真空泵的选型及数据计算

第一部份：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

IxlO,mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要5xlO+mmHg。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103~10-mmHg,

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5xl04~5xl0smmHg。于是，泵

的工作点应该选在这个范围之内，而不能让它在10-xmmHg下长期工作。又如钛升华泵可以在102mmHg下

工作，但其工作压强应小于IxlgmmHg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，于是，有时选用一种泵不能满足抽气要求，

需要几种泵组合起来，互相补充才干满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氧，而三极

型溅射离子泵，（或者二极型非对称阴极溅射离子泵）对负有一定的抽速，两者组合起来，便会使真空装置

得到较好的真空度。此外，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、份子

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，加之一些防油污染措施，如加冷

阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空要求。

6、了解被抽气体成份，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，

需要知道气体成份，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。

第二部份：水环式真空泵的选择

一、泵类型的确定

泵的类型主要由工作所需的气量、真空度或者排气压力而定。

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者临界排气压力的区域内运行。

2.应避免在最大真空度或者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者气体压力不高时，可优先在单级泵中选取。如果真空度或者排气压

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

高真空度时较平整，可选用两级泵。如果真空度要求在一710mmHg以上，可选用水环一大气泵或者水环

一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，容易创造和维护，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，分量轻，

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,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P/P=V/V

1221

2、盖・吕萨克定律

22

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：

V/V=T"=常数

1212

当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高（或者P降低）1℃,则它的体积比原来增加（或者缩小）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：

P/P=T"

1212

在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高（或者降低）1℃,它的压强比原来增加（或者减少）1/273。

4、平均自由程：

入=（5xlO9/P（cm）

5、抽速：

S=d/d（升/秒）或者S=Q/P

VI

Q=流量（托・升/秒）P=压强（托）V=体积（升）t=时间（秒）

6、通导：C=Q/（P-P）（升/秒）2,

7、真空抽气时间：

对于从大气压到1托抽气时间计算式：

t=8V/S（经验公式）

V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。

8、维持泵选择：

S=S/10

悔曲

9、扩散泵抽速估算：

S=3D?（D=直径cm）

10、罗茨泵的前级抽速：

S=~S（1/s）

33

11、漏率：

Q=V(P-P)/(t-t)

Xi2I21

Q-系统漏率(mmHg•1/s)

V一系统容积(1)

P「真空泵住手时系统中压强(mmHg)

口一真空室经过时间t后达到的压强(mmHg)

t—压强从P升到P经过的时间(s)

I2

12、粗抽泵的抽速选择：

S=Q/P(1/s)

i预

S=-lg(P/P)/t

affl

s一机械泵有效抽速

Q—真空系统漏气率(托•升/秒)

I

P—需要达到的预真空度(托)

预

V-真空系统容积(升)

t一达到P时所需要的时间

预

P一大气压值(托)

a

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、涡轮份子泵等，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：

PSNPS或者

ngg

S>P/P

£那n

S一前级泵的有效抽速(1/s)

s

P一主泵临界前级压强(最大排气压强)(l/s)

n

P一真空室最高工作压强(托)

8

S一主泵工作时在P时的有效抽速。(1/s)

g

14、扩散泵抽速计算公式：

S=Q/P=(K-n)/(P•tX升/秒)

式中：S一被试泵的抽气速率(1/s)

n一滴管内油柱上升格数(格)

44

t一油柱上升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=V（L7n）（Y/Y）+PAV

00maI

其中V一滴管和真空胶管的原始容积（升）

0

L一滴管刻度部份的长度（mm）

n一滴管刻度部份的格数（格）

Y一油的比重（克/厘米3）

0

Y一汞的比重（克/厘米3）

m

P—当地大气压强（托）

a

AV一滴管的刻度上的一格的对应的容积（升/格）

t

15、旋片真空泵的几何抽速计算公式：

S=7iZnLK（D2-d2）/（24xl04）（1/s）

V

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）,K为容积

V

利用系数（普通取95%）。

16、0型橡胶槽深B=

D为橡胶直径，槽宽C=

17、方形橡胶槽深B=

A为方形橡胶边长，槽宽C=

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：t

=（V/S）lg（Pl/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

PLP2: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。

55

根据真空系统的容积进行的泄漏量估算:

表1

容积/m313510255010020)

空气平均泄漏量/

kg/h

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*m

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：

Se=QR(273+Ts)/PsM

R:通用气体常数R=/(kmol*K)

Ts：抽出气体的温度，C

Ps：真空系统的工作压力，kPa,G

M：抽出气体的平均份子量

Se：真空系统的抽气速率，nv/h

♦间歇操作系统

Se=138V/t*lg(Pl/P2)m.'/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，

普通可按照下式计算：

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'

66

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lxlO，mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要5xlO«,mmHg。

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5xlO"~5xl（hmmHg。于是，泵的工作点应该选在这个范围之内，而不

能让它在10，mmHg下长期工作。又如钛升华泵可以在lOammHg下工作，但其工作压强应小于1x10

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，于是，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种

泵组合起来，互相补充才干满足抽气要求。如钛升

华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氮，而三极型溅射离子泵，（或者二极型非对称阴极溅射离子泵）对瀛有

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。此外，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。

若设备严格要求无汕时，应该选各种无油泵，如：水环泵、份子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。如果

要求不严格，可以选择有油泵，加之一些防油污染措施，如加冷阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空

要求。

77

6、了解被抽气体成份，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，需要知道气体成份，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、真空度或者排气压力而定。

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者临界排气压力的区域内运行。

2.应避免在最大真空度或者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者气体压力不高时，可优先在单级泵中选取。如果真空度或

者排气压力较高，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整，可选用两级泵。

如果真空度要求在一710mmHg以上，可选用水环一大气泵或者水环一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，容易创造和维护，且在高

88

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,

分量轻，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。

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真空泵选择相关计算公式

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/P2=V2/V1

2、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/V2=T1/T2=常数

当压强不变时，一定质量的气体，温度每升高（或者P降低）1°C,则它的体积比原来增加（或者缩小）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/P2=T1/T2

在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高（或者降低）1℃,它的压强比原来增加（或者减少）1/273。

4、平均自由程：X

=（5xlO-3）/P（cm）

5、抽速：

S=d/d（升/秒）或者S=Q/P

VI

Q=流量（托•升/秒）P=压强（托）V=体积（升）t=时间（秒）

6、通导：

C=Q/（PC）（升/秒）

2I

7、真空抽气时间：

对于从大气压到1托抽气时间计算式：

t=8V/S（经验公式）

V为体积，S为抽气速率，通常t在5~10分钟内选择。

8、维持泵选择：

1010

S=S/IO

维前

9、扩散泵抽速估算：

S=3D2(D=直径cm)

10、罗茨泵的前级抽速：

s=~s罗(1/s)

11、漏率：

Q=V(P-P)/(t-ti)

S2I2

Q-系统漏率(mmHg-1/s)

V一系统容积⑴

P—真空泵住手时系统中压强(mmHg)

匕一真空室经过时间t后达到的压强(mmHg)

t—压强从Pl升到P2经过的时间(s)

12、粗抽泵的抽速选择：

S=Q/P(1/s)

!预

S=-lg(P/P)/t

aK

s一机械泵有效抽速

Q—真空系统漏气率(托•升/秒)

1

P一需要达到的预真空度(托)

fti

v-真空系统容积(升)

t一达到P预时所需要的时间

Pa一大气压值(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、涡轮份子泵等，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：

PSNPS或者

nKg

S>P/P

ggsn

S一前级泵的有效抽速(1/s)

P一主泵临界前级压强(最大排气压强)(l/s)

n

1111

P一真空室最高工作压强（托）

g

s-主泵工作时在P时的有效抽速。（1/s）

S

14、扩散泵抽速计算公式：

S=Q/P=（K-n）/（P-tX升/秒）

式中：S一被试泵的抽气速率（1/s）

n一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一在泵口附近测得的压强（托）

K一滴管系数（托・升/秒）

K=V（Vn）-（YA,）+PAV

00tna（

其中VO一滴管和真空胶管的原始容积（升）

L一滴管刻度部份的长度（mm）

n一滴管刻度部份的格数（格）

Y一油的比重（克/厘米3）

0

Y-汞的比重（克/厘米3）

m

Pa-当地大气压强（托）

△V一滴管的刻度上的一格的对应的容积（升/格）

t

15、旋片真空泵的几何抽速计算公式：

S=?cZnLK（D2-d2）/（24xl04）（1/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）,K为容积利用

V

系数（普通取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：t

=（V/S）lg（Pl/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

Pl,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：

1212

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:

/m*0.1135102550100200

空气平均清Silt/

0.19.Su^-1u1-22-44-85-108・2O10-30

k&h

根据接头密封长度进行的泄漏量估算:

接头密卜:质丁IT常好好正常

上附脑kg/h,m0.030.10.2

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：Se

=QR(273+Ts)/PsM

R:通用气体常数R=/(kmol*K)

Ts：抽出气体的温度，oC

Ps：真空系统的工作压力，kPa,G

M：抽出气体的平均份子量

Se：真空系统的抽气速率，m3/h

间歇操作系统

Se=138V/t*lg(Pl/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n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