真空系统的组成

真空系统的组成12.1真空系统的形式真空系统是由真空容器和获得真空、测量真空、控制真空等组件组成。一个较完善的真空系统由真空室、所需的真空泵或真空机组、真空测量装置、连接导管、真空阀门、捕集器、其他真空元件及电气控制系统构成。，经过精心组装而成的。真空系统的分类按工作压力分：1、粗真空系统（工作压力大于1330Pa）；2、低真空系统（工作压力在1330~0.13Pa）；3、高真空系统（工作压力在0.13~1.3×10-6Pa）；4、超高真空系统（工作压力在1.3×10-6~1.3×10-10Pa）；5、极高真空系统（工作压力低于1.3×10-10Pa）。按真空系统所要求的清洁程度分：1、有油真空系统（真空室有油蒸汽污染）；2、无油真空系统（真空室无油蒸汽污染）12.2真空机组真空机组是将真空泵与相应的真空元件按其性能要求组合起来构成的油气装置。其特点是结构紧凑，安装方便。真空抽气机组可以分为低真空抽气机组、中真空机组、高真空机组、超高真空机组、无油真空机组等。真空机组的名称以主泵命名。（1）低真空抽气机组低真空抽气机组的主要特点是工作压力高、排气量大，但油速比高真空机组低。多用于真空室的粗抽以及放气量很大、工作压力又高的真空输送、真空浸渍、真空过滤、真空干燥、真空脱气（钢水处理）等装置中。地真空抽气机组的主泵常用往复式真空泵、油封式机械泵、干式机械泵、水喷射泵、水蒸汽喷射泵、水环泵，分子筛吸附泵、湿式罗茨泵等直排大气真空泵，使用低真空抽气机组，还需要根据被抽气体清洁程度、湿度或其他特殊要求，配置必要的除尘器、水气分离器，油水分离器、干燥阱的部件。油封机械泵机组抽出可凝性气体的措施油封机械泵机组不适于抽出含有大量水蒸气的气体。水蒸气在压缩过程中会凝结成水滴，并与泵油混合形成悬浮液，破坏泵的抽气性能，使泵的真空度下降。一般采取的措施有：使用带有气镇装置的油封机械泵那个，并使泵的工作温度控制在75~90℃之间，以减少气镇阀负担；在机组中安装水气分离器或油水分离装置，将混有水的机械泵油进行处理，处理过的油再进入泵中使用；使用各种干燥吸附剂做成补集阱吸收水蒸气；使用各种冷凝器或冷阱，不仅能有效的吸附水蒸气，同时还可阻挡机械泵向真空室的反流。常用机组形式图为有挡油阱的低真空机组。双击水环泵和大气喷射泵串联组成的机组极限压力1300Pa。工作时，先开动水环泵，以获得大气喷射泵所需的预压力，使大气喷射泵的进气口与出气口之间有压力差，大气便通过喷射进入泵内形成高速运动气流，将被抽气体吸入，经扩压器被水环泵排走。该机组适用于真空蒸发、真空浓缩、真空浸渍、真空干燥、真空冷冻等工艺过程（2）中真空抽气机组中真空抽气机组常用的主泵有油增压泵、罗茨泵（机械增压泵）等机组适用于需要大抽速和获得真空的各种真空系统中。可广泛用于镀膜机、真空冶炼、真空热处理、化工、医疗、‘电工、焊接等行业。（a）罗茨泵（机械增压泵）+油封机械泵机组图为以罗茨泵为主泵，油封机械泵为前级泵的中真空获得设备，整套机组安置在一个机架上，结构紧凑，使用方便。（b）罗茨泵+水环泵机组图为罗茨泵+水环泵机组，他适合抽出含有大量水蒸气的气体，如真空浓缩、真空干燥，特备适宜于弱酸性气体及含有少量细微粉尘气体的抽除。（c）双罗茨泵为主泵的中真空机组为了提高真空机组的抽气性能，达到较低的极限压力和改善在地入口压力时的抽速特性及对大型真空机组配用较小规格的前级泵，可以组成由两个罗茨泵串联作为主泵的三级抽气机组。如上两图所示右图为双级罗茨泵和一级水环泵（水环泵的极限压力p0=6700Pa）级气镇式油封机械泵联合机组，极限压力可达10-2Pa。当需要大量抽除水蒸气时，关闭阀门7，用水环泵做粗抽泵和前级泵，当水蒸气分压到300~1300Pa后，关闭阀5，打开阀7，用气镇式油封机械泵联合机组做前级泵。（3）高真空抽气机组高真空抽气机组工作于分子流状态下，与低真空机组相比，其特点是工作压力较低（10-2~10-6Pa）、排气量小、抽速大、机组的主泵通常为扩散泵、扩散增压泵、分子泵、钛升华泵、低温冷凝泵等。这些泵不能直接对大气工作，因此需要配置与丑泵和前级泵，有些扩散泵高真空抽气机组还配有前几维持泵或贮气罐，以防止气压波动，改善机组性能。（1）预抽泵。预抽泵（初抽泵）主要用来抽出真空室内的大量气体，使真空室内的气体压力由大气压力降到主泵能够启动工作时的真空度，因此，要求预抽泵所达到的压力小于主泵的启动工作压力，机组所选用预抽泵的抽速大小由粗抽时间决定。为了提高真空机组的利用率，预抽泵可以兼做前级泵用，两种不同抽气功能直接靠真空阀门来分隔和切换。（2）维持泵。由于扩散泵和油增压泵启动时间长，在周期性操作的真空设备中，当真空室装料和卸料的时候，往往为了缩短工作周期而不停止主泵，将高真空阀门和前几级管道阀门关闭，使主泵仍处于工作状态。由于阀门等总是有极少量的漏气和表面放气，经过一定时间主泵腔内的压强增加，超过泵工作液的最大允许压强而使泵油蒸汽氧化。为了解决这个问题，一个办法是用前级泵继续抽出主泵中的气体，但此时主泵内排除的气体量很小，出现前级泵大马拉小马，浪费能量。为此可采用另一个办法，停止前级泵工作，关闭前级泵管道阀门，在主泵出口处设置维持泵或贮气罐，这样就可以保证技能排除主泵内的气体，又可以节省能源消耗。贮气罐不能做的很大，他只能用在以扩散泵为主泵的小型真空机组上。而维持泵可用在配置大型主泵的真空机组中（3）贮气罐。小型扩散泵高真空抽气机组通常配置有贮气罐，设置在扩散泵和前级泵之间，贮存扩散泵排除的气体，设置贮气罐的原因有：1、系统防振的需要。2、为了缩短工作周期。3、为防止真空室内瞬间时大量放气影响扩散泵正常工作。4、用于稳定扩散泵出口压力。（4）超高真空抽气机组超高真空抽气机组工作在10-6~10-10Pa超高真空压力范围，除了要求真空室的材料出气率很低、漏气率很小、内经受200~450℃高温烘烤外，对机组的要求还有：（1）主泵的极限真空要高，至少在10-6~10-8Pa以上；（2）在超高真空的工作压力范围内主泵具有一定的抽速；（3）机组的主泵或主泵进气口以上部分能承受200~450℃的高温烘烤；（4）来自主泵的返流气体（包括工作液蒸汽及解析的气体）的分压力要足够低；（5）对被抽气体选择性强的主泵，要配备足够大的辅助泵；（6）机组主泵进气口以上的管道、阀门等部件，材料的选择和蜜蜂要特别慎重。一般采用出气率较低的不锈钢和采用金属密封材料，以耐高温烘烤。12.3典型真空系统1、粗真空系统用粗真空泵（如水蒸汽喷射或水环泵）直接从大气压下为真空室排气，组成的真空系统极为粗真空系统。该系统是最简单的真空系统。2、低真空系统用低真空泵（如油封式机械泵）给真空室排气，即可组成低真空系统。3、中真空系统中真空系统一般是有两个以上的真空泵串联组成的（1）油增压泵串联油封机械泵组成的真空系统。该系统的工作压力范围为1.33~1.33×10-1Pa。其优点是系统简单，抽气能力大，振动小，工作稳定可靠，维修方便。缺点是预抽时间比罗茨泵系统长。（2）罗茨泵串联油封机械泵的真空系统。该系统的工作电压范围为1.33~1333Pa.优点是抽气能力大，启动快，预抽时间短。缺点是工作时噪声较大。右图为典型示意图（3）罗茨泵串联小型罗茨泵（中间泵），再串联机械泵的真空系统。系统的工作压力范围为0.33~1333Pa.该系统不但具备了罗茨泵系统的特点，而且加宽了工作压力范围和最佳压力缩比。（4）罗茨泵串联水环泵的真空系统。该系统适合于排除灰尘较多的应用设备上。4、高真空系统工作压力范围在1.33×10-2~1.33×10-3Pa。（1）扩散泵串联机械泵的真空系统。如右图，此系统可获得1.33×10-2~1.33×10-5Pa的真空度，一般用在工作时放气量比较小的应用设备上。该系统的结构简单，工作可靠，成本低。缺点是系统启动慢，预抽时间长。扩散泵的油蒸汽容易返流到真空室中去。（2）扩散泵串联油增压泵，在串联油封机械泵的真空系统。该系统的预抽时间短，但启动较慢。（3）扩散泵串联罗茨泵（机械增压泵），在串联机械泵的真空系统。他的启动慢，但预抽气时间短5、超高真空系统（1）扩散泵串联机械泵冷阱系统。右图极少该真空系统。扩散泵串联来年各个液氮冷阱，而且真空室和冷阱能耐400~450℃的烘烤。在次温度下，可以清楚真空室壁及阱壁上吸附的气体及凝结的泵油。该系统一般可得到1.33×10-7Pa的极限真空度。（2）涡轮分子泵串联机械泵的真空系统。右图为该系统。此系统不烘烤可获得10-6Pa的真空度，烘烤后可达到10-8Pa。该系统的特点是比较清洁，可构成无油超高真空系统。（3）溅射离子泵无油超高真空系统。右图为该系统原理图。以溅射离子泵为主泵，使用两个分子筛做预抽泵，其中一个分子筛泵用来抽走真空室和溅射离子泵中的大气压下的气体，另一个用来抽走烘烤机离子泵启动时放出来的气体（4）低温泵超高真空系统。用低温泵作为主泵，并联或串联分子筛吸附泵（做预抽真空泵）。该系统也可以用机械泵作为预抽真空泵，但必须在油封机械泵的入口管路上设置油蒸汽捕集器（4）组合超高真空系统。对于默写有特殊要求的真空系统，如对于既要求得到超高真空或无油超高真空，有同时满足粗抽需要及能应付工艺过程中放出来的大量气体这样的系统，可采用组合式系统来满足要求。原理如右图。主泵为溅射离子泵，为了提高真空度及排走蒸发材料时产生的大量气体，配有钛升华泵。极限真空度可达6.67×10-7Pa。用分子筛泵做主泵的预抽泵。此外，系统还配有媳妇经-机械泵粗抽系统，在压力大于1333Pa时，机械泵不易返油，用机械泵直接抽真空室，压力低于以后，机械泵阱吸附阱从旁路抽真空室右图为另一种形式组合的超高真空系统。该系统适合于钠灯封接炉、等设备。系统的主泵为溅射离子泵-钛升华泵组。真空室极限真空可达到5×10-7Pa。系统配有油扩散泵-机械泵组成的机组，用来粗抽和作为主泵的预抽泵，同时能抽走工艺过程中放出来的大量气体12.4真空系统的基本操作规则（1）启动油封机械泵时，首先要保证转自运动方向正确，而且油位合乎要求。（2）油封机械泵停止后，应立即将机械泵入口通大气，防止因压差使泵腔内的泵油进入到系统中（3）不要用机械泵吧高真空室直接抽至低于13Pa的压强，否则机械泵的油蒸汽会进入发哦高真空室内。因为在压强低于13Pa时会出现分子流流态，有蒸汽分子将返流到真空室内而造成污染。如果在机械泵与真空室之间设有冷凝捕集阱，则允许机械泵抽到13Pa一下的压强，此时补集阱可防止油蒸汽返流进入到真空室内。（4）不要使油封机械泵在大气压强下或较高压强下连续长时间工作，否则点机会过热，而且泵会出现喷出油雾现象。（5）在扩散泵通大气之前，应将泵油冷却到油的安全温度，防止高温下泵油出现氧化现象。（6）蒸汽流泵在加热之前，应先供给冷却水。该泵应该配备热保护继电器，当发生停水事件时，能立即使加热器断电，并关闭泵入口阀门防止泵液因温度过高而恶化和返流污染真空室。（7）由于在泵开始工作和泵停止加热阶段，扩散泵油返流特别厉害，因此在开泵前和停泵前应将扩散泵入口阀门关闭，可以防止扩散泵油返流回真空室去。（8）不要在压强高于10-2Pa时给阱加入液氮，这样导致凝结很多水汽。在使用前要把液氮阱的贮液罐中的所有水凝也都清除掉，以避免水冻结想阱的下部。当达到高真空后，应给阱加注液氮达到较高液面，大量捕集气体。（9）为缩短抽空时间，将真空室对大气压做短时间通气时，使用干燥氮气为好。把真空系统内表面的湿气减到最小限度。通气时应在真空室一侧用放弃阀门进行放气。不可以从扩散泵出口的前几管道上通气。（10）使用电离计时，应在真空室内压强达到1.33×10-1Pa时，再接通电离真空计（热阴极电离真空计）。防止因真空室内压强高而烧毁电离规管（11）在真空系统停止工作时，应将系统内的各元件（包括真空室）都保持在真空状态下封存，但机械泵要通大气。