(整理)真空计算公式.
-
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真空计算公式
1
、玻义尔定律
体积
V<
/p>
，压强
P
，
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
1
/P<
/p>
2
＝
V
2
/V
1
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：
V
1
/V
2
＝
T
1
/T
2
＝常数
当压强不变
时，
一定质量的气体，
温度每升高
(<
/p>
或
P
降低
)1<
/p>
℃，
则它的体积比原来增加
(
或缩小
)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
1
/P
2
＝
T
1
/T
2
在一定的体积下，一定质量的气体，温度每升高
(
或降低
)1
℃，它的压强
比原来增加
(
或减少
)1/273
。
4
、平均自由程：
λ
＝
(5
×
10
)/P
(cm)
5
、抽速：
、真空抽气时间：
7
S
＝
d
v
/d
t
(
升
/
秒
<
/p>
)
或
S
＝
Q/P
Q
对于从大气压到
＝流量
< br>(
托·升
/
秒
< br>1
)
托抽气
P
＝压强
(
托
)
时间计算式：
V
＝体积
(
升
) t
t
＝
＝时间
8V/S (
(
秒
经验公式
)
)
V<
/p>
为体积，
S
为抽气速率，
通常
t
在
5~10
分钟内选择。
9
、扩散泵抽速估算：
S
＝
3D
(
D
＝直径
cm
）
11
、漏率：
Q
漏
＝
V(P
2
-P<
/p>
1
)/(t
2
-
t
1
)
Q
漏
－系统漏率
(mmHg
·
l/s)
V
－系统容积
(l)
P
1
－真空泵停止时系统中压强
(mmHg)
P
2
－真空
室经过时间
t
后达到的压强
(mmHg
)
t
－
压强从
P
1
升到
P
2
经过的时间
(s)
2
-3
6
、通导：
8
、维持泵选择：
C
＝
Q/(P
S
维
2<
/p>
＝
-P
S
升
/
秒
)
1
)
(
前
/10
10
、罗茨泵的前级抽速：
S
＝
(0.1~0.2)S
罗
(l/s)
12
、粗抽泵的抽速选择：
S
＝
Q
1
/P
预
(l/s)
S=2.3V
·
lg(P
a
/P
预
)/t
S
－机械泵有效抽速
Q
1
－真空系统漏气率
(
托·升
/
秒
)
P
预
－需要
达到的预真空度
(
托
)
V
－真空
系统容积
(
升
)
t
－达到
P
预
时所需要的时间
< br>
P
a
－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、涡轮分子泵等，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：
P
n
S
g
≥
P
g
S
或
S
g
≥
P
gs
/P
n
S
g
－前级泵的有效抽速
(l/s)
P
n
－主泵
临界前级压强
(
最大排气压强
)(l/
s)
P
g
－真空室最高工作压强
(
托
)
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S
－主泵工作时在
P
< br>g
时的有效抽速。
(l/s)
14
、扩散泵抽速计算公式：
S
＝
Q/P
＝
(K
·<
/p>
n)/(P
·
t)(
升
/
秒
)
式中：
S
－被试泵的抽气速率
(l/s)
n
－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
－在泵口附近测得的压强
(
托
)
K
－
滴管系数
(
托·升
/
< br>秒
)
K
＝
V
0
·
(L/n)
·
(
Υ
0
/
Υ
m
)+P
a
△
V
t
<
/p>
其中
V
0
－滴管
和真空胶管的原始容积
(
升
)
L
－滴管刻度部分的长度
(mm)
n
－滴管
刻度部分的格数
(
格
)
Υ
0
－油的比重
(
克
/
厘米
)
Υ
m
－汞的比重
(
克
/
厘米
)
P
a
－当地大气压强
(
托
< br>)
△
V
t
－滴管的刻度上的一格的对应的容积
< br>(
升
/
格
)
15
、旋片真空泵的几何抽速计算公式：
S
＝
π
ZnLK
v
< br>(D
-d
)/(24
×
10
) (l/s)
式中：
Z
为
旋片数，
n
为转速
(
< br>转
/
分
)
，
L
为泵腔长度，
D
为泵腔直径，
d
为转子直径
(
cm)
，
K
v
为容
积利用系数
(
一般取
95
％
)
。
16
、
O
< br>型橡胶槽深
B
＝
0.7D
D
为橡胶
直径，槽宽
C
＝
1.6B
17
、方形橡胶槽深
B
＝
0.8A
A
为方形橡胶边长，槽宽
C
＝
1.67B
3
3
2
2
4
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
在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。
2.
应避免在最大真空度或最大排气
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。
< br>
根据以上原则，当泵所需
的真空度或气体压力不高时，可优先在单级泵中选取。如果真空度或排气压
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
真空度时较平坦，可选用两级泵。如果真空度要求在－
710mmHg
以上，可选用水环－大气泵或水环－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，容易制造和维护，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，重量轻，
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< br>
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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。
关于真空泵的抽速选择及抽气时间计算可参照我厂网页
真空计算公式。
选用真空泵时，需要注意的事项
选用真空泵时，需要注意下列事项：
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
1
×
10
mmHg
的真
空度，选用的真空泵的真空度至少要
5
×
10
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
10
~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
5
×
10
~5
×
10
mmHg
。因而，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
10
mmHg<
/p>
下工作，
但其工作压强应小于
1
×
10
mmHg
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，因而，有时选用一种泵不能满足
抽气要求，需要几
种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。如钛升华泵对氢有很高的
抽速，但不能抽氦，而三极型溅射
离子泵，（或二极型非对称阴极溅射离子泵）对氩有一
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。另外，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、分子筛吸附
泵、溅射离子泵、低温
泵等。如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障
板、挡
油阱等，也能达到清洁真空要求。
6
、了解被抽气体成分，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
知道气体成分，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
-5
-8
-2
-4
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-3
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-6
-5
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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。
旋片式真空泵工作原理
旋片式真空泵
（简称旋片泵）
是一种油封式机械真
空
泵。其工作压强范围为
101325~1.33
×
10
（
Pa
）属
于低真空泵。
它可以单独使用，
也可以作为其它高真
空泵或超高真空泵的前级泵。它已广泛地应用于冶
金、机械、军工、电子、化工、轻工、石油及医药等
生产和科研部门。<
/p>
旋片泵可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性气体。
但它
不适于抽除
含氧过高的，
对金属有腐蚀性的、
对泵油
会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。
旋片泵是真空技术中最基本的真空
获得设备之
一。
旋片泵多为中小型泵。
旋片泵有单级和双级两种。
所谓双级，
就是在结构上将两个单级
泵串联起来。
一
般多做成双级的，以获得较高的真空度。
旋片泵的
抽速与入口压强的关系规定如下：
在入口压强为
1333Pa
、
1.33
Pa
和
1.33
×
10
（
Pa
）
下，
其抽速值分
别不得低于泵的名义抽速的
95%
、
50%
和
20%
。
如图为旋片泵的工作原理示意图。
旋片泵主要由
泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵
的
腔内偏心地安装一个转子，
转子外圆与泵腔内表面相
切
（二者有很小的间隙）
，
转子槽内装有带弹簧的二
个旋片。
旋转时，
靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端
与泵腔的内壁保持接触，
转子旋转带动旋片沿泵腔内
壁滑动。
两个旋
片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月
牙形空间分隔成
A
、
B
、
C
三部分，
如图所示。当转子
按箭头方向旋转时，与
吸气口相通的空间
A
的容积
是逐渐增
大的，
正处于吸气过程。
而与排气口相通的
空间
C
的容积是逐渐缩小的，
正处
于排气过程。
居中
的空间
B
的容积也是逐渐减小的，正处于压缩过程。
由于空间
A
的容积是逐渐增大
（即膨胀）
，<
/p>
气体压强
降低，泵的入口处外部气体压强大于空间
A
内的压
-1
-2
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强，
因此将气体吸入。
当空间
A
与吸气口
隔绝时，
即
转至空间
B
的位置，
气体开始被压缩，
容积逐渐缩小，
最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时，
排气阀被压缩气体推开
，
气体穿过油箱内的油层排至
大气中。
由泵的连续运转，
达到连续抽气的目的。
如
果排出的气体通过气道而转入另一级（低真空级），
由低真空级抽走，再经低真空级
压缩后排至大气中，
即组成了双级泵。
这时总的压缩比由两级来
负担，
因
而提高了极限真空度。
罗茨真空泵工作原理
罗茨真空泵（简称罗茨泵）是一种旋转式变容真空泵。它是由罗茨鼓风机演变而来的。根据罗茨真空泵
工作范围的不同，又分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵（又称机械增压泵）和
高真空多级罗
茨泵。一般来说，罗茨泵具有以下特点：
在较宽的压强范围内有较大的抽速
;
起动快，能立即工作；
对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；
转子不必润滑，泵腔内无油；
振动小，转子动平衡条件较好，没有排气阀；
驱动功率小，机械摩擦损失小；
结构紧凑，占地面积小；
运转维护费用低。
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因此，罗茨泵在冶金、石油化工、造纸、食品、电子工业部门得到广泛的应用。
罗茨泵的工作原理：
罗茨泵的结构如图所示。在泵腔内
，有二个“
8
”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，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。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一
定的间隙，可以实现高转
速运行。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故高、中真
空泵需要前
级泵。罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空。
为了提高泵的极限真空度，可将罗茨泵串联使用。
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