真空原理简介课件

真空原理简介什么是真空？“真空”是对压力低于正常环境大气压的一种描述。增加容积或降低压力都可以造成真空。大多数时候我们可以通过真空泵来降低压力。由于种种原因，在地球上我们是无法得到绝对真空的。我们很难将容器里的每一个气体分子都排空。因此请记住，我们所讲的真空只是一个降低到一定程度的压力。1.英寸汞柱A.表真空度——inchHgV读数0为大气压力，29.92为绝对真空。B.绝对真空度——inchHg读数0为绝对真空。2.Torr1Torr＝1mmHg＝1/25.4inchHg0Torr表示绝对真空。根据所用的单位不同，真空从0到29.92inchHg，或从0到760mm.Hg(Torr)。在真空行业中通常会用到下面四个压力范围：低真空：760-1TORR中真空：1-0.001TORR高真空：0.001-0.000001TORR极高真空：0.000001TORR以下我们专门涉及的是低真空。在这一压力范围内通常使用两种单位：表示绝对压力值的TORR和英寸汞柱。在绝对压力中，0TORR是绝对真空。这两个单位都有绝对值和表压值之分。因此30下面是转换表：绝对压力（1）表压（2）CmofhgTorrormmofhgmicronatmosphereLb/in²Ton/ft²Gram/cm²FtofH2OInofHgLb/in²InofHg767607600001.014.701.06103333.929.90070700700000.92113.53.97595231.227.61.162.3660600600000.79011.60.83581626.823.63.106.3050500500000.6599.67.69668022.319.75.0310.240400400000.5267.74.55754517.815.76.9714.230300300000.3955.80.41740813.411.88.9018.120200200000.2633.87.2782728.927.8710.822.010100100000.1321.94.1391364.463.9412.826.055050000.066.967.07068.02.231.9713.727.911010000.013.194.01413.6.446.39414.529.50.111000.001.019.0011.36.045.03914.6829.8800000000014.7029.92我们设备通常提供0-29.88inchesHgV的低真空。昆西螺杆式真空泵系列产品可满足上述压力范围的各种真空场合的应用。下表列出的部分应用真空的行业以及所需的真空范围：医院中央真空16-24inchesHgV印刷15-20inchesHgV食品工业15-29.88inchesHgV真空保持25inchesHgV中央真空系统15-29inchesHgV有无数行业需要真空设备来提供不同范围的真空。甚至竞争生产厂家，对销售人员来说，了解真空泵会使用在哪个生产过程，以及需要提供的真空压力十分重要。充分了解了压力的变化需求后，你就能为客户选择正确的型号的机器了。我们通常用四个相关的基本参数来描述气体：压力，体积，温度以及空气量。压力：压力是指气体作用在单位面积的容器壁上的力。体积：体积是只气体占用的空间大小。计量单位有：立方英尺，升，加仑，立方米，立方英寸等。温度：温度的单位有：华氏，摄氏，开氏，华氏绝对温标。通常气体公式里会含有将华氏温度转换为其他标准的参数。空气量：指定样品空气量用克摩尔*或摩尔来表示。一摩尔标准气体（在标准温度和标准压力下，即760TORR和0℃下）的体积为22.4升。因此一磅摩尔气体体积大致为385立方尺。（454克/磅*22.4升/克/28.32升/立方尺）*一摩尔气体含有6*1023个分子这四个基本参数是为客户项目挑选设备时进行计算所常用的。参数之间的关系由气体公式给出。在使用公式前，我们需要在各种温度，体积和压力单位间进行转换。这种将客户使用的单位转换成公式使用的单位的能力很重要。你如果在客户面前熟练的进行转换工作，作为真空项目的顾问，客户会增加对你的信任。真空下气体体积的膨胀率绝对压力inchHg真空度inchHg体积膨胀率3001.02551.2201030/20=1.515152.010203.08223.7552530/5=6.032710.02.527.512.022830/2=15.01.528.520.012930/1=30.0.529.560.0.229.815003030/0=∞无穷大例一:如图所示,真空度为15inchHg的气体体积是原来的两倍.例二:如图所示,真空度为27.5inchHg的气体体积是原来的12倍.膨胀率公式=大气压力/绝对压力30/5=6真空和真空设备

一般干空气或其它气体ABC空气和水蒸气混合物

可凝蒸汽或水蒸汽绝对压力760mm29.92"Hg14.7psig-标准大气压标准沸点212°F100°C500250100

mm502510mm20"10"4"2"1.0"0.4"0.2"0.1"1mm52.5微米10005002501000.1mm5025100.01mm52.50.1微米80°

150℉

60°

40°

100℉

20°

50℉

32℉

0℃

0℉

20°

40°

-50℉

正常冰点

用于矿井和隧道的排风风机等低真空排气设备用于粘土、陶瓷和其它产品的真空排气

纸和其它湿产品的真空过滤用于粘土、陶瓷和其它产品的真空排气

用于化工、炼油的蒸汽冷凝器，蒸馏器、真空蒸馏器的空气排除设备

咖啡和其它易腐食品或化学品的真空包装设备

真空脱水和浸渍设备用于各种产品包括高压电缆、绕组

复杂化合物的提纯光学部件和其它材料的真空镀膜

微电脑的真空覆膜

太空部件的支承注意：此表的某些部分仅仅是示意说明而已，一些类似真空工艺的特殊修改和设计一般超过了些典型范围。在些小范围内，此表定准确的。

特殊食品，血浆、青霉素，维他命和特殊药品的冷冻干燥和脱水设备

各种食品的真空冷冻设备用于盐、糖、牛奶的真空锅和蒸馏器

用于各种化工、炼油厂的真空蒸馏器和结晶设备

一般设备的蒸汽冷凝器用于橙汁的浓缩

空调、工艺用的水蒸汽吸收制冷

真空设备：用于制冷设备，电灯泡，射线管，真空设备：用于雷达设备，电视设备，各类电气设备和研究仪器

动物和植物油的真空榨取20-A许多主要工业工艺需要使用负压和各种典型的压力范围。工艺包括：排除各种混合气体如：ABC三栏下列出的空气，其它气体和水蒸汽。

水挥发范围大气压下沸腾和蒸汽冷凝范围零度以下冷凝设备和冰挥发范围冰、水或蒸汽的变相温度真空系统从大气或其它环境向真空系统的泄漏会一直以某个速率进行，并会影响后果。用户必须消除泄漏，并做出原有设备规格说明。否则，不能做出正确的真空泵选型。真空转换TORR到HGABTorr×0.03937(Torr/25.4)HGAB到TORRHgAb×25.4TORR到PSIATorr×0.0193HGVACUUM到HGAB29.92-HGVHGAB到HGVACUUM29.92-HGABBOYLE’SLAWP1V1=P2V2CHARLE’SLAWP1/T1=P2/T2GERNERALLAWP1V1/T1=P2V2/T2泵速T=2.3×(V/S)×Log(P1/P2)SCFM到ACFMSCFM×(29.92/P2)×(T/528)ACFM到SCFMACFM×(P2/29.2)×(528/T)LBS.PERHOUR到CFMCFM=(LBS/60)×(379/MW)×(760/P2)×[(460+T)/528]LEAKAGE到CFMCFM=[V×(P2-P1)/T]×1/P1真空转换表（海平面@32℉）

绝对压力法TORRmmHgPSIAINCHESmercury%vacuum760.0014.6929.9200.00759.9914.6929.9200.00759.9014.6929.9196.01759.2514.6829.8905.10759.0014.6729.8806.13757.0014.6329.8019.39755.0014.5929.7232.66752.4014.5429.62081.00750.0014.5029.52631.32735.0014.2128.93583.29700.0013.5327.55797.89650.0012.5625.589514.47600.0011.6023.621121.05550.0010.6321.652627.63500.009.6619.684234.21450.008.7017.715840.79400.007.7315.747447.37380.007.3514.960050.00340.006.5713.385355.26300.005.8011.810560.53250.004.839.842167.11200.003.877.873773.68绝对压力法TORRmmHgPSIAINCHESmercury%vacuum150.002.905.905380.26100.001.933.936886.8490.001.743.543288.1680.001.,553.149589.4770.001.352.755890.7960.001.162.362192.1151.70.999312.035393.2050.00.966451.968493.4240.00.773161.574794.7430.00.579871.181196.0525.40.490961.000096.6620.00.38558.7873797.3710.00.19329.3936898.68427.60.14690.2992099.00005.00.09664.1968499.34213.00.05799.1181199.60531.00.01933.0393799.8684.75.01450.0295399.9013.10.00193.0039499.9868.01.00019.0003999.9387000100C．其他流量单位有时候你会接触到客户使用等值干空气来代替CFM。通常用磅每小时或磅每分钟。你可以通过以下公式来转换。CFM=(LBS/60)×(379/MW)×(760/P)×[(460+T)/528]LBS=每小时气体的磅数MW=气体分子量P=气体要达到的压力T=华氏温度此公式首先将磅每小时转换到磅每分钟，然后是标准状态下气体体积，将标准压力转换成最终压力，将温度转换成标准温度。你无须了解每一步的含义，只需知道如何填入数据求得CFM值。有一种更为简便的方法，1个SCFM等于4.5磅每小时。而将SCFM转换成ACFM就很简单了。SCFM=LBS/HR×（1/4.5）我们可以用BOYLE‘S定律（P1V1=P2V2）来进行SCFM和ACFMM的转换。如果是其他的气体，需要对气体分子量进行转换才能求得正确的泵速。公式是：CFM=(Lbs.perhour/60)+(379/MW)+(760/P)+[(460+T)/520]Lbs.perhour=每小时的气体量MW=气体分子量（空气=29）P=气体泵送时的压力T=华氏温度公式首先将磅每小时转换到磅每分钟，然后是标准压力下的体积，标准气压到最终气压，温度转换成绝对温度。你不必了解每一步的意义，只要知道如何填入数据求出所需的CFM值。有一种更为简便的方法，1个SCFM等于4.5磅每小时。而将SCFM转换成ACFM就很简单了。SCFM=LBS/HR×（1/4.5）我们可以用BOYLE‘S定律（P1V1=P2V2）来进行SCFM和ACFMM的转换。如果是其他的气体，需要对气体分子量进行转换才能求得正确的泵速。比如，气体是CO2，在公式中代入CO2的比重：（CO2分子量=44）SCFM=(LBS/HR)×（1/4.5）×(29/44)这样才能得到对应分子量下的值，然后转换成ACFM。以下是这方面应用的总表；SCFMTOLBS/HR:LBS/HR=SCFM×4.5×(MW/29)LBS/HRTOSCFM:SCFM=(LBS/HR)×(1/4.5)×(29/MW)SCFMTOACFM:ACFM=SCFM×(760/P)×[(460+T)/520]ACFMTOSCFM:ACFM×(P/760)×[520/(460+T)]

BOYLE’S定律

假设汽缸内有一定量的，某一温度和某一压力下的气体，当活塞从一端开始压缩汽缸时，气体体积会变小。体积变小时，压力就会上升。这就是BOYLE’S定律的基本含义。（假设恒温）：

P1V1=P2V2

换句话说就是，初始压力和初始体积的乘积等于最终压力和最终体积的积。

范例：1汽缸初始体积为3升，初始压力为100torr,当体积减小到一升时，压力多大？已知：P1=100torrV1=3LV2=1L求P2P2=P1V1/V2=100×3/1=300torr这个公式可以引申到其他的体积。比如客户有一个容器需要抽真空，系统中安装了一个储气罐，你可以判断最终储气罐和容器的相等压力是多大。

P1V1=P2V2

假设10cf的储气罐需已抽到12torr的真空，15cf的容器初始压力为大气压。

（760×15）+（12×10）=P3×25

P3=460.8TORR

CHARLE’S定律

假设汽缸中的活塞是固定的，里面气体的量也是固定的。对气体加热，导致的结果是气体压力上升。上升的压力与上升的绝对温度值成反比。可用以下公式表示：

P1/T1=P2/T2例:如初始压力为100torr,初始温度100℃,结束温度为200℃,求最终的压力.因为CHARLE’S定律中用的是绝对温度,所以我们首先要将温度转化为开氏

KELVIN(K=C+273)P2=P1*T2/T1P2=(100*473)/373=127torr通用气体定律将CHARLE‘S定律和BOYLE’S定律相结合可以得到通用气体定律：P1*V1/T1=P2*V2/T2当气体的这三个参数在初始状态和最终状态不同时这个公式就很有用了。他同样用代数公式表达。与之类似的一个公式叫理想气体状态方程，但在实际中很少用到。你只需记得有这么个公式，如你想进一步了解，可以向我们咨询。理想气体状态方程：PV=NrtD．真空设备本章节包括在制造真空领域中使用各种类型的设备。你必须了解竞争对手的设备的技术，从而可以强调螺杆式真空泵的优势。当然作为销售人员，最重要的是你和客户之间的关系。如果你给客户的印象是你对于真空泵及相关领域的知识相当丰富，从而产生对你的信任感。对于你的对手，这将是你所具有的最大优势。下面我们就从螺杆泵开始，然后是旋转叶轮式，旋转活塞式和水封泵。螺杆泵：螺杆泵的工作程序可以分为四部分。首先，当螺杆转过进气口时，腔室的容积增大，将低压的气体吸入。第二步，随着螺杆的旋转，进气口关闭，转子与泵壳之间吸入的气体被推向机头后方。在此过程中气体被压缩。气体的压力上升超过大气压力，当气体到达排出口时，被排出。气体的吸入和排出第一步：腔室A与需吸真空的容器相连。随着A处的容积增大，压力减小，气体被吸入。这是吸入过程第二步：腔室A与外界被叶片隔开，体积减小，气体被压缩。这是压缩过程第三步：腔室A与出口相连，体积继续减小，气体压力继续上升但还不足以打开排气阀。这是升压过程第四步：腔室A的体积继续减小，气体压力超过大气压。排气阀被打开，气体排出。这是排气过程旋转活塞旋转活塞式的真空泵工作原理与旋转叶片式相似。与之不同的是，旋转活塞式的真空泵以一根长的金属管或活塞代替叶片起活动壁的作用。随着偏心安装的活塞的移动，气体被吸入，再随着内部体积的减小而被压缩。旋转活塞式的真空泵在气体中含有大量杂质时也能正常运行。以下是工作图示水环泵：水环泵的工作原理与旋转活塞和旋转叶轮类似，但是其方法很特别。简单的说，就是通过旋转的叶轮在液体环（通常是水）中的不断的进出来带走气体，造成真空。当泵运行时，密封用的液体被叶轮甩到泵壳边缘，围绕中心形成一个移动的液环。叶轮的轴安装在中心偏上处，叶片在泵壳和液环中作偏心的旋转。进出口都暴露在同一个空间，由叶片和液环隔开。当气体从吸口被吸入后，进入由叶轮和液环形成的空间。随着旋转，叶轮进入液面部分越来越多，空间就会越来越小，对气体进行压缩直至排出。详见下图：D.真空设备

优点:1，初始投资低,震动小,风冷2，低振动,低噪音旋转叶轮式优点:1，轴承负荷低,泵的寿命长2，无振动,低维护成本3，无须经常换油4，排气不含油5，设高温跳机保护6，自动可调节的进气阀7，空冷水冷可选8，包括控制板在内的完整的系统螺杆式缺点:1，体积大,重量重2，对杂质和液体敏感3，无中等真空段缺点:1，叶轮易磨损,每隔3-5年需更换叶轮.2，对空气中的杂质和水蒸气敏感3，排气含油4，不能处理气体中水滴和液滴6，每三个月需更换滑油7，仅是一个泵,而不是一个系统旋转叶轮式（BEACH-RUSS，BUSCH，GAST，ITT，RIETCHLE，LEYBOLD）优点:初始投资低,震动小,风冷直接驱动，低振动可达到的真空度高，可达29.9inchesHg空气冷却低噪音缺点:维护费用高，叶轮易磨损,每隔3-5年需更换叶轮.对空气中的杂质和水蒸气敏感排气含油不能处理气体中水滴和液滴每三个月需更换滑油旋转活塞式（STOCKS，LEYBOLD，SARGENT-WELCH）优点:可靠耐用可以处理空气中的杂质低速，磨损小大型的油气桶可防止对环境的污染缺点:易过热,不能处理高压气体通常振动比较大噪音也比较大占地面积大

大部分压缩机厂家都有自己的特色产品。差别在于所提供给客户的服务。与那些注重产品质量，提倡顾客至上的厂家竞争是很困难的。幸运的是，大部分厂家提供的机器使用寿命都在3-6年，而我们的螺杆式真空泵的寿命可达10-15以上，这是我们在销售中最大的优势。怎样进行QSV真空泵的选型要求参数：1.大气压力(Pb)=真空系统安装2.最小系统真空(Vs)=用英寸Hg表示3.最大可容许真空=用英寸Hg表示4.真空泵风量要求(CFM)

III泵的选型

现在我们先了解真空术语和真空产生设备的类型。我们看一下怎样解决客户应用中会遇到的难题。这里我们把所有以前的信息都放入现场可使用的格式。请记住如果你学会我们这里讲到的一切，你在真空方面的知识会比90%以上你的客户懂得要多。如果你能在这个领域应用这些知识，该数字可以上升到98%。

A.泵的选型

在真空条件下的第一个最基本应用公式就是确定泵的选型的公式。这个公式有四个部分：速度（S）：泵的速度时间（T）：将腔室抽真空到一定压力所需时间压力（P）：工作压力容积（V）：腔室的容积公式：T=2.3×V/S×logP1/P2

P1指的是你的最初压力，P2指的是你的最终压力。2.3是系统系数。该值考虑到动力传递损耗和泵的低效状态。

应用：你的客户有某一真空系统，该系统需要在给定的时间内使用真空泵降到某一压力。你必须知道四个要素中的3个值才能给出答案。通常你会知道压力、容积，而客户要求你求得泵的速度或抽真空所需时间。

例如：客户有50立方英尺的腔室，想在3分钟内用泵将气体压力降到65Torr，应该选择什么型号的真空泵？

为求得S值，我们得到如下公式：S=2.3×50/3×log760/65S=41CFM请注意答案就是所需的泵的值（CFM）

泄漏率

任何的真空系统都存在泄漏现象。存在泄漏意味着真空泵需要抽出额外的气体。如果这额外的气体负荷过大，真空泵就不能达到系统要求的真空度。（以ACFM计，在额定的真空压力工作的真空泵的排量就不能满足增加后的气体流量）因此在选型时要考虑到克服系统泄漏带来的额外负荷。

泄漏率用单位时间内压力升来表述。客户只需关上阀门，在一个时间段内（5或10分钟），计算系统或容器的压力降。这个值，比如5分钟内上升了10TORR，流入的系统的气流速率。下面的公式是转换成CFM的公式：

S=V×(P2-P1)/T×(1/P1)

S=泵速ACFM

V=腔室体积

P1=初始压力

P2=最终压力

T=时间分钟

范例：一个500CF，75TORR的容器，关上阀门后泄漏率为5分钟10TORR，需要保持75TORR的真空度，该用多大的真空泵？

S=V×（P2-P1）/T×（1/P1）=500×（85-75）/5×（1/75）=13.33ACFMAT75TORR

如果单位不同，请先转换成绝对值，再进行计算。

比如，气体是CO2，在公式中代入CO2的比重：（CO2分子量=44）SCFM=(LBS/HR)×（1/4.5）×(29/44)这样才能得到对应分子量下的值，然后转换成ACFM。以下是这方面应用的总表；SCFMTOLBS/HR:LBS/HR=SCFM×4.5×(MW/29)LBS/HRTOSCFM:SCFM=(LBS/HR)×(1/4.5)×(29/MW)SCFMTOACFM:ACFM=SCFM×(760/P)×[(460+T)/520]ACFMTOSCFM:ACFM×(P/760)×[520/(460+T)]D．海拔真空表在出厂时根据当地的大气压力来设定。由于我们和客户所参考的大气压值会有不同，客户有时需要对其进行修正。我们称之为参考真空值。假定我们处于海平面，大气压为29.92HG。当一侧的真空达到某一个值时，在表膜片另一侧的大气压力对指针会有一定的作用力。如果大气压不是29.92,比如27HG，那作用在表上的大气压就没有那么大，客户就会认为，没有达到所要的真空值。通过以下公式来求得参考真空值，来调整上述偏差。Pref=P1×29.92/P2Pref=参考压力P1=对应高度排出压力减所要求得表头压力P2=对应高度排出压力所求的是对应工作压力的海平面的参考值。你可以以此根据泵速的公式来选择合适的机型。保险起见，你最好将表压转换成绝对压力。下面的例子将告诉你如何进行转换。范例：需要一台在3000ft高度处，以650CFM排量来获得23Hg表压（当地大气压下）的机器，该如何选型？换句话说，转换成海平面下的参考值来选择满足条件的机型。

Pref=P1×(29.92/P2)

P2=(查高度表)26.86inchesHg

P1=P2-所需的表压=26.86-23=3.86inchesHg

Pref=3.86×29.92/26.86=4.3

Pref=(表压)29.92-4.3=25.62inchesHg

可以选择QSVI50的机器，在25.62inchesHg表压下，提供700ACFM。

如果工作场所超过7500FT，请与工厂联系。在那样低压的情况下，可能需要额外的冷却器来保证机器正常运行。E水/电的消耗我们经常要与水环泵和叶片泵做比较，因此需要为客户研究分析水和能源的消耗情况。以下有几个很简便公式来计算说明使用昆西QSV系列真空泵，在节能和节水方面的潜在的优势。能量公式：电费=8760×BHP×0.746×Re/M8760=一年的小时数BHP=制动马力0.746=马力和KW的比值Re=电价M=马达效率C．流阻真空中的另一个重要特性是流阻。在一定压力下，指定时间内流过管路的气体量是一定的。显然，管路越长，管径越细，气体通过的难度就越大。换句话说，泵速的效率就降低。在某中意义上说，无论一端的管径有多大，流过管路的气体是一定的，更大的泵并不能提高泵速或减少达到压力的时间。下面的公式可以帮助你判断是否存在或将会存在流导问题。C=0.52×(D4/L)×PC=流阻D=管径（inches）L=管长（feet）P=压力（microns=torr×1000）通常你不会用到这个公式，除非管路特别长。在螺杆泵所提供的压力下，流阻的损失是可以忽略的，除非管路特别长时才进行计算。上面的公式只是一部分，另一部分是综合的泵速计算公式。流阻的公式告诉你有关于整个系统的东西。你需要计算选多大的泵，如何来克服流导损失来满足系统的需求。综合的泵速计算公式：S=Sp×C×(Sp+C)S=网络中的泵速CFMSp=泵速CFMC=系统的总流阻下面的例子会教你如何判断某个真空系统中是否有很大的流阻问题。如果有，就要改变系统设计来满足客户的要求。在很多情况下，真空泵被误用了，问题在于厂家没有针对他们的系统需求选择合适的真空泵。这种情况下你们不仅仅要买设备给他们，还要建议他们对系统结构进行合理的改造。QSVB/I应用指导行业：电子