5真空系统设计的基本内容1.真空系统的组成1.1真空系统的概念1.1真空系统的概念

什么是真空系统？用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。

例如：镀膜设备真空系统；真空热处理炉真空系统；航空模拟器真空系统；真空冶炼炉真空系统；真空压力浸漆真空系统等等。1.1真空系统的概念什么是真空系统？例如：镀膜设备真空系1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成：1．抽气设备：例如各种真空泵；2．真空阀门；3．连接管道；4．真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；5．其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成1.3真空系统示意图一个要进行真空处理的容器,用管道和阀门将它与真空泵连接起来,同时在容器上设置真空测量装置,这就构成了一个最简单的真空抽气系统。（见图1）1.3真空系统示意图一个要进行真空处1.4高真空系统图1系统只能获得较低的真空度,当要获得高真空度时,需要添加高真空泵。如扩散泵、分子泵。当串联一个高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门,以便高真空泵内部能单独保持真空。若串联的高真空泵是一台油扩散泵,为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器,通常在油扩散泵的入口加一个捕集器水冷障板(如图2所示)。根据要求,还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等,这样就构成了一个较完善的高真空系统。1.4高真空系统图1系统只能获得较

高真空油扩散泵机组高真空油扩散泵机组1.5的基本内容

真空系统设计的基本内容:1、根据被抽容器对真空度的要求,选择适当的真空系统设计方案,进行选、配泵计算;2、确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等,进行合理配置；3、最后划出真空系统装配图和零部件图。1.5的基本内容真空系统设计的基本内容:2.真空技术基本方程

2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真空度和有效抽速2.2流导的定义2.3真空技术基本方程2.4真空技术基本方程在真空系统设计中的意义2.真空技术基本方程2.1真空系统的最主要性能参数：2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真空度和有效抽速

真空系统的极限真空度

指在没有外加负荷的情况下,经过足够长时间的抽气后,系统所能达到的最低压力。真空系统对容器的有效抽速

指在容器出口处的压力下,单位时间内真空系统能够从被抽容器中所抽除的气体体积。真空系统对容器的有效抽速不仅取决于真空泵的抽速,也取决于真空系统管路对气体的导通性能,即所说的流导。2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真2.2流导的定义流导的定义是:在单位压差下,流经管路的气流量的大小。用一个数学式子来表示,即:

式中C—管路的流导；Q—流经管路的气流量；P1、P2—分别是管路的入口压力和出口压力Pa。2.2流导的定义流导的定义是:在单位压差下,流经管路的气流2.3真空技术基本方程如果用Se来表示真空系统对容器的有效抽速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导，则有

a、b、c本质上是同一个方程,真空系统设计中一个非常重要的方程，如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以计算出系统对容器有效抽速，这个方程被称为真空技术基本方程。2.3真空技术基本方程如果用Se来表示真空系统对容器的有效2.4真空技术基本方程在中的意义

从方程(2b)可以看出:如果管路的流导C远大于泵的抽速Sp，则Sp/C的值远小于1，此时有效抽速Se≈Sp。说明为了充分发挥泵抽气作用,在设计管路时，应使管路的流导尽可能大一些。因此真空管路应该粗而短，切不可细而长。这是设计连接管道时的一条重要原则。相反，如果管路的流导C远小于泵的抽速Sp，则C/Sp的值远小于1，从方程(2c)可以看出，此时真空系统对容器的有效抽速Se≈C,说明在这种情况下，选择多大的泵都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。2.4真空技术基本方程在中的意义从方程(2b)可以看出:3.真空系统的设计计算3.1主泵3.2配泵3.3储气罐和维持泵3.4真空系统设计中应该注意的问题3.5真空系统的典型形式3.6真空系统的结构设计3.7真空系统操作规则3.真空系统的设计计算3.1主泵3.1选主泵选主泵要考虑两个方面：一是选择主泵的类型；二是确定主泵抽速的大小。3.1.1主泵的类型

确定主泵类型的依据:(1)根据被抽容器所要求达到的极限真空度和工作真空度。一般选取主泵的极限真空度稍高于被抽容器所要求的极限真空度(如高半个数量级)。每一种泵都有其最佳工作压强范围,应保证将被抽容器的工作真空度选在主泵的最佳抽速压强范围内。各种真空泵的工作压强范围见图11。3.1选主泵选主泵要考虑两个方面：真空系统设计培训课件(2)根据被抽气体的种类,每种气体所占的比例以及气体中所夹杂的灰尘情况。为此,应当对各种真空泵的性能及使用特点进行了解。(3)根据初次投资和日常运转维护费用。当两种类型以上的泵都适合选用时,则要根据经济指标来确定主泵。在比较经济指标时,要从整套真空系统来考虑。如图12是油扩散泵、油增压泵、罗茨泵系统单位抽气速率(L/s)的价格与入口压强间的关系曲线。图13是单位抽气速率(L/s)的输入功率与入口压强的关系曲线。(2)根据被抽气体的种类,每种气体所占的比例以及气体中所夹杂

由两个图中的曲线可见,在1.33×10－1～13.3Pa的压强范围内,以油增压泵为主泵的真空系统比较经济,所需要的功率小。在压强低于1.33×10－1Pa的范围内,油扩散泵抽气系统比较经济。在压强高于13.3Pa的范围内,罗茨泵抽气系统比较经济。所以在选泵过程中应立足于即适用又经济。由两个图中的曲线可见,在1.33×10－1～13.3Pa的3.1.2主泵抽速大小的确定

主泵抽速大小的确定主要根据被抽容器的工作真空度和其最大排气流量,以及被抽容器的容积和所要求的抽气时间。

(1)真空室内排气流量的计算式中Q－真空室中产生的总的气流量；Qg－工艺过程中被熔炼或被处理的材料放出的气流量，Pa·m３/s；Qｎ－真空室内所用耐火保温材料的出气流量，Pa·m３/s；3.1.2主泵抽速大小的确定

Qf－暴露于真空条件下的真空室内壁和所有构件表面解析出来的气流量，Pa·m３/s;Ql－真空室外大气通过各密封连接处泄漏到真空室内的气流量，Pa·m３/s。

以上各量在不同的真空应用设备中不一定都存在，这要根据不同情况具体考虑。Qf－暴露于真空条件下的真空室内壁和所有(2.)被抽容器所要求的有效抽速的计算设被抽容器内的最大排气流量为QPa·m3/s；所要求的工作真空度为PgPa；则被抽容器所要求的有效抽速Sey为(2.)被抽容器所要求的有效抽速的计算(3)粗算主泵的抽速S由于在选定主泵之前,真空室出口到主泵入口之间的管路没有确定,因而这段管路的流导C是未知数。根据式(2)无法计算主泵的抽速S。通常按经验公式粗算主泵的抽速

式中Ks－在真空室出口主泵的抽速损失系数,当主泵入口到真空室出口之间的管路中不采用捕集器时,取Ks=1.3～1.4;当采用捕集器时,取Ks=2～2.5。(3)粗算主泵的抽速S主泵抽速S粗算出来后,按S值在真空泵的产品系列中选出符合粗算值S的主泵,设粗选出的主泵抽速为Sp。(4)验算主泵的抽速根据粗选出的主泵的入口尺寸,选择确定主阀、捕集器和连接管道,划出主泵入口至真空室出口之间管路草图。利用流导计算公式计算出被抽容器出口到主泵入口之间高真空管路的流导C,再)计算粗选主泵对真空室出口的有效抽速Se,若Se大于或等于被抽容器所要求的有效抽速Sey,则认为粗选的主泵的大小合乎要求,否则应重新粗选主泵,再进行验算,直至合乎要求为止。主泵抽速S粗算出来后,按S值在真空泵3.2配泵主泵选定之后,重要的问题是如何选配合适的前级泵和预抽泵。通常前级泵直接影响主泵的抽气性能,影响真空系统的抽气时间和经济效益。配前级泵时应遵循如下几点规定:(1)前级泵应保证能及时排出主泵所排出的气体流量。(2)前级泵在主泵(如扩散泵、油增压泵、分子泵和罗茨泵)出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强。(3)兼作预抽泵的前级泵应满足预抽时间的要求。3.2配泵主泵选定之后,重要的问题是如何选配合适的前级泵和

所配前级泵确定之后,即可按前级泵的入口尺寸选择前级管道阀和预抽管道阀,确定各部分连接管道的尺寸。根据以上的确定,可绘制出真空系统设计图。所配前级泵确定之后,即可按前级泵的几种典型主泵的配泵(1)油蒸气流泵作为主泵当选用油蒸气流泵作为主泵时,配前级泵的方法可以按经验标准所推荐的前级泵的大小来确定,见表4。几种典型主泵的配泵(2)分子泵作为主泵分子泵作为主泵时,其抽气能力与前级泵的抽气能力有密切关系。分子泵的前级侧需要保持分子流状态,它才能稳定工作。为了保证分子泵前级侧处于分子流状态,通常按下式选取前级泵的抽速

式中S1－分子泵的抽速,m3/s;S2－前级泵的抽速,m3/s。(2)分子泵作为主泵(3)罗茨泵作为主泵罗茨泵作为主泵时,通常可用油封机械泵或水环泵作为罗茨泵的前级泵,前级泵的抽速可根据经验公式选取。式中S1－罗茨泵的抽速;S2－油封机械泵作为前级泵的抽速;Ss－水环泵作前级泵的抽速。(3)罗茨泵作为主泵3.3储气罐和维持泵(1)作用：在前级泵停止工作时，能保证主泵处于正常工作状态。(2)使用场合：a.储气罐:储气罐不能作得很大,它只能用在以扩散泵为主泵的小型系统上，或是某些较小应用设备,在其工艺过程中不允许有振动,即在工艺进行时必须停止前级泵的工作。b.维持泵:维持泵可用在大型主泵的系统上。3.3储气罐和维持泵(1)作用：

罗茨泵旋片泵维持泵

罗茨泵旋片泵维持泵

储气罐的应用储气罐的应用3.4真空系统设计中应该注意的问题

(1)真空元件相互联接时，应尽量做到抽气管路短，流导大，导管直径一般不小于泵口直径，这是系统设计的一条重要原则。但同时要考虑到安装和检修方便。有时为了防振和减少噪音，可以将机械泵设置在靠近真空室的泵房内。(2)机械泵(包括罗茨泵)有振动,为隔离振动，通常采用软管减振。软管有金属和非金属两种，均需保证在大气压力作用下不被压瘪。(3)真空系统应便于测量与检漏。为了迅速找到漏孔，要进行分段检漏，因此每一个用阀门封闭的区间，至少要有一个测量点。3.4真空系统设计中应该注意的问题(1)真空元件相互联(4)真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用方便,安全可靠。一般在有一个蒸气流泵作为主泵(扩散泵或油增压泵)；和一个机械泵作为前级泵的系统中，除了有前级管道(串联蒸气流泵和机械泵的管道)外，还应有一个预真空管道(真空室直通机械泵的管道)。其次是在真空室和主泵之间设有高真空阀门(也称主阀),在前级管道上设有前级管道阀;在预真空管道上设置预真空管道阀。机械泵入口管道上,应设一个放气阀门,防止机械泵停泵时返油。真空室上也要设置放气阀门,给装料和取料时用。(4)真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用

(5)真空系统的设计应保证排气稳定可靠,安装拆卸维修容易,操作方便,各元件间的连接有互换性。(6)真空系统设计中要采用新技术,做到自动控制和联锁保护。(7)真空系统设计中要求做到节省能源,降低成本,使用方便可靠。(5)真空系统的设计应保证排气稳定可靠,安装拆卸维修容易,3.5典型的真空系统形式(1)低真空系统这种系统应用比较普遍,许多应用设备都采用该种系统。如自耗炉真空系统,感应炉真空系统和一些热处理炉的真空系统等。低真空系统一般是由两个以上的泵串联组成的。

3.5典型的真空系统形式下面介绍几种系统:只用机械泵给真空室排气,系统比较简单，在低真空范围内,真空度低于1.33×10-1Pa。油增压泵(主泵)串联机械泵(前级泵)工作压强范围:1.33～1.33×10-1Pa。优点:抽气能力大,系统简单,振动小,工作稳定可靠,维修方便,成本低。缺点:预抽时间长(同罗茨泵系统比较),工作中需要较贵重的增压泵油。下图为采用油增压泵(主泵)串联机械泵(前级泵)的真空感应熔炼炉的真空系统。下面介绍几种系统:

真空感应熔炼炉真空感应熔炼炉罗茨泵串联机械泵工作压强范围：1.33～1333Pa。优点：预抽气时间短。缺点：工作时有振动,且噪音大;工作中随时间增加,罗茨泵性能下降。

图14为一实例，另外在图14后又给出了一罗茨泵串联滑阀泵的机组。罗茨泵串联机械泵真空系统设计培训课件罗茨泵串联滑阀泵机组罗茨泵串联滑阀泵机组

罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

工作压强范围：0.133～1333Pa。优点：工作压强范围大,工作真空度高。

下图为一实列罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

以油增压泵和罗茨泵为主泵,两个泵出口串联罗茨泵,再串联机械泵

工作压强范围：0.133～1333Pa。优点：具有罗茨泵系统和油增压泵系统的双重特点。图15为一实例以油增压泵和罗茨泵为主泵,两个泵出口串联罗茨泵,再串联机械

罗茨水环泵机组除了上述几种之外,还有油增压泵串联罗茨泵,再串联机械泵的真空系统，以及罗茨泵串联水环泵的真空系统,它适合于排出灰尘较多的应用设备上。罗茨水环泵机组除了上述几种之外,还有油增压泵串联罗茨泵,再(2)高真空系统这种系统应用也比较广泛。它的工作压强范围在6.67×10-2～1.33×10-3Pa。如镀膜机、电子轰击炉和部分电阻炉等都采用高真空系统。

几种典型高真空系统扩散泵串联机械泵应用范围：一般用在工作时放气量较小的应用设备上。优点：结构简单,工作可靠,成本低。缺点：系统起动慢,预抽气时间长。扩散泵油蒸气容易返流到真空室中去。下图为扩散泵串联旋片泵机组(2)高真空系统

扩散泵串联旋片泵扩散泵串联旋片泵

扩散泵串联油增压泵,再串联机械泵该系统起动慢，由于有中间油增压泵存在,故预抽气时间短些。扩散泵串联罗茨泵,再串联机械泵系统起动慢,但预抽气时间短(因为中间有罗茨泵)。

高真空系统实例（图16）和一个扩散泵串联罗茨泵和旋片泵机组扩散泵串联油增压泵,再串联机械泵真空系统设计培训课件

扩散泵串联罗茨泵和旋片泵扩散泵串联罗茨泵和旋片泵(3)超高真空系统由于原子能工业和火箭技术的发展,超高真空技术也得到迅速发展和应用。几种典型超高真空系统用扩散泵和钛泵并联为主泵,扩散泵单独串联前级机械泵

可以达到极限真空度为1.33×10-6Pa。

图17所示为钠灯超高真空封接炉的系统(3)超高真空系统

扩散泵串联扩散泵(中间泵),再串联机械泵

该系统的特点是能获得超高真空,并能稳定工作。图18为一个超高真空系统和设备的结构图。主泵是一个水银扩散泵,泵顶有冷却挡板和液氮冷阱,中间泵也是水银扩散泵。在中间泵和前级机械泵之间设有油蒸气捕集器。并设有各种单独的加热器,烘烤真空室和主泵顶部及捕集器扩散泵串联扩散泵(中间泵),再串联机械泵

主泵为分子泵串联机械泵由于机械泵有油存在,需要在机械泵入口管道上设置捕集器冷凝油蒸气。如果分子泵串联分子筛吸附泵(前级泵),则构成了无油超高真空系统,该系统比较清洁。钛泵或溅射离子泵做为主泵,并联或串联分子筛吸附泵(做为预真空泵)，或用钛泵联接预真空机械泵，在机械泵的入口管道上加油蒸气捕集器。该系统为无油超高真空系统图19为一实例主泵为分子泵串联机械泵

用低温泵做为主泵,串联或并联分子筛吸附泵(预真空泵),构成无油超高真空系统。同样也可以用机械泵做为预真空泵,在机械泵入口管道上设置油蒸气捕集器。用低温泵做为主泵,串联或并联分子筛吸附泵(预真空泵),构成3.6真空系统的结构设计真空系统的结构设计主要考虑密封可靠,结构合理,材料对真空度影响要小。设计中应注意的问题：(1)选择结构材料应尽量用国家标准中的无缝钢管和板材,尽量减少焊接结构,有利于真空部件气密性质量。(2)保证焊接后焊缝不漏气。要求技术水平较高的工人进行焊接,提高焊接质量,合理地设计焊接结构也很重要。(3)结构上要保证快速抽空。避免出现隔离孔穴(气袋),如图21所示。3.6真空系统的结构设计真空系统的结构设计主要考虑密封可靠

(4)减少表面放气。处于真空内的构件和壳体内壁表面粗糙度越高越好。最好进行电镀抛光,氧化处理等。(5)真空系统上各元件之间多用法兰连接。而法兰与管子之间是焊接结构。由于焊接时易引起法兰变形,故目前国内都采用焊接后再对法兰加工,这样即可达到尺寸和粗糙度要求,又能保证两个法兰连接时密封可靠。(6)对于某些必须处于较高温度下工作的真空橡胶密封圈,由于橡胶耐温有限,可以专门采用水冷结构加以保护。(4)减少表面放气。处于真空内的构件和壳体内壁表面粗糙度越(7)保证真空系统元件壳体和真空室壳体有足够强度。实验表明真空容器采用圆形结构较好。端盖采用凸形结构为好。(8)由外部进入真空室内的转动件或移动件,要保证可靠的动密封。除了选择好的密封结构外,其中的轴或杆一定要满足粗糙度要求。更要防止在轴和杆上有轴向划痕,这种划痕会降低真空度,而且不易发现。(7)保证真空系统元件壳体和真空室壳体有足够强度。实验表明真

(9)真空系统上测量规管座位置安排应遵循如下原则：不能将测量规管放在密封面较多的地方。因为每一个密封面都不可能保证绝对不漏气,密封面集中之处,必然是容易漏气的地方,测量值可能不准。规管内壁各处,必须保证真空卫生。否则会造成测量不准。规管应尽量接在靠近被测量的地方,以减少测量误差。(9)真空系统上测量规管座位置安排应遵循如下原则：(10)真空室壳体上的水套结构,要保证水流畅通无阻。更不能出现死水造成局部过热。因此进出水管位置要一下一上,且设置流水隔层,使水沿一定路线流动。(10)真空室壳体上的水套结构,要保证水流畅通无阻。更不能出真空系统组成元件

真空泵真空测量与控制器件真空阀门连接导管捕集器其它组成元件真空系统组成元件真空泵1真空阀门1.1概述1.2真空阀门的几种典型结构1.3真空阀门的设计1真空阀门1.1概述1.1概述真空阀门：

在真空系统中，用来改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通管路的真空系统元件。真空阀门的型号编制方法国家专业标准作了规定,可查阅有关标准。1.1概述真空阀门：真空阀门在真空系统中的作用开关气路控制气流大小，调节真空度定量充气真空阀门在真空系统中的作用开关气路真空阀门的分类真空阀门的分类1.2真空阀门的几种典型结构隔膜阀真空球阀真空蝶阀插板阀挡板阀翻板阀电磁阀针阀超高真空阀玻璃真空活塞无油玻璃真空阀1.2真空阀门的几种典型结构隔膜阀电磁阀隔膜阀隔膜式真空阀是利用阀杆将弹性体薄膜紧压在阀座上用来隔断气路。如图3所示,转动手轮可带动阀杆上、下移动,使隔膜离开阀座打开阀门或使隔膜紧压在阀座上关闭阀门。此种阀门如采用丁晴橡胶隔膜,适用于前级和预抽管道上及温度为-25～80℃的非腐蚀性气体。如采用氟橡胶隔膜,可用于高真空系统,使用温度范围为-30～150℃。隔膜阀隔膜式真空阀是利用阀杆将弹性体薄膜紧压在阀座上用来隔断真空系统设计培训课件真空球阀图4所示是真空球阀的结构,该阀中的密封机构是由两个环状弹性体紧压于一个金属球表面构成。金属球上有一个大穿孔,借助于手柄转动金属球使穿孔改变方向,即可接通或切断气路。金属球轴杆与阀体间的密封采用O形密封圈密封。真空球阀图4所示是真空球阀的结构,该阀中的密封机构是由两个环真空系统设计培训课件真空蝶阀蝶阀的结构比较简单,如图5所示。阀板的边缘上嵌有O形密封圈,阀板靠螺栓固定在传动轴阀杆上,使阀杆带动阀板转动,当阀板上的密封圈与阀体紧密接触时即实现了阀门的关闭,从关闭位置、阀板再转动90°时,阀门即完全打开,该种阀门的主要优点是体积小,结构简单。制作：bobo真空蝶阀蝶阀的结构比较简单,如图5所示。阀板的边缘上嵌有O形制作：bobo制作：bobo插板阀图6和图7是插板阀的两种结构型式。弹性体密封圈是嵌在阀体上。转动手柄即可打开或关闭阀门。图6的插板阀关闭时是靠限位块的斜面压紧阀盖,进而压紧密封圈。图7的插板阀是靠链板压紧实现阀口密封。插板阀图6和图7是插板阀的两种结构型式。弹性体密封圈是嵌在阀真空系统设计培训课件手动电动气动手动电动气动挡板阀图8是一种挡板阀的结构。该阀通过阀盖的开启和压下来实现管路的接通和截止。挡板阀图8是一种挡板阀的结构。该阀通过阀盖的开启和压下来实现真空系统设计培训课件翻板阀图9、10、11是三种不同结构的真空翻板阀。它们都是用压缩空气为动力源。在阀门打开或关闭的过程中,阀板的运动有一个翻转过程,能翻转一个角度。在图10的结构中,靠滚轮将阀盖挡翻,在这种结构的阀门中,阀盖不能翻转90°。图9的结构,阀盖的翻转靠四连杆机构实现,阀盖能实现90°翻转。图11的翻板阀是蚌线机构。这种阀门结构简单,总高度低,阀板能翻转90°,是我国1971年首创的。在翻板阀中,阀板翻转90°时,流导较大。制作：bobo翻板阀图9、10、11是三种不同结构的真空翻板阀。它们都是用制作：bobo制作：bobo电磁阀真空阀门的驱动方式为磁力驱动的即为电磁阀。电磁真空阀的密封机构与挡板阀相同,如图12所示。平时,电磁阀的阀盖靠弹簧压紧封住管路通道,需要开启时,将电磁线圈接通电流,磁力即吸引衔铁,带动阀盖,将阀门打开。有的电磁真空阀设计成带充气的,称为电磁真空带充气阀,是专门安装在油封式机械泵入口管路上的专用阀门。阀门与泵接在同一电源上,泵的启动与停止直接控制了阀的开启与关闭。当泵停止工作或电源突然中断时,阀能自动将真空管路封闭,并将大气通过泵的进气口充入泵腔,避免泵油返流污染真空系统。电磁阀真空阀门的驱动方式为磁力驱动的即为电磁阀。电磁真空阀的制作：bobo制作：bobo针阀图13是一个超高真空针阀。针阀是一种微调阀,其阀塞为针形,主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变大,从关闭到开启最大能连续细微地调节。针形阀塞即能实现这种功能。针形阀塞一般用经过淬火的钢制长针,而阀座是用锡、铜等软质材料制成。阀针与阀座间的密封是依靠其锥面紧密配合达到的。阀针的锥度有1∶50和6°锥角两种,锥表面要经过精细研磨。图中的阀杆与阀座间的密封是靠波纹管实现的。制作：bobo针阀图13是一个超高真空针阀。针阀是一种微调阀,其阀塞为针形真空系统设计培训课件超高真空阀通常的高、低真空阀门,密封垫圈的材料为橡胶,不能承受高温烘烤。因而不能使用在超高真空设备上。能使用在超高真空设备上的超高真空阀门必须满足:(1)能承受高温(400～450℃)多次烘烤;(2)放气量小,气密性好;(3)重复性好;(4)流导大。图14是超高真空阀门的一种。其主要部件是无氧铜阀盖,不锈钢阀体和传动导向机构。阀座刀口型式为直角,挡板起保证阀门重复性的作用,即刀口在阀盖上压出的刀痕每次都能重合。制作：bobo超高真空阀通常的高、低真空阀门,密封垫圈的材料为橡胶,不能承制作：bobo制作：bobo玻璃真空活塞玻璃活塞由开有孔的锥形芯子及带有连接管的外套组成,芯子与外套之间的接触面是磨光面,其间涂以真空封脂以取得密封。气体的通路由芯子上的孔和所对准的连接管决定,转动芯子便可控制气体通路。因用封脂密封,芯子与外套之间就不会漏气。图15是典型的玻璃真空活塞。活塞按其连接管道的数目分为二通、三通或多通活塞。二通又分为对通和直角通。在图15(b)中,(2)、(3)两种较(1)的型式密封更好,因在使用中有大气压力将锥芯往内压。玻璃真空活塞玻璃活塞由开有孔的锥形芯子及带有连接管的外套组成制作：bobo制作：bobo无油玻璃真空阀为避免真空油脂对真空环境的影响,可以采用液态金属密封和磨砂口密封。图16所示是液态金属密封的玻璃真空阀之一。图17所示是玻璃磨口密封的无油真空阀,其密封是由一半球状玻璃阀体与一半球状阀座之间的精密磨光面接触来实现的。以上两种玻璃真空阀均可应用于超高真空系统中,但两侧不能承受大的压强差,只能应用在两侧压强相近(相差200～400Pa以内)的场合。玻璃真空阀只能做成小型的,大口径的阀门必须用金属制造。制作：bobo无油玻璃真空阀为避免真空油脂对真空环境的影响,可以采用液态金制作：bobo制作：bobo2捕集器捕集器也称为阱,用来捕集真空系统中的可凝性蒸气。捕集器的种类很多，根据捕集器捕集蒸气的原理和方法不同，搞集器可分为挡油帽，机械捕集器(又称挡板、障板、机械阱)，冷凝捕集器(又称冷阱)，吸附捕集器(又称吸附阱)和其它类型的捕集器(如电捕集器，热捕集器，离子捕集器等。制作：bobo2捕集器捕集器也称为阱,用来捕集真空系统中的可凝性蒸气。制2.1挡油帽扩散泵在工作过程中,泵液会向被抽容器中返流。返流的油蒸气会对被抽容器及被处理工件造成污染。通常在泵芯的一级喷咀上面设置挡油帽,这样可以大大降低油蒸气的返流。挡油帽一般用水冷却,比较好的水冷挡油帽可把扩散泵的返油率降低到0.1%～1%。因此挡油帽是现代扩散泵所必备的部件。扩散泵加挡油帽后,降低了返油率,但同时也降低了泵的抽速。通常认为加挡油帽后,泵的抽速降低小于20%为宜。制作：bobo2.1挡油帽扩散泵在工作过程中,泵液会向被抽容器中返流。返挡油帽的设计方法如图31所示:先划出导流管和喷咀外沿的连结线AB,再在距B为1cm左右处引垂线CD,延长AB与CD交于E点,此即挡油帽的外缘。这样确定挡油帽外缘的位置则不会挡住工作液蒸气射流。挡油帽的设计方法如图31所示:先划出导流管和喷咀外沿的连结线图33是挡油帽的一种经验设计,实践表明,这种挡油帽的挡油效果较好,且对泵的抽速没有太大的影响。制作：bobo图33是挡油帽的一种经验设计,实践表明,这种挡油帽的挡油效果各种型式挡油帽的挡油效果如图34所示,图中(a)是不加挡油帽,设此时返油量为1;(b)、(c)、(d)、(e)等表示加挡油帽及水冷套等措施后的返油量,数值愈小,挡油效果愈好。制作：bobo各种型式挡油帽的挡油效果如图34所示,图中(a)是不加挡油帽2.2机械捕集器概述机械捕集器的设计原则及其典型结构制作：bobo2.2机械捕集器概述制作：bobo概述机械捕集器又称挡板、障板、机械阱。当对降低返油率有更高要求时,常被广泛应用,主要用来防止蒸气流泵工作液的蒸气分子返流进入被抽容器。返流的蒸气分子是这样通过管道进入真空室的:蒸气分子先碰撞管壁被吸留;由于热运动,管壁吸留的分子又蒸发,再在更靠近真空室的管壁上被吸留,然后再蒸发……,这样逐步进入真空室中。因此在蒸气进入被抽容器的通路上安装不同结构的具有光学密闭性的板状组件,阻挡住直线运动的蒸气分子穿越,使其在壁板上凝结或反射回去,用这种机械阻挡的方法消除或减少蒸气分子进入被抽容器。概述机械捕集器又称挡板、障板、机械阱。当对降低返油率有更高要机械捕集器的型式如表4制作：bobo机械捕集器的型式如表4制作：bobo机械捕集器的设计原则及其典型结构机械捕集器主要靠机械阻挡的方法来降低油蒸气的返油率,而高速热运动的蒸气分子经三次碰壁后,其能量大大损耗。因此,在设计光密性障板的时候,要求蒸气分子在通过它的过程中,至少应有一次以上使蒸气分子与板壁碰撞。此外,要求板壁材料有较好的导热性,尽可能保持较低的温度。通常通冷却水,以减少蒸气凝结后的再蒸发,常用的材料有铜、铝、不锈钢等导热系数较大的金属板。机械捕集器的设计原则及其典型结构机械捕集器主要靠机械阻挡的方在设计障板时应注意以下原则:光学密闭性,至少要挡住一次束流;有尽可能大的流导;障板材料应放气率低,饱和蒸气压低,热传导性能好,易于加工;超高真空系统使用的障板应能承受高温烘烤。制作：bobo在设计障板时应注意以下原则:光学密闭性,至少要挡住一次束流;典型的几种机械捕集器的结构如图35至

图38所示。典型的几种机械捕集器的结构如图35至

图38所示。2.3冷凝捕集器概述冷阱的典型结构冷阱的抽速2.3冷凝捕集器概述概述冷凝捕集器又称冷阱,是利用低温冷壁来捕集可凝性蒸气的一种低温冷凝捕集器。冷阱被广泛应用于高真空和超高真空系统中,安装在主泵入口和真空室之间的管路上。使用冷阱应遵守一定规则:在加入冷剂前,应将容器抽空到足够低的压强,使可凝性气体被大量排除后再加入冷剂;在使用过程中,由于冷剂的损耗而使冷剂液面不断下降,露出无冷剂接触的壁面,这些表面的温度回升,使已被冷凝的蒸气重新蒸发,所以要设法使冷剂的液面尽量处于恒定位置。制作：bobo概述冷凝捕集器又称冷阱,是利用低温冷壁来捕集可凝性蒸气的一种冷阱的典型结构

金属冷阱中,盛装冷剂的容器一般用不锈钢制成,在其壁上焊上若干捕集片,以增大低温壁板的表面积和阻挡蒸气分子进入真空室的作用。制作：bobo冷阱的典型结构

金属冷阱中,盛装冷剂的容器一般用不锈钢制成,图39是一种长效冷凝捕集器。制作：bobo图39是一种长效冷凝捕集器。制作：bobo图40的结构具有较大流导,可防止蒸气分子向上蠕动。制作：bobo图40的结构具有较大流导,可防止蒸气分子向上蠕动。制作：bo图41是一种高效冷凝捕集器。制作：bobo图41是一种高效冷凝捕集器。制作：bobo图44是一种复合式冷阱。制作：bobo图44是一种复合式冷阱。制作：bobo图45是中心带有液氮罐的冷阱。制作：bobo图45是中心带有液氮罐的冷阱。制作：bobo玻璃冷阱采用杜瓦瓶的形式,分为两层或多层,两层之间抽成高真空,以降低热传导损失。玻璃冷阱的型式很多,图46是常见的几种玻璃冷阱的结构。制作：bobo玻璃冷阱采用杜瓦瓶的形式,分为两层或多层,两层之间抽成高2.4吸附捕集器吸附捕集器是利用某些物质具有吸附性能(物理吸附和化学吸附)的原理来捕集可凝性蒸气的一种捕集器,常称吸附阱。它被广泛应用于机械真空泵和扩散泵(或被抽容器)之间的管路上,用来捕集油蒸气,水蒸汽,还有在机械泵中由于转子和泵体之间的摩擦热使油分解(裂变)而产生的轻馏分物质气体。制作：bobo2.4吸附捕集器吸附捕集器是利用某些物质具有吸附性能(物理图47是一种活性氧化铝吸附阱,其中放置3～10mm的球状吸附剂,挡油效率可达99%,主要用于前级管道。制作：bobo图47是一种活性氧化铝吸附阱,其中放置3～10mm的球状吸附图48是一种分子筛吸附阱。

其特点是:

分子筛烘烤激活是用放在中心的管状加热器,被吸附的蒸气从接管排出,这样不必移出分子筛,结构又简单操作也方便,这样的吸附阱最高可捕集返流油蒸气的99.7%。图48是一种分子筛吸附阱。

其特点是:

分子筛烘烤激活是用图49所示的吸附阱,是在一根长127mm,直径51mm的圆管两端加固定网,管中放置不同的吸附剂,其挡油效果见表7。制作：bobo图49所示的吸附阱,是在一根长127mm,直径51mm的圆管利用分子筛作为吸附阱的吸附剂时,值得注意的是:分子筛能大量地吸附大气中的水蒸汽,而吸附水份后的吸附剂对其它气体的吸附能力大大降低。在使用中应避免分子筛吸附阱经常暴露于大气中,因为在大气中几小时内分子筛就能吸收超过2%的水份。在使用前应对分子筛进行预处理,如在真空中进行烘烤,除去水份。再者,重复再激活分子筛会使它的吸附能力下降,当烘烤温度高于350℃,长时间的烘烤将引起吸附能力的迅速退化。制作：bobo利用分子筛作为吸附阱的吸附剂时,值得注意的是:分子筛能大量地课程结束谢谢大家！END课程结束谢谢大家！END演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！真空系统设计东北大学第二期《真空技术》培训班讲义之五2005.7.10～2005.7.13主讲人：东北大学王继常副教授真空系统设计东北大学第二期《真空技术》培训班讲义之五之一：真空技术的历史、现在与将来之二：真空工程理论基础之三：科技论文的检索、撰写与发表之四：清洁真空获得技术之五：真空系统设计之六：真空系统设计辅助软件的使用之七：真空测量之八：真空装置与系统的检漏之九：大型真空装置的监测与故障诊断之十：专家座谈之十一：真空获得技术之十二：现代表面与薄膜技术之十三：真空材料与真空卫生之十四：真空技术应用及计算实例之一：真空技术的历史、现在与将来磁控溅射镀膜机磁控溅射镀膜机金属蒸汽真空弧源注入机金属蒸汽真空弧源注入机1.真空系统的组成1.1真空系统的概念1.2真空系统的组成元件1.3真空系统示意图1.4高真空系统1.5真空系统设计的基本内容2.真空技术基本方程2.1真空系统的最主要性能参数：极限真空度、有效抽速2.2流导的定义2.3真空技术基本方程2.4真空技术基本方程在真空系统设计中的意义3.真空系统的设计计算3.1主泵3.2配泵3.3储气罐和维持泵3.4真空系统设计中应该注意的问题3.5真空系统的典型形式3.6真空系统的结构设计3.7真空系统操作规则课程内容1.真空系统的组成课程内容1.真空系统的组成

1.1真空系统的概念1.2真空系统的组成元件1.3真空系统示意图1.4高真空系统1.5真空系统设计的基本内容1.真空系统的组成1.1真空系统的概念1.1真空系统的概念

什么是真空系统？用一句话来概括，真空系统就是用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。

例如：镀膜设备真空系统；真空热处理炉真空系统；航空模拟器真空系统；真空冶炼炉真空系统；真空压力浸漆真空系统等等。1.1真空系统的概念什么是真空系统？例如：镀膜设备真空系1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成：1．抽气设备：例如各种真空泵；2．真空阀门；3．连接管道；4．真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；5．其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。1.2真空系统的组成元件一个较完善的真空系统由下列元件组成1.3真空系统示意图一个要进行真空处理的容器,用管道和阀门将它与真空泵连接起来,同时在容器上设置真空测量装置,这就构成了一个最简单的真空抽气系统。（见图1）1.3真空系统示意图一个要进行真空处1.4高真空系统图1系统只能获得较低的真空度,当要获得高真空度时,需要添加高真空泵。如扩散泵、分子泵。当串联一个高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门,以便高真空泵内部能单独保持真空。若串联的高真空泵是一台油扩散泵,为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器,通常在油扩散泵的入口加一个捕集器水冷障板(如图2所示)。根据要求,还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等,这样就构成了一个较完善的高真空系统。1.4高真空系统图1系统只能获得较

高真空油扩散泵机组高真空油扩散泵机组1.5的基本内容

真空系统设计的基本内容:1、根据被抽容器对真空度的要求,选择适当的真空系统设计方案,进行选、配泵计算;2、确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等,进行合理配置；3、最后划出真空系统装配图和零部件图。1.5的基本内容真空系统设计的基本内容:2.真空技术基本方程

2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真空度和有效抽速2.2流导的定义2.3真空技术基本方程2.4真空技术基本方程在真空系统设计中的意义2.真空技术基本方程2.1真空系统的最主要性能参数：2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真空度和有效抽速

真空系统的极限真空度

指在没有外加负荷的情况下,经过足够长时间的抽气后,系统所能达到的最低压力。真空系统对容器的有效抽速

指在容器出口处的压力下,单位时间内真空系统能够从被抽容器中所抽除的气体体积。真空系统对容器的有效抽速不仅取决于真空泵的抽速,也取决于真空系统管路对气体的导通性能,即所说的流导。2.1真空系统的最主要性能参数：

极限真2.2流导的定义流导的定义是:在单位压差下,流经管路的气流量的大小。用一个数学式子来表示,即:

式中C—管路的流导；Q—流经管路的气流量；P1、P2—分别是管路的入口压力和出口压力Pa。2.2流导的定义流导的定义是:在单位压差下,流经管路的气流2.3真空技术基本方程如果用Se来表示真空系统对容器的有效抽速，用Sp表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导，则有

a、b、c本质上是同一个方程,真空系统设计中一个非常重要的方程，如果知道泵的抽速Sp和管路的流导C，就可以计算出系统对容器有效抽速，这个方程被称为真空技术基本方程。2.3真空技术基本方程如果用Se来表示真空系统对容器的有效2.4真空技术基本方程在中的意义

从方程(2b)可以看出:如果管路的流导C远大于泵的抽速Sp，则Sp/C的值远小于1，此时有效抽速Se≈Sp。说明为了充分发挥泵抽气作用,在设计管路时，应使管路的流导尽可能大一些。因此真空管路应该粗而短，切不可细而长。这是设计连接管道时的一条重要原则。相反，如果管路的流导C远小于泵的抽速Sp，则C/Sp的值远小于1，从方程(2c)可以看出，此时真空系统对容器的有效抽速Se≈C,说明在这种情况下，选择多大的泵都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。2.4真空技术基本方程在中的意义从方程(2b)可以看出:3.真空系统的设计计算3.1主泵3.2配泵3.3储气罐和维持泵3.4真空系统设计中应该注意的问题3.5真空系统的典型形式3.6真空系统的结构设计3.7真空系统操作规则3.真空系统的设计计算3.1主泵3.1选主泵选主泵要考虑两个方面：一是选择主泵的类型；二是确定主泵抽速的大小。3.1.1主泵的类型

确定主泵类型的依据:(1)根据被抽容器所要求达到的极限真空度和工作真空度。一般选取主泵的极限真空度稍高于被抽容器所要求的极限真空度(如高半个数量级)。每一种泵都有其最佳工作压强范围,应保证将被抽容器的工作真空度选在主泵的最佳抽速压强范围内。各种真空泵的工作压强范围见图11。3.1选主泵选主泵要考虑两个方面：真空系统设计培训课件(2)根据被抽气体的种类,每种气体所占的比例以及气体中所夹杂的灰尘情况。为此,应当对各种真空泵的性能及使用特点进行了解。(3)根据初次投资和日常运转维护费用。当两种类型以上的泵都适合选用时,则要根据经济指标来确定主泵。在比较经济指标时,要从整套真空系统来考虑。如图12是油扩散泵、油增压泵、罗茨泵系统单位抽气速率(L/s)的价格与入口压强间的关系曲线。图13是单位抽气速率(L/s)的输入功率与入口压强的关系曲线。(2)根据被抽气体的种类,每种气体所占的比例以及气体中所夹杂

由两个图中的曲线可见,在1.33×10－1～13.3Pa的压强范围内,以油增压泵为主泵的真空系统比较经济,所需要的功率小。在压强低于1.33×10－1Pa的范围内,油扩散泵抽气系统比较经济。在压强高于13.3Pa的范围内,罗茨泵抽气系统比较经济。所以在选泵过程中应立足于即适用又经济。由两个图中的曲线可见,在1.33×10－1～13.3Pa的3.1.2主泵抽速大小的确定

主泵抽速大小的确定主要根据被抽容器的工作真空度和其最大排气流量,以及被抽容器的容积和所要求的抽气时间。

(1)真空室内排气流量的计算式中Q－真空室中产生的总的气流量；Qg－工艺过程中被熔炼或被处理的材料放出的气流量，Pa·m３/s；Qｎ－真空室内所用耐火保温材料的出气流量，Pa·m３/s；3.1.2主泵抽速大小的确定

Qf－暴露于真空条件下的真空室内壁和所有构件表面解析出来的气流量，Pa·m３/s;Ql－真空室外大气通过各密封连接处泄漏到真空室内的气流量，Pa·m３/s。

以上各量在不同的真空应用设备中不一定都存在，这要根据不同情况具体考虑。Qf－暴露于真空条件下的真空室内壁和所有(2.)被抽容器所要求的有效抽速的计算设被抽容器内的最大排气流量为QPa·m3/s；所要求的工作真空度为PgPa；则被抽容器所要求的有效抽速Sey为(2.)被抽容器所要求的有效抽速的计算(3)粗算主泵的抽速S由于在选定主泵之前,真空室出口到主泵入口之间的管路没有确定,因而这段管路的流导C是未知数。根据式(2)无法计算主泵的抽速S。通常按经验公式粗算主泵的抽速

式中Ks－在真空室出口主泵的抽速损失系数,当主泵入口到真空室出口之间的管路中不采用捕集器时,取Ks=1.3～1.4;当采用捕集器时,取Ks=2～2.5。(3)粗算主泵的抽速S主泵抽速S粗算出来后,按S值在真空泵的产品系列中选出符合粗算值S的主泵,设粗选出的主泵抽速为Sp。(4)验算主泵的抽速根据粗选出的主泵的入口尺寸,选择确定主阀、捕集器和连接管道,划出主泵入口至真空室出口之间管路草图。利用流导计算公式计算出被抽容器出口到主泵入口之间高真空管路的流导C,再)计算粗选主泵对真空室出口的有效抽速Se,若Se大于或等于被抽容器所要求的有效抽速Sey,则认为粗选的主泵的大小合乎要求,否则应重新粗选主泵,再进行验算,直至合乎要求为止。主泵抽速S粗算出来后,按S值在真空泵3.2配泵主泵选定之后,重要的问题是如何选配合适的前级泵和预抽泵。通常前级泵直接影响主泵的抽气性能,影响真空系统的抽气时间和经济效益。配前级泵时应遵循如下几点规定:(1)前级泵应保证能及时排出主泵所排出的气体流量。(2)前级泵在主泵(如扩散泵、油增压泵、分子泵和罗茨泵)出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强。(3)兼作预抽泵的前级泵应满足预抽时间的要求。3.2配泵主泵选定之后,重要的问题是如何选配合适的前级泵和

所配前级泵确定之后,即可按前级泵的入口尺寸选择前级管道阀和预抽管道阀,确定各部分连接管道的尺寸。根据以上的确定,可绘制出真空系统设计图。所配前级泵确定之后,即可按前级泵的几种典型主泵的配泵(1)油蒸气流泵作为主泵当选用油蒸气流泵作为主泵时,配前级泵的方法可以按经验标准所推荐的前级泵的大小来确定,见表4。几种典型主泵的配泵(2)分子泵作为主泵分子泵作为主泵时,其抽气能力与前级泵的抽气能力有密切关系。分子泵的前级侧需要保持分子流状态,它才能稳定工作。为了保证分子泵前级侧处于分子流状态,通常按下式选取前级泵的抽速

式中S1－分子泵的抽速,m3/s;S2－前级泵的抽速,m3/s。(2)分子泵作为主泵(3)罗茨泵作为主泵罗茨泵作为主泵时,通常可用油封机械泵或水环泵作为罗茨泵的前级泵,前级泵的抽速可根据经验公式选取。式中S1－罗茨泵的抽速;S2－油封机械泵作为前级泵的抽速;Ss－水环泵作前级泵的抽速。(3)罗茨泵作为主泵3.3储气罐和维持泵(1)作用：在前级泵停止工作时，能保证主泵处于正常工作状态。(2)使用场合：a.储气罐:储气罐不能作得很大,它只能用在以扩散泵为主泵的小型系统上，或是某些较小应用设备,在其工艺过程中不允许有振动,即在工艺进行时必须停止前级泵的工作。b.维持泵:维持泵可用在大型主泵的系统上。3.3储气罐和维持泵(1)作用：

罗茨泵旋片泵维持泵

罗茨泵旋片泵维持泵

储气罐的应用储气罐的应用3.4真空系统设计中应该注意的问题

(1)真空元件相互联接时，应尽量做到抽气管路短，流导大，导管直径一般不小于泵口直径，这是系统设计的一条重要原则。但同时要考虑到安装和检修方便。有时为了防振和减少噪音，可以将机械泵设置在靠近真空室的泵房内。(2)机械泵(包括罗茨泵)有振动,为隔离振动，通常采用软管减振。软管有金属和非金属两种，均需保证在大气压力作用下不被压瘪。(3)真空系统应便于测量与检漏。为了迅速找到漏孔，要进行分段检漏，因此每一个用阀门封闭的区间，至少要有一个测量点。3.4真空系统设计中应该注意的问题(1)真空元件相互联(4)真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用方便,安全可靠。一般在有一个蒸气流泵作为主泵(扩散泵或油增压泵)；和一个机械泵作为前级泵的系统中，除了有前级管道(串联蒸气流泵和机械泵的管道)外，还应有一个预真空管道(真空室直通机械泵的管道)。其次是在真空室和主泵之间设有高真空阀门(也称主阀),在前级管道上设有前级管道阀;在预真空管道上设置预真空管道阀。机械泵入口管道上,应设一个放气阀门,防止机械泵停泵时返油。真空室上也要设置放气阀门,给装料和取料时用。(4)真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用

(5)真空系统的设计应保证排气稳定可靠,安装拆卸维修容易,操作方便,各元件间的连接有互换性。(6)真空系统设计中要采用新技术,做到自动控制和联锁保护。(7)真空系统设计中要求做到节省能源,降低成本,使用方便可靠。(5)真空系统的设计应保证排气稳定可靠,安装拆卸维修容易,3.5典型的真空系统形式(1)低真空系统这种系统应用比较普遍,许多应用设备都采用该种系统。如自耗炉真空系统,感应炉真空系统和一些热处理炉的真空系统等。低真空系统一般是由两个以上的泵串联组成的。

3.5典型的真空系统形式下面介绍几种系统:只用机械泵给真空室排气,系统比较简单，在低真空范围内,真空度低于1.33×10-1Pa。油增压泵(主泵)串联机械泵(前级泵)工作压强范围:1.33～1.33×10-1Pa。优点:抽气能力大,系统简单,振动小,工作稳定可靠,维修方便,成本低。缺点:预抽时间长(同罗茨泵系统比较),工作中需要较贵重的增压泵油。下图为采用油增压泵(主泵)串联机械泵(前级泵)的真空感应熔炼炉的真空系统。下面介绍几种系统:

真空感应熔炼炉真空感应熔炼炉罗茨泵串联机械泵工作压强范围：1.33～1333Pa。优点：预抽气时间短。缺点：工作时有振动,且噪音大;工作中随时间增加,罗茨泵性能下降。

图14为一实例，另外在图14后又给出了一罗茨泵串联滑阀泵的机组。罗茨泵串联机械泵真空系统设计培训课件罗茨泵串联滑阀泵机组罗茨泵串联滑阀泵机组

罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

工作压强范围：0.133～1333Pa。优点：工作压强范围大,工作真空度高。

下图为一实列罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵罗茨泵串联小型罗茨泵(中间泵),再串联机械泵

以油增压泵和罗茨泵为主泵,两个泵出口串联罗茨泵,再串联机械泵

工作压强范围：0.133～1333Pa。优点：具有罗茨泵系统和油增压泵系统的双重特点。图15为一实例以油增压泵和罗茨泵为主泵,两个泵出口串联罗茨泵,再串联机械

罗茨水环泵机组除了上述几种之外,还有油增压泵串联罗茨泵,再串联机械泵的真空系统，以及罗茨泵串联水环泵的真空系统,它适合于排出灰尘较多的应用设备上。罗茨水环泵机组除了上述几种之外,还有油增压泵串联罗茨泵,再(2)高真空系统这种系统应用也比较广泛。它的工作压强范围在6.67×10-2～1.33×10-3Pa。如镀膜机、电子轰击炉和部分电阻炉等都采用高真空系统。

几种典型高真空系统扩散泵串联机械泵应用范围：一般用在工作时放气量较小的应用设备上。优点：结构简单,工作可靠,成本低。缺点：系统起动慢,预抽气时间长。扩散泵油蒸气容易返流到真空室中去。下图为扩散泵串联旋片泵机组(2)高真空系统

扩散泵串联旋片泵扩散泵串联旋片泵

扩散泵串联油增压泵,再串联机械泵该系统起动慢，由于有中间油增压泵存在,故预抽气时间短些。扩散泵串联罗茨泵,再串联机械泵系统起动慢,但预抽气时间短(因为中间有罗茨泵)。

高真空系统实例（图16）和一个扩散泵串联罗茨泵和旋片泵机组扩散泵串联油增压泵,再串联机械泵真空系统设计培训课件

扩散泵串联罗茨泵和旋片泵扩散泵串联罗茨泵和旋片泵(3)超高真空系统由于原子能工业和火箭技术的发展,超高真空技术也得到迅速发展和应用。几种典型超高真空系统用扩散泵和钛泵并联为主泵,扩散泵单独串联前级机械泵

可以达到极限真空度为1.33×10-6Pa。

图17所示为钠灯超高真空封接炉的系统(3)超高真空系统

扩散泵串联扩散泵(中间泵),再串联机械泵

该系统的特点是能获得超高真空,并能稳定工作。图18为一个超高真空系统和设备的结构图。主泵是一个水银扩散泵,泵顶有冷却挡板和液氮冷阱,中间泵也是水银扩散泵。在中间泵和前级机械泵之间设有油蒸气捕集器。并设有各种单独的加热器,烘烤真空室和主泵顶部及捕集器扩散泵串联扩散泵(中间泵),再串联机械泵

主泵为分子泵串联机械泵由于机械泵有油存在,需要在机械泵入口管道上设置捕集器冷凝油蒸气。如果分子泵串联分子筛吸附泵(前级泵),则构成了无油超高真空系统,该系统比较清洁。钛泵或溅射离子泵做为主泵,并联或串联分子筛吸附泵(做为预真空泵)，或用钛泵联接预真空机械泵，在机械泵的入口管道上加油蒸气捕集器。该系统为无油超高真空系统图19为一实例主泵为分子泵串联机械泵

用低温泵做为主泵,串联或并联分子筛吸附泵(预真空泵),构成无油超高真空系统。同样也可以用机械泵做为预真空泵,在机械泵入口管道上设置油蒸气捕集器。用低温泵做为主泵,串联或并联分子筛吸附泵(预真空泵),构成3.6真空系统的结构设计真空系统的结构设计主要考虑密封可靠,结构合理,材料对真空度影响要小。设计中应注意的问题：(1)选择结构材料应尽量用国家标准中的无缝钢管和板材,尽量减少焊接结构,有利于真空部件气密性质量。(2)保证焊接后焊缝不漏气。要求技术水平较高的工人进行焊接,提高焊接质量,合理地设计焊接结构也很重要。(3)结构上要保证快速抽空。避免出现隔离孔穴(气袋),如图21所示。3.6真空系统的结构设计真空系统的结构设计主要考虑密封可靠

(4)减少表面放气。处于真空内的构件和壳体内壁表面粗糙度越高越好。最好进行电镀抛光,氧化处理等。(5)真空系统上各元件之间多用法兰连接。而法兰与管子之间是焊接结构。由于焊接时易引起法兰变形,故目前国内都采用焊接后再对法兰加工,这样即可达到尺寸和粗糙度要求,又能保证两个法兰连接时密封可靠。(6)对于某些必须处于较高温度下工作的真空橡胶密封圈,由于橡胶耐温有限,可以专门采用水冷结构加以保护。(4)减少表面放气。处于真空内的构件和壳体内壁表面粗糙度越(7)保证真空系统元件壳体和真空室壳体有足够强度。实验表明真空容器采用圆形结构较好。端盖采用凸形结构为好。(8)由外部进入真空室内的转动件或移动件,要保证可靠的动密封。除了选择好的密封结构外,其中的轴或杆一定要满足粗糙度要求。更要防止在轴和杆上有轴向划痕,这种划痕会降低真空度,而且不易发现。(7)保证真空系统元件壳体和真空室壳体有足够强度。实验表明真

(9)真空系统上测量规管座位置安排应遵循如下原则：不能将测量规管放在密封面较多的地方。因为每一个密封面都不可能保证绝对不漏气,密封面集中之处,必然是容易漏气的地方,测量值可能不准。规管内壁各处,必须保证真空卫生。否则会造成测量不准。规管应尽量接在靠近被测量的地方,以减少测量误差。(9)真空系统上测量规管座位置安排应遵循如下原则：(10)真空室壳体上的水套结构,要保证水流畅通无阻。更不能出现死水造成局部过热。因此进出水管位置要一下一上,且设置流水隔层,使水沿一定路线流动。(10)真空室壳体上的水套结构,要保证水流畅通无阻。更不能出真空系统组成元件

真空泵真空测量与控制器件真空阀门连接导管捕集器其它组成元件真空系统组成元件真空泵1真空阀门1.1概述1.2真空阀门的几种典型结构1.3真空阀门的设计1真空阀门1.1概述1.1概述真空阀门：

在真空系统中，用来改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通管路的真空系统元件。真空阀门的型号编制方法国家专业标准作了规定,可查阅有关标准。1.1概述真空阀门：真空阀门在真空系统中的作用开关气路控制气流大小，调节真空度定量充气真空阀门在真空系统中的作用开关气路真空阀门的分类真空阀门的分类1.2真空阀门的几种典型结构隔膜阀真空球阀真空蝶阀插板阀挡板阀翻板阀电磁阀针阀超高真空阀玻璃真空活塞无油玻璃真空阀1.2真空阀门的几种典型结构隔膜阀电磁阀隔膜阀隔膜式真空阀是利用阀杆将弹性体薄膜紧压在阀座上用来隔断气路。如图3所示,转动手轮可带动阀杆上、下移动,使隔膜离开阀座打开阀门或使隔膜紧压在阀座上关闭阀门。此种阀门如采用丁晴橡胶隔膜,适用于前级和预抽管道上及温度为-25～80℃的非腐蚀性气体。如采用氟橡胶隔膜,可用于高真空系统,使用温度范围为-30～150℃。隔膜阀隔膜式真空阀是利用阀杆将弹性体薄膜紧压在阀座上用来隔断真空系统设计培训课件真空球阀图4所示是真空球阀的结构,该阀中的密封机构是由两个环状弹性体紧压于一个金属球表面构成。金属球上有一个大穿孔,借助于手柄转动金属球使穿孔改变方向,即可接通或切断气路。金属球轴杆与阀体间的密封采用O形密封圈密封。真空球阀图4所示是真空球阀的结构,该阀中的密封机构是由两个环真空系统设计培训课件真空蝶阀蝶阀的结构比较简单,如图5所示。阀板的边缘上嵌有O形密封圈,阀板靠螺栓固定在传动轴阀杆上,使阀杆带动阀板转动,当阀板上的密封圈与阀体紧密接触时即实现了阀门的关闭,从关闭位置、阀板再转动90°时,阀门即完全打开,该种阀门的主要优点是体