真空常识

清风明月

一、真空常识介绍
/ L+ V. P2 S/ x7 q/ f& @0 l
Q: 真空？
A: 在给定的空间内低于一个大气压的情况。
* a# `; Q- I( r1 B; C& V% D* M: O
Q: 标准环境条件？
. V( I# f8 m! y5 ~A: 温度为20℃，相对湿度为65%，大气压力为101325Pa。
9 @' |0 s  d& Q0 n; O! h$ h* ^
Q: 压力（压强）？
A: 气体分子从某一假想平面通过时，沿该平面的正法线方向的动量改变率，除以该平面面积，或者气体分子作用于其容器壁表面上的力的法向分量，除以该表面面积。
1 G- s  ]9 q& |" A/ {
Q: 真空度？
$ i4 w8 t) Y9 Z; Y  q2 uA: 真空状态下气体的稀薄程度，通常用压力值来表示。
( A1 }3 L( R* O) \; j
0 a( E- g5 l* J8 r) m2 n8 LQ: 真空区域划分？
! n7 P5 ~' J' p! uA: 低真空 105 ～ 102Pa
, L: F+ }7 C  G; C5 u4 N* w中真空 102 ～ 10-1Pa
0 m: h/ e' k# z( n! F高真空 10-1 ～ 10-5Pa
超高真空 <10-5Pa

Q: 真空泵？
A: 用以产生、改善和维持真空的装置。基本包括气体传输泵与气体捕集泵二种。

Q: 气体？
- K% |/ l  \9 w, y9 kA: 不受分子间相互作用力的约束且能自由地占据任意空间的物质。
, |3 f0 A/ m! s7 L* O9 {
3 ?7 ]6 q: A& x# ]$ F1 W5 f2 oQ: 平均自由程？
8 X0 a/ B+ }+ o. E, R% z% M9 ~A: 一个分子与其他气体分子每连续两次碰撞走过的路程，叫自由程。相当多的不同自由程的平均值，叫平均自由程。

; @, d+ o  V! H# _" O3 b6 P  U$ {$ KQ: 克努曾数？
0 ?  t  W! y0 |% }. i5 ?( NA: 气体分子的平均自由程与导管直径之比。
7 W' T# }8 ~# r4 m! G+ z
9 Q7 K. K) e/ ~. `5 @9 M( ?6 D- PQ: 粘滞流？
A: 气体分子的平均自由程远小于导管最小界面尺寸的流态。此时流动取决于气体的粘滞性，粘滞流可以是层流或滞流。

8 o# l0 i1 z/ n9 ~6 LQ: 中间流？
( s# F( j0 r# E4 o: AA: 在层流与分子流之间状态下气体通过导管的流动。
* Z# t; ?) a2 o9 B" b# @
5 P. n9 {# |3 `' S0 PQ: 分子流？
& N9 I" E0 ?0 h! z8 a5 |8 a2 {6 AA: 气体分子的平均自由程远大于导管截面最大尺寸的流态。

& g0 z' ^! R# m! R/ o/ x) C; iQ: 流量？
A: 在给定时间间隔内通过某一截面的气体体积，除以该时间。

7 B7 H" z1 [  e& P# ~- R3 j7 I+ NQ: 流导？
A: 在等温，条件下气体通过导管或孔流动时，其流量与导管的两规定截面或孔的两侧的平均压力差之比。
  W9 D8 S7 V' V4 ~
  A6 s3 `1 v' g
二、〖 真空系统选择 〗


2 U6 p* P& L# m& L; w1 q, B

真空范围	真空度	工艺	真空系统
低真空 * Z! H# Y$ i2 r + q& p* N6 p- C# t' }1 u0 Y ; k) ?- C* H4 k! x  x) s 3 ^- N) ~* P, v7 x/ y* j# s	105～102Pa   i2 c8 v1 ^) n: r7 R ) a$ [# O& E9 A6 X9 t! d3 J2 e# b . B' y, o2 W( P8 ?	*真空输运 *洁净室 / v. x( m- k4 c" W*打印机自动进纸 *真空浓缩罐*真空浓缩（干燥） 8 J3 }  y) W$ }$ I, H6 w*真空包装	* w% B1 |' d! j- V: R*干式旋片泵系统 4 R% [+ }/ `( s- N0 C4 |*油封旋片泵系统 1 ?" {  q6 K* V% U) j" k' d*水封泵系统 *柱塞泵系统 + s" n6 R: Y1 B7 M; N*干式真空泵系统 ) f# D2 w% [: V3 ?& z , U/ W+ c3 ~- I9 X/ J
中真空	102～10-1Pa	*真空充气装置 5 V  \* w; d; v- _  |*真空干燥   j3 k, N. l+ V8 I& T  {9 a*真空除气 $ |+ k0 l' `0 f  [2 k; L*真空蒸馏 *真空热处理*真空炉 , E" b' I5 A/ t*真空冷冻干燥	*多级旋片泵系统 ) Z) D! b2 n8 `. x: p8 }*罗茨泵系统 ! z7 C5 G0 Z# H/ F2 i! x*柱塞泵系统 *扩散泵系统 *干式真空泵系统 ( W( c# |* p. D$ k6 ~- \: F*吸附泵系统
高真空	10-1～10-5Pa	*真空镀膜 4 K% d( C& \9 T1 I* l" R*真空冷冻干燥*真空蒸馏 7 d: ^1 k/ o1 m7 f, V+ a*真空气体置换*真空密封 *真空焊接 *离子注入 2 ~3 x" i8 J4 t8 D( H5 P2 O  |# C	*扩散泵系统 *涡轮分子泵系统 * H. G+ v) H4 P2 Z6 m*吸附泵系统 *低温泵系统 *离子泵系统 6 e: D) \) H0 w6 Z8 }
超高真空	<10-5Pa	! o: s' Y3 t+ ^& c" c% z$ o% q" e*电子显微镜*等离子体发生器 ; s* v0 p0 {( G7 t& X( A6 i( k*表面研究 *材料分析 *原子核研究 *离子加速器 & {+ |- ~- q3 m4 G*物理学研究	*涡轮分子泵系统 *低温泵系统 / }: w% T. K4 U% \* Y/ i) i9 ~* j*吸附泵 : c  f/ ]: x( W*涡轮分子泵系统 *低温泵系统 *离子泵系统

! }( R: D  [* w# G$ m
三、〖 真空泵的选择 〗
5 ~! G% p( |  [9 L. ^2 v
      真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点：
% E2 r8 N; M7 _1 ^' P0 R8 G1 s
  d- p! `: p' P) u# G' D确定工作真空范围:
0 V# X3 d8 \/ N% u( |* R( E% j----首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。
确定极限真空度
----在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。
6 H( A  c- F( v  N被抽气体种类与抽气量
" \# \3 g7 o, y' Y/ e$ J5 K- a     检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。
真空容积
& A" }* f3 }2 I5 q) o" n% G     检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。
& y  j( G& A# |7 K  U9 r8 D0 |考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。

主真空泵的选择计算
9 w7 Z2 A# e" [2 PS=2.303V/tLog(P1/P2)
/ I7 r4 n3 v4 B! x! |$ L其中：
7 i3 S9 i* x1 D, g1 `S为真空泵抽气速率(L/s)
V为真空室容积（L）
$ ]+ _6 q% U& q7 d) et为达到要求真空度所需时间(s)
  \. |- n* N/ F1 b6 l" V6 ~P1为初始真空度(Torr)
, U2 t/ P& D7 m" c1 y! bP2为要求真空度(Torr)
例如：
" |9 M) R2 S% Y; m- ^' H0 b8 QV=500L
t=30s
/ I3 T" b* X3 ^) dP1=760Torr
- i$ x. [/ H. {5 J# q- iP2=50Torr
则: S=2.303V/t Log(P1/P2)
0 p- S) U! d, d: R       =2.303x500/30xLog(760/50)
       =35.4L/s
      当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。
: d6 }3 n; U2 {+ P
7 t( U# r- e2 R; o
四、〖 真空单位换算 〗
   压力单位表：
/ ^2 V- ^3 ^- |7 `0 k

	bar	mbar	Pa	atm	Torr	mTorr
1bar	1	103	105	0.987	0.75×103	0.75×106
1mbar	10-3	1	102	0.987×10-3	0.75	0.75×103
1Pa(N/m2)	10-5	10-2	1	0.987×10-5	0.75×10-2	7.5
1atm=760Torr	1.01	1.01×103	1.01×105	1	0.76×103	0.76×106
1Torr(mmHg)		1.33	1.33×102	1.32×10-3	1	103
1mTorr	1.33×10-6	1.33×10-3	1.33×10-1	1.32×10-6	10-3	1

" u" ?- O9 L4 Z0 k8 ^8 \0 x/ m1 ^
2 t- |, I* G/ ^: Z, t) l    流速与漏率：

	Pa·l/s	mbar·l/s	Torr·l/s	atm·cm3/s	sccm
1Pa·l/s	1	10	7.5	9.87	0.592
1 mbar·l/s	.0.1	1	0.75	0.987	0.0592
1 Torr·l/s	0.133	1.33	1	1.32	78.9
1 atm·cm3/s	0.101	1.01	0.76	1	60
1 sccm	1.69	1.69×10-2	1.27×10-2	1.67×10-2	1

2 C& j- v1 d1 K# @7 e  M) l. Z6 m    温  度：

6 y, o8 q1 B) z% S' Z& t3 ~( j

	K	℃	℉
K	1	K-273.15	9/5×K-459.67
℃	℃+273.15	1	9/5×℃+32
℉	5/9×(℉+459.67)	5/9×(℉-32)	1

4 O2 x+ ]& B5 k9 k. l8 Q9 O

℃	-50	0	50	100	150	200	250
℉	-58	32	122	212	302	392	482

4 r; ^: t& Y7 R  |& g% Z5 U/ G+ Z' s
    扭 矩：

- V& w6 L+ R) c) e: u

	Nm	Kp m	Kgf cm
Nm	1	0.102	10.2
Kp m	9.81	1	100
Kgf cm	0.098	0.01	1

五、〖 常见问题与解答 〗

$ \& {* l6 m1 \( V! u

问题	原因	解决方法
真空管路或系统内返油	1.油蒸汽返流至真空管路或系统中 2.油蒸汽压不对 + ~! L; B8 ~/ a, f# c3.停泵时，油返流 # e+ \# {% Q' I4.截流阀板上的密封件损坏 + V0 T9 _! W) k2 r6 R" y" f5.抽气管路底部密封件腐蚀或损坏 ! {- O( R# m( K$ K. B' f& e	1.清洗泵后换符合要求的油 # c* e+ v# m8 L% E3 S) c6 _6 S2.清洗泵后换符合要求的油 ) G/ w  I( Q- Y: c7 h8 s" v6 h0 @3.检查并更换截流阀 4.更换截流阀板 5.更换抽气管路，修理密封件
系统工作时温度过高	1.缺油 ; r( C8 V& M! i" N6 ?. Q2 ?! A0 e2.抽气口与排气口错误连接 3.供油管线堵塞 ) O+ J0 ?$ c$ K4.油泵出现问题 5.油泵中外来物堵塞 + |4 n) f2 D+ a& ^6.环境温度达到或超过油蒸汽压 7.油蒸汽压低于指标 ; V) d2 d  D7 @, K. g8.工作气体温度过高	1.加油 2.抽气管线与抽气口连接 3.断开泵连接，清洗并更换符合要求的油 5 w+ ?$ I" z$ `1 `1 @  j4.修理或更换油泵 9 l0 U+ j7 l+ N5.清理油泵 6.降低环境温度并注意空气流通 ; C6 A/ m% p6 b0 @7.更换符合要求的泵油 3 J3 M# h3 g$ d9 b' v8.更改工艺或加冷却系统
排出废气在泵附近泄漏	1.排气口O型密封圈损坏 4 X% Z& }5 q/ W2.油箱表面密封垫损坏 3.泵体表面密封垫损坏	1.更换新型密封圈 2.更换油箱表面密封垫 4 M- Q4 z5 z# E) [: y3.更换泵体表面密封垫
烟尘或油雾过重	1.油量过多 7 u- a3 b5 |: E) R2.气镇阀开启 3.滤油网损坏	1.减少油量 9 r6 y7 ]; k7 j3 \% e4 h2.关闭气镇阀 3.更换滤油网
油颜色变深 或浑浊	1.油在肮脏工艺过程中受到污染 ) z7 x6 |& I# I8 U, `2.油不合适 9 I9 X; [  p1 k. ^3 X0 ~# v6 R$ n3.油不足 ' I- l% ~  J; q, g) k4.真空漏率过大 5.惰性保护气体不足	1.更换泵油或清洗 ; H) U. o1 i" f+ s+ U2.清洗后用规定的泵油 3.加注足量泵油 # s  X) |$ T6 `/ V  |$ O4.修理泄漏处，或更换泵油 " f+ |8 p9 M0 |5.工艺过程中含有腐蚀性、危险性或放射性气体时必须加足量保护气体
停泵时系统中出现空气	1.系统泄漏 2.密封阀损坏	1.修理部件 2.修理密封阀
异常噪音	1.连接件损坏 5 ~* V1 \0 P- |  C! n1 x& _2.缺油 3.油泵磨损或损坏 1 @3 W/ R+ A; }) U4.叶片损坏 5.排气阀板上无滤网 5 a% z* J6 J9 @/ G8 @6.电机轴承出现问题	1.更换连接件 8 _1 [6 _* H& Q  \0 w2.加油 . |; n8 z3 h% a6 a& W- o. ?; g3.修理或更换油泵 . g( D! J4 k+ O/ Y- h4.拆下油泵，更换叶片   t* V# `" {/ ^; V) N6 e5.加滤网 6.修理电机
泵油消耗过多	1.出油口密封圈磨损 2.油封损坏或安装错误 3.油套损坏或腐蚀 4.进油口或出油口泄漏 5.泵体与油封间垫片泄漏	1.更换密封圈 4 V! Z9 l) }+ P2.更换新油封，检查进油管线 8 G* a; q0 f5 _9 S( \0 ?( b3.更换油套 4.更换新O型圈 1 w* I7 V' k. s5.更换垫片
泵不能启动	1.泵粘死 . n! D; ?2 X8 K: M+ T* Q5 F2 D2.泵油粘度过高 . o! l( Q; X4 K3.油泵磨损或外来物集聚 6 M: y0 D/ [+ i# \* y. s4 \4.电机电压不符 , d) K1 z$ N% Z! P( E" I5.连线错误 " m' j5 a% ?8 Y: n3 `6.电机出错 8 ^- ]9 A2 j  m. O: ?7 |	1.拆泵修理 - }" c5 V  I" N7 K2.保持室温高于12℃或换油 ' O7 _6 s8 T1 h6 u) X% Y: R3.更换损坏件或清理 4.更换电机 5.检查并修理线路 6 Q% Q* s1 Z1 i4 W, W6.更换电机
泵达不到 极限真空度	1.气镇阀开启 2.抽气管太细 3.排气管直径小于排气口直径 4.真空系统有泄漏处 ; Z. }0 Q9 Z) O6 o8 \5.系统主阀问题 6.油不合适 7 V$ Z* g, j; _5 x7.油被污染或油量太少 ) R! H" j; w( L$ Z8.供油管堵塞 5 b2 a4 o' D. a. D+ Z% _9.轴上油封损坏 10.挡板安装错误 11.排气阀破损 12.真空计损坏	1.关闭气镇阀 4 T4 l' [" ^$ ~7 D1 X. B  k) l! r2.更换合适直径的抽气管 9 W. x1 h2 ]+ M8 }, v  C3.更换合适直径的排气管 4.修理系统漏点 , z# U1 U% _* K: H; p* \5.修理主阀 $ A$ \" b) ?: R/ n' W6 w0 F5 j6.使用符合规定的油 ( K3 ^5 y, M" Z3 j; _/ U/ q8 K7.换油或加油 4 U/ `/ i- G' w3 E& h; W( U8.拆开泵体维修 % f) _+ U- J5 F3 g. u9.更换油封 & W5 D, e! \) D) m) R" U7 v) a+ F10.拆下正确安装 ' |* [6 ~2 u4 z8 O8 M1 Y11.更换排气阀 0 Y% K+ s* p4 [  r3 z7 v! o, F12.修理真空计
排气速度太低	1.抽气与排气管直径太小或管长度太长 3 a* Z9 j. i* ?& Z0 }2 a* j2.油被污染 1 T; V) s# Y/ Q- |5 S3.主阀破损 4.进气口滤网被堵塞 # @5 r  f( V6 Z8 Z" L- |0 K; o/ G5.泵油不对 1 _3 j( B6 g7 I8 n3 \6.真空系统泄漏 8 R1 l/ o& ^! @/ V" g3 r4 F% r. d8 `7.泵指标低于系统要求	1.更换成符合要求管线 2.更换泵油 , w5 n) |; ]% v) H/ Y3.更换主阀 % L* @* b( A' r! K) `6 E4.清洗滤网 5.更换成要求泵油 4 p) B# f) |! D, p& b" R6.修理泄漏处 7.更换成满足要求泵

# g: C$ [! E2 s, m1 _" q[ 本帖最后由 清风明月008 于 2008-1-30 12:53 编辑 ]

dinzi

好的,收藏了,谢谢

风也逍遥

又学习了一些知识，谢谢