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真空常识


真空是什么

真空是指给定空间内的气体压强小于该地区一个标准大气压的气体状态。真空是稀薄的气体,与大气相比它有一系列优点,例如气体稀薄、氧气少、环境清洁、没有水气、气体分子密度小、各种气体运动无阻碍等等。


利用真空环境,可以实现真空镀膜、真空输送、真空脱气、真空熔炼、抽除有害气体、空间模拟以及化工、食品、医药、电机制造等工业的蒸馏、蒸发、干燥等等工业生产过程。由于上述的特点,在真空环境中进行某些工艺过程有着一些不可比拟的优点。


在真空状态下,气体的稀薄程度通常用压强值来表示,但在实际真空应用中,通常习惯用“压力”来代替“压强”作为气体稀薄程度的表示。现代真空技术能获得的气体压强为大气压至10-11Pa的真空。这是一个非常大的真空范围,而且各个真空应用部门所涉及的工作压强的范围不尽相同,因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用,现今只能根据不同的工作压强范围和不同的工作要求,使用不同类型的真空泵来创造需要的真空环境。为了使用方便以及经济性的要求,有时将各种真空泵按其性能要求结合起来,以真空机组形式出现。


真空泵是用以产生、改善和维持真空的装置。按工作原理,真空泵基本上分为气体传输泵及气体捕集泵两种类:


常用的气体传输泵有:往复真空泵、无油涡旋真空泵、旋片真空泵、定片真空泵、滑阀真空泵、液(水)环真空泵、罗茨真空泵、分子泵、喷射泵、扩散泵、油增压泵、爪型干式泵等。


常用的气体捕集泵有:吸附泵、离子泵、低温泵、吸气剂泵等。

真空泵在真空系统中所起的作用

由于各种真空泵的性能除均能满足对容器进行抽真空的共同点之外,尚具有不同之处。因此在选用时必须明确泵在真空系统中所承担的工作任务是十分重要的,泵在各种不同工作领域中所起的作用归纳起来主要有如下几个方面:

1、主泵

所谓主泵就是对真空系统被抽容器直接进行抽真空,以获得满足工艺要求所需真空度的真空泵。

2、粗抽泵

粗抽泵是指从大气压开始降低真空系统压强达到另一抽气系统可以开始工作的真空泵。

3、前级泵

前级泵是指用于使另一个泵的前级压强维持在其最高许可的前级压强以下的真空泵。

4、维持泵

维持泵是指当真空系统抽气很小时,不能有效的利用主要前级泵。为此,在真空系统中另配一种抽气速度较小的辅助前级泵来维持主泵的正常工作或维持已抽空的容器所需的低压的真空泵。

5、粗真空泵或低真空泵

粗、低真空泵是指从大气开始,降低被抽容器的压强后工作在低真空或粗真空压强范围内的真空泵。

6、高真空泵

高真空泵是指在高真空范围工作的真空泵。

7、超高真空泵

超高真空泵是指在超高真空范围工作的真空泵。

8、增压泵

增压泵通常指工作在低真空泵和高真空泵之间,用以提高抽气系统在中间压强范围的抽气量或降低前级泵抽气速率要求的真空泵。

相对真空度与绝对真空度的关系

真空度的表示方法通常有两种:

一是用“绝对压力”、“绝对真空度”(即比“理论真空”高多少压力)来表示:

绝对真空度需要用绝对压力仪表测量,在20℃、海拔高度=0的地方,用于测量真空度的仪表(绝对真空表)的初始值为101.325KPa。(即一个标准大气压)

二是用“相对压力”、“相对真空度”(即比“大气压”低多少压力) 来表示:

相对真空度是指被测对象的压力与测量地点大气压的差值。用普通真空表测量。在没有真空的状态下(即常压时),表的初始值为0。当测量真空时,它的值介于0到-101.325KPa(一般用负数表示)之间。

国际真空行业通用的“真空度”,是用绝对压力标识;指的是“极限真空、绝对真空度、绝对压力”。但“相对真空度”(相对压力、真空表表压、负压)由于测量方法简便、测量仪器非常普遍、容易买到且价格便宜,因此也被广泛应用。理论上二者是可以相互换算的,两者换算方法如下:

相对真空度=绝对真空度(绝对压力)-测量地点的气压

例如:

如果绝对压力为80KPa,则相对真空度约为80-100=-20Kpa,(测量地点的气压假设为100KPa)在普通真空表上就显示为-0.02MPa。

如果普通真空表测量值为-75KPa,则表示比测量地点的大气压低75KPa的真空状态。

常用的真空度单位有Pa、Kpa、Mpa、大气压、公斤(Kgf/cm2)、mmHg、mbar、bar、PSI等。近似换算关系如下:

1MPa=1000KPa

1KPa=1000Pa

1大气压=100KPa=0.1MPa

1大气压=1公斤(Kgf/cm2)=760mmHg

1大气压=14.5PSI

1KPa=10mbar

1bar=1000mbar

常见非爪泵与爪泵优缺点对照


水环泵(液环):

常见问题:有介质真空泵,工作中被抽物料与介质混合,真空度低,且物料再回收和污水处理费用高,易污染环境。

爪    泵:无润滑介质真空泵,清洁真空且真空度高,回收物料纯度高且可100%回收无污染,不用做污水处理,环境评比过关。

旋片泵:

常见问题:有介质真空泵,工作中易产生返流,在化工环境工作中抽出的可凝性气体液化后造成真空泵油乳化,真空度降低。需定期更换真空油,维护保养费用高。

爪    泵:无介质真空泵,清洁真空,无返流,工作中排液可集中回收及集中处理可保持恒定真空压强。

往复泵(W泵、活塞泵):

常见问题:无介质真空泵,结构属于气缸和活塞的相对滑动形成真空环境,在化工行业遇有结晶介质时,易对活塞或气缸造成损毁,形成生产停滞。同时被抽气体含有大量液体时不适用。

爪    泵:无介质真空泵,无摩擦结构和工作原理,在化工、电子行业遇有结晶介质时,可顺利抽除,不会对泵体造成损坏。

蒸汽泵:

常见问题:能耗大、真空度低,污水处理费用高,易对环境造成很大污染。

爪    泵:节能、环保,物料回收后可再利用,不会对环境造成污染。

涡旋泵:

常见问题:无介质真空泵,适用于清洁真空,且最大抽速只能到15L/S。但工作环境中的可凝性气体产生的液体每日不可超过25克。有粉尘的工作环境易造成涡轮的损耗。

爪    泵:无介质真空泵,适用于清洁真空。工作环境中的可凝性气体产生的液体,能在泵的工作过程中排出,无维护费用。

真空名词术语

1、真空的定义

真空系统指低于该地区大气压的稀簿气体状态。

2、真空度

处于真空状态下的气体稀簿程度,通常用“真空度高”和“真空度低”来表示。真空度高表示真空度“好”的意思,真空度低表示真空度“差”的意思。

3、真空度单位

通常用托(Torr)为单位,近年国际上取用帕(Pa)作为单位。

1托=1/760大气压=1毫米汞柱

4、托与帕的转换

1托=133.322帕 或 1帕=7.5×10-3托

5、平均自由程

作无规则热运动的气体粒子,相继两次碰撞所飞越的平均距离,用符号“λ”表示。

6、流量

单位时间流过任意截面的气体量,符号用“Q”表示,单位为帕·升/秒(Pa·L/s)或托·升/秒(Torr·L/s)。

7、流导

表示真空管道通过气体的能力。单位为升/秒(L/s),在稳定状态下,管道流导等于管道流量除以管道两端压强差。符号记作“U”。   

U=Q/(P2- P1)

8、压力或压强

气体分子作用于容器壁的单位面积上的力,用“P”表示。

9、标准大气压

压强为每平方厘米101325达因的气压,符号:(Atm)。

10、极限真空

真空容器经充分抽气后,稳定在某一真空度,此真空度称为极限真空。通常真空容器须经12小时炼气,再经12小时抽真空,最后一个小时每隔10分钟测量一次,取其10次的平均值为极限真空值。

11、抽气速率

在一定的压强和温度下,单位时间内由泵进气口处抽走的气体称为抽气速率,简称抽速。即Sp=Q/(P-P0)

12、热偶真空计

利用热电偶的电势与加热元件的温度有关,元件的温度又与气体的热传导有关的原理来测量真空度的真空计。

13、电离真空计(又称热阴极电离计)

由筒状收集极,栅网和位于栅网中心的灯丝构成,筒状收集极在栅网外面。热阴极发射电子电离气体分子,离子被收集极收集,根据收集的离子流大小来测量气体压强的真空计。

14、复合真空计

由热偶真空计与热阴极电离真空计组成,测量范围从大气----10-5Pa。

15、冷阴极电离计

阳极筒的两端有一对阴极板,在外加磁场作用,阳极筒内形成潘宁放电产生离子,根据阴极板收集的离子流的大小来测定气体压强的真空计。

16、电阻真空计

利用加热元件的电阻与温度有关,元件的温度又与气体传导有关的原理,通过电桥电路来测量真空度的真空计。

17、麦克劳真空计(压缩式真空计)

将待测的气体用汞(或油)压缩到一极小体积,然后比较开管和闭管的液柱差,利用玻义尔定律直接算出气体压强的一种绝对真空计。

18、B-A规

这是一种阴极与收集极倒置的热阴极电离规。收集极是一根细丝,放在栅网中心,灯丝放在栅网外面,因而减少软X射线影响,延伸测量下限,可测超高真空。

19、无油涡旋真空泵

无油涡旋真空泵由泵头、电机、机座等构成。泵头含有动、定涡旋盘、曲轴、密封件、风扇和泵壳等。涡旋盘为圆形平面和其上伸出的一条或几条渐开线螺旋形盘壁组成,定涡旋盘与动涡旋盘组成涡旋盘付构成无油涡旋真空泵的基本抽气机构。工作过程中动、定涡旋盘互不接触,依靠相对运动形成容积不断缩小的新月形吸气腔和压缩腔,通过吸气、压缩、排气的循环,使气体从抽气口吸入、排气口排出。

无油涡旋真空泵具有清洁无油、性能稳定、低噪音、低振动、低能耗等优点,是真正的无油真空泵。

20、往复真空泵

利用活塞的往复运动而进行抽气的机械真空泵。

21、油封机械真空泵

用油来保持密封的机械真空泵,可分为定片式、旋片式、滑阀式、余摆线式等。

22、罗茨真空泵

具有一对同步高速旋转的8字形转子的机械真空泵,此泵不可以单独抽气,需配旋片、水环等可直排大气的前级真空泵。

23、涡轮分子真空泵

有一高速旋转的叶轮,当气体分子与高速旋转的涡轮叶片相碰撞时就被驱向出气口再由前级泵抽除。

24、气体颗粒过滤器

GWT系列真空系统气体尘埃颗粒过滤器主要由腔体、滤芯组件、密封圈、快卸法兰等组成。腔体采用铝合金制造,表面硬质阳极耐腐蚀处理。内部带有无污染、可重复使用的可拆卸滤芯组件,不会严重影响抽速,能有效过滤直径大于10微米的尘埃颗粒、化学烟雾和喷雾,过滤效率达98%,适用于药品、食品加工、陶瓷与玻璃加工、真空炉以及真空包装机等的气体过滤。

25、低温真空泵

利用20K以下的低温表面凝聚吸附气体的真空泵。

26、冷阱(水冷挡板)

置于真空容器和泵之间,用于吸附气体或捕集油蒸汽的装置。

27、气镇阀

机械真空泵的压缩室上开一小孔,并装上调节阀,当打开阀并调节入气量,转子转到某一位置,空气就通过此孔掺入压缩室以降低压缩比,从而使大部分蒸汽不致凝结而和掺入的气体一起被排除泵外起此作用的阀门称为气镇阀。

28、真空冷冻干燥

真空冷冻干燥,也称升华干燥。其原理是将材料冷冻,使其含有的水份变成冰块,然后在真空下使冰升华而达到干燥目的。

29、真空蒸镀

在真空环境中,将材料加热并镀到基片上称为真空蒸镀,或叫真空镀膜。

30、真空干燥

利用真空环境下沸点低的特点来干燥物品的方法。

31、真空系统常用名称

(1)主泵:在真空系统中,用于获得所需要真空度来满足特定工艺要求的真空泵,如真空镀膜机中的涡轮分子泵就是主泵。

(2)前级泵:用于维持某一真空泵前级压强低于其临界前级压强的真空泵。如罗茨泵前配置的旋片或滑阀泵就是前级泵。

(3)粗抽泵:从大气压下开始抽气,并将系统压力抽到另一真空泵开始工作的真空泵。如真空镀膜机中的滑阀泵,就是粗抽泵。

(4)维持泵:在真空系统中,气量很小时,不能有效地利用前级泵。为此配置一种容量较小的辅助泵来维持主泵工作,此泵叫维持泵