现代真空获得设备

真空获得设备主讲人：张以忱东北大学真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空：在给定的空间内，气体分子密度低于一个标准大气压的气体状态。真空泵性能的表示方法：1）极限压力2）抽气速率3）流量真空泵的分类：1）气体输送泵（1）变容积真空泵：液、油封式机械泵，干式真空泵，罗茨真空泵；（2）动量传输式真空泵（分子真空泵，喷射真空泵，扩散泵）。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程一、引论真空泵的技术术语和适用范围术语：启动压力；前级压力；最大前级压力；最大工作压力；压缩比；何式系数；抽气系数；返流率；水蒸气允许量；最大允许水蒸气入口压力。各种真空泵工作压力范围真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程2）气体捕集泵：吸附泵；低温泵。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程表1－1各种真空泵的工作压力范围真空泵在真空系统中的作用1主泵2粗抽泵3前级泵4维持泵5增压泵具体见抽气系统流程图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程主泵真空容器储气罐前级泵（粗抽泵）维持泵增压泵高真空抽气系统原理流程图二、液环式真空泵2.1液环泵的工作原理及特点真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程（a）单作用式液环泵（b）双作用式液环泵A－吸气口；B－排气口；C－间隙；单作用液环泵抽气（能量转换）过程：真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程前180°：小腔容积由小→大，压力降低，与吸气口相通，吸气；吸气终了时，小腔与吸气口隔绝，且应尽量保证此时小腔容积为最大。水从叶轮获得能量（动能），被加速。水甩出后具有与叶片端点切线速度相近的速度；而且在前半周，由于吸入的气体压力基本稳定，因此，水环各点速度近似相等。图2－1液环泵工作原理图能量转换2后180°：小腔容积由大→小，压缩气体，直到小腔与排气口相通，排气；水的速度下降，将动能转变成压力能（势能），来抵抗由于小腔容积变小而导致的气体压力增加。图2－1液环泵工作原理图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程2.2液环泵的基本类型与结构2.2液环泵的基本类型与结构2.2.1基本类型1）单级单作用液环泵:单级叶轮每旋转一周，吸气排气各进行一次。抽气效率较低。2）单级双作用液环泵：单级叶轮每旋转一周，吸气、排气各进行两次。抽气效率较高。3）双级液环泵：由单级单作用泵串联而成。4）气体喷射泵＋液环泵机组：可以提高低压下的抽速，扩大了液环泵的使用范围。图2－3水环泵的结构图2.2.2液环泵的基本结构真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程BACK内部进气口和排气口的改进(*最重要的改进)锥体泵：采用上部进气和下部排气的结构四、旋片式真空泵4.1概述真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程旋片式油封机械泵（旋片泵）为一种变容式气体传输真空泵，是真空技术中最基本的真空获得设备之一。其工作压力范围为101325～1.33×10－2Pa，属于低真空泵。可以单独使用，也可以作为其他高真空泵的前级泵，用以抽除密封容器中的干燥气体。若附有气镇装置，还可以抽除一定量的可凝气体。旋片泵不适于抽除含氧过高、有爆炸性的、对金属有腐蚀性的、与泵油会发生化学发应的、含有颗粒尘埃的气体。4.2.1工作原理旋片把转子、泵体、端盖形成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分。若转子按图中箭头方向旋转时，A空间容积增加，压力降低，气体经泵入口被吸入，此时处于吸气过程；B空间的容积减小，压力增加，处于压缩过程；C空间的容积进一步缩小，压力进一步增加，当压力超过排气压力时，压缩气体推开泵油密封的排气阀，处于向大气的排气过程。在泵的连续运转过程中，不断进行吸气、压缩和排气过程，从而达到连续抽气的目的。旋片泵工作原理图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程4.2旋片泵的工作原理与结构特点1－泵体；2－旋片；3－转子；4－弹簧；5－排气阀真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程旋片泵工作原理图BACK1－滤网；2－进气管；3－压板；4－排气阀；5－旋片；6－弹簧；7－转子；8－放油螺塞；9－油标；10－排气孔；11－皮带轮；12－轴端密封圈；13－气道真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程图4－22X型旋片泵结构简图BACK旋片泵在结构上可分为油封式和油浸式两大类。油封式结构是指油箱设置在泵体上，泵油起到密封排气阀的作用，泵体靠水冷或风冷。一般大泵多采用这种结构形式。油浸式结构是将整个泵体浸在泵油中，泵油起到密封和冷却作用。小泵和直联泵多采用这种结构。旋片泵结构简图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程Ⅰ－高真空级；Ⅱ－低真空级；1－中间辅助排气阀；2－通道；3－低真空级排气阀；图4－6双级泵结构示意图BACK真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程排气阀是旋片泵主要易损件之一，将影响泵的抽气性能并产生噪音。排气阀有两种形式：一种使用相交垫片做阀片；另一种是用布质酚醛层压板或弹簧钢片做阀片。排气阀必须浸在泵油中。在排气过程中，压缩气体推开排气阀片，穿过泵油排出。泵油起到密封作用。在双级泵中，当高真空级与低真空级为不等腔时，需要在两级之间设置中间排气阀，如图4－6所示。辅助排气阀的作用是在入口压力较高、经高真空压缩的气体已到排气压力时，辅助排气阀打开，部分气体由辅助排气阀排出，部分气体由低真空级抽走。随着入口压力的降低，辅助排气阀逐渐减小，直至最后关闭。图4－6双级泵结构示意图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程通常，泵抽除的气体为永久性气体和可凝性气体的混合物。在压缩和排气的过程中，当可凝性气体的分压超过泵温时该气体饱和蒸汽压时，可凝性气体会凝结并混于泵油中，随泵油循环，并在返回高真空侧时重新蒸发成蒸汽。这将影响到泵的抽气性能，加重泵油的污染程度。气镇法或称掺气法可以有效地防止可凝性气体的凝结，即在压缩过程中将经过控制的永久性气体（通常为室温干燥空气）由气镇孔掺入被压缩气体中，使可凝性气体分压达到排气压力，排气阀打开，将可凝性气体同永久气体一同排出。油封式机械真空泵普遍装有气镇装置，因此也叫气镇泵。气镇阀是旋片泵为抽除可凝性气体而设置的。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程气镇阀（掺气阀）是由节流阀和逆止阀两部分组成，节流阀控制掺入气体量，逆止阀防止泵腔内气体压力高于掺气压力时出现返流。气镇孔的位置设置一般有两种：一种是在泵排气口附近，当压缩腔与排气口相通时，开始掺气；另一种是设置于端盖上，当吸气终了以后，转子再转过一个角度（10°～15°）时，露出气镇孔，开始掺气。再掺气过程中，泵的极限压力上升和抽气速率下降。在低压时，适当打开气镇阀，掺如少量气体，可以减少泵油冲击排气阀引起的噪声。高速直联泵温度（90°～100°）下运行，有利于可凝性气体的抽出。图4－7气镇阀结构真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－调节阀；2气镇阀座；3－密封垫；4－挡块；5－钢球；6－弹簧图4－7气镇阀结构BACK五、滑阀式油封机械泵5.1概述滑阀式油封机械泵（简称滑阀泵）同旋片泵一样，也是一种变容式气体传输泵。其应用范围和使用条件与旋片泵基本相同。滑阀泵由于其结构特点，容量比旋片泵大得多，因此常常用在大型真空设备上。滑阀泵有单级和双级两种形式。单级泵的极限压力对小泵≤0.6Pa，对大泵≤1.3Pa（均关气镇），双级泵的极限压力≤0.06Pa（关气镇）。抽速大于150L/s的滑阀泵多采用单级型式。由于滑阀泵的旋转质量有较大的偏心，如果没有很好的质量平衡，在运转时会产生较大的振动。但泵旋转质心的运动轨迹是形状复杂真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程的封闭曲线，因此很难实现对滑阀泵惯性力的完全平衡。做好滑阀泵的质量平衡，减少泵的振动一直是滑阀泵需要解决的一个重要课题。滑阀泵的振动限制了泵的转速的提高，泵转速一般在350～3600r/min，个别的也有达1000r/min以上的。新型的三腔滑阀泵的出现，较好地解决了滑阀泵地质量平衡，使泵的振动得到了有效的控制，泵转速也可相应得到提高。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程5.2.1工作原理5.2滑阀泵的工作原理和结构特点真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－泵盖；2－气镇量调节阀；3－导管；4－逆止阀；5－油气分离器5.2.2结构特点图5－2滑阀泵结构图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程目前滑阀泵有三种结构形式：（a）滑阀杆铰接在滑阀环上；（b）滑阀杆与滑阀环成一体；（c）行星式滑阀泵，如图5－3所示。图5－3滑阀泵的三种结构形式真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程图5－4双缸滑阀泵结构图5－5双缸滑阀泵的平衡六、罗茨式真空泵6.1概述罗茨式真空泵（简称罗茨泵）是一种无内压缩的旋转变容式真空泵。主要特点有：在较宽的压力范围内有较大的抽速；转子之间、转子与泵腔壁之间有间隙，泵腔内运动件无摩擦，不必润滑，泵腔内无油；转子形状对称，动平衡性能良好，运转平稳，选择高精度的齿轮传动，运转时噪音低；对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；由于压缩比比较小，在抽气过程中消耗的功率比较大。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程罗茨泵的种类:低真空罗茨泵，如直排大气的干式单级罗茨泵（10000Pa）和湿式罗茨泵(2000Pa)；中真空罗茨泵，如机械增压泵（1×10-1Pa）等；高真空罗茨泵，如多级干式罗茨泵（直排大气1Pa）。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程罗茨泵是一种双转子的容积式真空泵。其抽气过程如右图所示，两个转子由传动比为1的一对齿轮带动作彼此反向的同步旋转运动。转子彼此无接触，其间存在间隙。6.2罗茨泵的工作原理及其结构特点真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－前端端盖；2－油标；3－压力传感器；4－注油塞；5－放油塞；6－齿轮侧轴承端盖；7－泵体；8－入口法兰；9－出口法兰；10－转子；11－马达侧轴承盖；12－中间法兰；13－油封处注油塞；14－油封处放油塞；15－笼形支架；16－电动机；17－泵底座图6-2罗茨泵的剖面示意图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－溢流阀；2－泵入口；3－泵体；4－转子；5－泵出口图6-3罗茨泵的旁路溢流阀结构示意图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－转子；2－转子；3－泵腔；4－冷气入口；5－抽气口；6－泵出口；7－冷却器图6-6气冷式罗茨泵原理图七、油扩散泵油扩散泵属于射流真空泵的一种，但与水蒸气喷射泵不同的是，油扩散泵工作在高真空区域，以低压高速油蒸汽流作为工作介质。泵的抽气过程是被抽气体扩散到油蒸汽射流中而被携带到泵出口排除的过程。油扩散泵的工作压力范围为10－1~10－6Pa，其极限压力可达10－8Pa。泵的抽气速率可从每秒几升到每秒十几万升。此外与其他高真空或超高真空获得设备相比，油扩散泵除效率低外，它具有单位抽速所需成本较低，结构简单，没有机械运动部件，操作方便，使用寿命长，高7.1概述东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空获得设备可靠性和维修方便等特点，因此它成为一种量面大面广的获得高真空和超高真空的真空泵。油扩散泵除了在一般工业中有广泛的应用外，特别适应于那些要求对大工作室（大的被抽容器）进行快速抽空以及迅速排除被处理材料在处理过程中放出大量气体的工艺过程。例如，真空冶金、真空热处理设备及真空镀膜设备等。真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－电阻丝；2－人字形挡板；3－弹簧；4－中心拉杆；5－泵芯；6－泵壳7.2油扩散泵的工作原理图12－1油扩散泵结构示意图真空获得设备东北大学首期《真空技术》培训班系列教程1－锅炉；