真空系统设计(1)
第八讲：真空系统设计
王继常
(东北大学)
一、真空系统的组成
真空应用设备种类繁多，但无论何种真空应用设备都有一套排除被抽容器内气体的抽气系统，以便在真空容器内获得所需要的真空条件。举例来说：一个真空处理用的容器，用管道和阀门将它与真空泵连接起来，当真空泵对容器进行抽空时，容器上要有真空测量装置，这就构成了
一个最简单的真空抽气系统(如图1)。
图1所示的最简单的真空系统只能在被抽容器内获得低真空范围内的真空度，当需要获得高真空范围内的真空度时，通常在图1所示的真空系统中串联一个高真空泵。当串联一个高真空泵之后，通常要在高真空泵的入口和出口分别加上阀门，以便高真空泵能单独保持真空。如果所串联的高真空泵是一个油扩散泵，为了防止大量的油蒸气返流进入被抽容器，通常在油扩散泵的入口加一个捕集器——水冷障板(如图2所示)。根据要求，还可以在管路中加上除尘器、真空继电器规头、真空软连接管道、真空泵入口放气阀等等，这样就构成了一个较完善的高真空系统。
凡是由两个以上真空泵串联组成的真空系统，通常都把抽低真空的泵叫做它上一级高真空泵的前级泵(或称前置泵)，而最高一级的真空泵叫做该真空系统的主泵，即它是最主要的泵，被抽容器中的极限真空度和工作真空度就由主泵确定。被抽容器出口到主泵入口之间的管路称为高真空管路，主泵入口处的阀门称为主阀。
通常前级泵又兼作予真空抽气泵。被抽容器到予抽泵之间的管路称为予真空管路，该管路上的阀门称为予真空管道阀。主泵出口到前级泵入口之间的管路称为前级管道，该管路上的阀门称为前级管道阀，而软连接管道是为了隔离前级泵的振动而设置的。
总起来说，一个较完善的真空系统由下列元件组成：
1．抽气设备：例如各种真空泵；
2．真空阀门；
3．连接管道；
4．真空测量装置：例如真空压力表、各种规管；
5．其它元件：例如捕集器、除尘器、真空继电器规头、储气罐等。
那么，究竟什么是真空系统?用一句话来概括，就是：用来获得有特定要求的真空度的抽气系统。
真空系统设计的基本内容：是根据被抽容器对真空度的要求，选择适当的真空系统设计方案，进行选、配泵计算；确定导管、阀门、捕集器、真空测量元件等，进行合理配置，最后划出真空系统装配图和零部件图。
二、真空技术基本方程
真空系统最重要的性能参数是其所能获得的极限真空度和对容器的有效抽速。
所说的真空系统的极限真空度是指在没有外加负荷的情况下，经过足够长时间的抽气后，系统所能达到的最低压力。
真空系统对容器的有效抽速是指在容器出口处的压力下，单位时间内真空系统能够从被抽容器中所抽除的气体体积。真空系统对容器的有效抽速不仅取决于真空泵的抽速，也取决于真空系统管路对气体的导通性能，即所说的流导。流导的定义是：在单位压差下，流经管路的气流量的大小。用一个数学式子来表示，即是式(1)
如果用S e来表示真空系统对容器的有效抽速，用S p表示真空泵的抽速，C表示真空容器出口到真空泵入口之间管路的流导，则有式(2)，(2a)、(2b)、和(2c)
方程(2)，(2a)、(2b)、和(2c)本质上是一个方程，只不过写法不同，这个方程在真空系统设计中是一个非常重要的方程，如果知道泵的抽速S p和管路的流导C，就可以计算出系统对容器有效抽速，这个方程被称为真空技术基本方程。
从方程(2b)可以看出：如果管路的流导C远大于泵的抽速S p，则S p／C的值远小于1，此时真空系统对容器的有效抽速S e≈S p。这就是说为了充分发挥泵对容器的抽气作用，在设计真空系统管路时，应使管路的流导尽可能大一些。因此真空管路应该粗而短，切不可细而长。这是设计连接管道时的一条重要原则。相反，如果管路的流导C远小于泵的抽速S p，则C/S p的值远小于1，从方程(2c)可以看出，此时真空系统对容器的有效抽速S e≈C，这就是说，在这种情况下，选择多大的泵都没有用，都不能提高泵对容器的有效抽速。
三、气体流动状态的判别
在真空状态下，气体通过管道的流动属于稀薄气体流动。在真空系统管路中的气流有五种流动状态：湍流(又称紊流、涡流)；湍-粘滞流；粘滞流(又称层流、粘性流、泊稷叶流)；粘滞-分子流；分子流(又称自由分子流、克努森流)。湍-粘滞流是湍流和粘滞流之间的过渡状态。粘滞-分子流是粘滞流和分子流之间的过渡状态。
因为湍流仅仅发生在真空系统刚刚工作之时，持续的时间很短，发生湍-粘滞流的时间也很短，所以在真空系统的设计计算中很少考虑这两种流动状态的影响。而主要考虑粘滞流，粘滞-分子流，分子流这三种流动状态下，管道对气体的导通性能-流导。
气体在管道中的流动状态不同，管道的流导也不一样，也就是说，管道对气体的流导不仅取决于管道的几何形状和尺寸，还与管道中流动的气体种类和温度有关，在有的流动状态下还取决于管道中气体的平均压力。所以在计算管道对气体的流导时，首先必须判明管道中的气流是哪一种流动状态?
对于室温20℃空气、湍流、湍-粘滞流、粘滞流之间的判别式为式（３）。
对于室温20℃空气，粘滞流、粘滞-分子流和分子流之间的判别式是（４）。
第八讲：真空系统设计(2)
第八讲：真空系统设计
王继常
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四、流导的计算
1．流导和流几率
(1)流导
就一个真空系统管路元件(包括导管、阀门、捕集器等)来说，若其入口压力P1和出口压力P2不相等，即管路元件的两端存在压强差P1-P2，则元件中将有气流从高压侧流向低压侧(如图3)。
若流经元件的气流量是Q，实验和理论都证明Q值的大小与元件两端的压强差P1-P2成正比。用数学式子来表示Q与P1-P2之间的关系，则可写成式(5)。
该比例常数C称为流导。式(6)即是流导的定义式。它表明：在单位压差下，流经管路元件气流量的大小被称为流导。在国际单位制中，气流量Q的单位是Pa·m3／s，P1-P2的单位是Pa，所以流导的单位是m3／s。
流导的大小说明在管路元件两端的压强差P1-P2一定的条件下流经管路元件的气流量的多少。从式(5)可见，当压差P1-P2一定时，流导C的值较大，那么流经管路元件的气流量Q的值就较大；反之流导C的值小，则流经元件的气流量Q就小。所以作为真空系统管路元件，不管是导管、还是阀门、捕集器、除尘器等，都希望它的流导值尽可能大一些，使气流能顺利地通过。因此，流导是真空系统管路元件的一个重要参数。在真空系统设计计算中，要计算管路元件以及某段真空系统管路的流导。
(2)流导几率
流导几率也称为传输几率，其物理意义是气体分子从元件的入口入射进入元件能从管路元件的出口逸出的概率。在分子流状态下，利用流导几率来表征真空系统管路元件对气体的导通性能更直观，更本质。用p r来表示流导几率，则流导几率的定义式为式(7)。
从式(8)可以看出，管路元件的流导C等于该元件入口孔的流导C fk和其流导几率P r的乘积。通常，管路元件入口孔的流导C fk是很容易求得的，如果知道了元件的流导几率P r，则利用式(8)可以很容易地计算出元件的流导。
2．流导的计算
在真空系统中，连接管道通常采用的是圆截面管道，被抽气体又多为室温下的空气，因此这里只简要介绍圆孔和圆截面管道对室温空气的流导。
(1)粘滞流时流导的计算
①薄壁孔
粘滞流时气体流经薄壁孔，如图4所示，当P1＞P2时，气体从I空间流向II空间。试验发现：当P1不变时，随P2下降，通过孔口的流速和流量都增加，但当P2下降到某一值时，它们都不再随P2下降而增加。
对于室温空气，面积为Am2的薄壁孔的流导为式(9)。
对于室温空气，圆形薄壁孔的流导为式(10)。
②不考虑管口影响时，圆管的流导
通常，气体从一个大容积进入管道的入口孔时，孔口对气流存在影响，但当管道的长度比较长，管口对气流的影响则可以忽略，即可以不考虑管口对气流的影响。在工程计算中，通常把管道的轴线长度L与管道直径D的比值L／D≥20的管道视为“长管”，其实质是可以不考虑管口
的影响进行计算。设圆管的轴线长度为Lm，直径为Dm，则其粘滞流条件下对于室温空气的流导为式(11)。
③考虑管口影响时，圆管的流导
在粘滞流条件下，气流从大容积进入管口，在管口处受到影响，这种影响破坏了粘滞流的应有秩序，使管道的流导减小，这种影响常称为管口效应。当管道的长度不太长时，管口效应的影响在进行计算中不能忽略。在工程计算中，一般认为管道的长径比L／D＜20都属于这种情况，这就是所说的“短管”。
对于室温空气，考虑管口影响时，管道的流导用式(12)计算。
(2)分子流时流导的计算
①薄壁孔
分子流时，对于室温空气，面积为Am2的薄壁孔的流导用式(13)计算。
②不考虑管口影响时。圆管的流导
不考虑管口影响时，在分子流条件下，任意截面形状管道的流道计算式可由克努森流导积分公式(15)导出。
由式(15)导出的圆管的流导为式(16)。
③不考虑管口影响时，圆锥形管的流导
对于图5所示的截圆锥形管道，其分子流流导的计算式为式(17)。
第八讲：真空系统设计(3)
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④考虑管口影响时，圆管的流导
设圆管的长度为L，半径为R，直径为D=2R。在分子流条件下，考虑管口影响时，圆管的流导几率p r如式(18)。
因此，当考虑管口影响时，圆管对于室温空气的流导计算式为式(19)。
⑤真空阀门的分子流流导
对于真空阀门的分子流流导计算可用式(45)。
⑥常用水冷障板的流导
水冷障板的分子流流导的计算可用两种方法。一种是利用“比流导”的数值进行计算，“比流导”指的是捕集器入口单位面积上的流导，利用“比流导”数据进行计算可用式(20)。
若捕集器不是用水冷却，而是用其它冷剂，则式(20)要引入一个温度影响系数l，式(21)。
若冷凝剂用的是干冰(固体CO2)，取l=1.2；若是液氮，则取l=1.7。第二种方法是用流导几率进行计算，对于很多种结构形式的捕集器，其流导几率值已有资料给出，因而利用式(8)可方便地进行计算。
(3)粘滞-分子流时，圆管对于室温空气的流导计算式是式(21)。
在式(21)和(22)中，函数J的数值见表1。
(4)管路元件串、并联时，流导的计算
组成真空系统的管路各式各样，各系统管路元件之间的关系，有的是串联，有的又属于并联。
①串联管路的流导
图6所示的一段管路，是导管、阀门、捕集器三个元件串联。若C1、C2、C3分别是这三个元件的流导，则它们串联之后的整段管路的流导为式(23)。
如果是n个管道元件串联，则串联后整个管路的流导为式(24)。
可见管路元件串联之后，整个管路的流导等于各元件流导的倒数的代数和的倒数。
②并联管路的流导
图7所示的整段管路是三条导管的并联，若C1、C2、C3分别是这三条导管的流导，则并联后组成的整段管路的流导C为式(25)。
如果有n条管路并联组成一段管路，则并联之后整段管路的流导为式(26)。
可见并联管路的流导等于各并联元件流导的代数和。
五、抽气时间的计算
1．真空系统的抽气方程
真空系统的任务就是抽除被抽容器中的各种气体。我们可以把被抽容器中所产生的各种气体的流量称为真空系统的气体负荷。那么真空系统的气体负荷究竟来自哪些方面呢?或者说真空室内究竟有哪些气源呢?总起来说，可以归纳为下述几个方面：
(1)被抽容器内原有的空间大气，若容器的容积为Vm3，抽气初始压强为P o Pa，则容器内原有的大气量为VP0Pa·m3；
(2)被抽容器内一旦被抽空，暴露于真空下的各种材料构件的表面就将把原来在大气压下所吸收和吸附的气体解析出来，这部分气体来源我们称之为放气，单位时间内的放气流量可以用
Q f Pa·m3／s来示；
实验表明，材料表面单位时间内单位表面积的放气率q可以用式(27)的经验公式来计算。
真空室内暴露于真空下的构件表面，可能有多种材料。所以总的表面放气流量Q f为式(49)。
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(3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量，以Q s Pa·m3／s表示。渗透的气流量即是大气通过容器壁结构材料扩散到容器中的气体流量。气体的这种渗透是有选择性的，例如：氢只有分离为原子才能透过钯、铁、镍和铝；氢对钢的渗透将随钢中含碳量的增加而增加。氦分子能透过玻璃。氢、氮、氧和氩、氖、氦能透过透明的石英。一切气体都能透过有机聚合物，如橡胶、塑料等。但是所有的隋性气体都不能透过金属。除了有选择性之外，渗透气流量Q s还与温度、气体的分压强有关。在材料种类、温度和气体分压强确定时，渗透气流量Q s是个微小的定值。
(4)液体或固体蒸发的气体流量Q Z Pa·m3／s。空气中水分或工艺中的液体在真空状态下蒸发出来，这是在低真空范围内常常发生的现象。在高真空条件下，特别是在高温装置中，固体和液体都有一定的饱和蒸气压。当温度一定时，材料的饱和蒸气压是一定的，因而蒸发的气流量也是个常量。
(5)大气通过各种真空密封的连接处，通过各种漏隙通道泄漏进入真空室的漏气流量
Q L Pa·m3／s。对于确定的真空装置，漏气流量Q L是个常数。漏气流量通常可通过所说的压升率，即单位时间内容器中的压强增长率P x来计算式(28)。
当真空泵启动之后，真空系统即对被抽容器抽气。此时，真空系统对容器的有效抽速若以
S e表示，容器中的压力以P表示，则单位时间内系统所排出的气体流量即是S e P。容器中的压强变化率为dP/dt，容器内的气体减少量即是V dP/dt。根据动态平衡，可列出如下方程(29)。
这个方程称为真空系统抽气方程。式中V是被抽容器的容积，由于随着抽气时间t的增长，容器内的压力P降低，所以容器内的压强变化率dP/dt是个负值。因而V dP/dt是个负值，这表示容器内的气体减少量。放气流量Q f，渗透气流量Q s，蒸发的气流量Q z和漏气流量Q L都是使容器内气体量增多的气流量。S e P则是真空系统将容器内气体抽出的气流量，所以方程中记为一S e P。
对于一个设计、加工制造良好的真空系统，抽气方程(29)中的放气Q f渗气Q s、漏气Q L和蒸气Q z的气流量都是微小的。因此抽气初期(粗真空和低真空阶段)真空系统的气体负荷主要是容器内原有的空间大气。随着容器中压强的降低，原有的大气迅速减少，当抽空至1～10-1Pa时，容器中残存的气体主要是漏放气，而且主要的气体成分是水蒸汽。如果用油封式机械泵抽气，则试验表明，在几十～几Pa时，还将出现泵油大量返流的现象。
2．低真空抽气时间的计算
从大气压开始到0.5Pa范围的抽气，我们统称为低真空抽气阶段。这一阶段的抽气通常用油封式机械真空泵或分子筛吸附泵来完成。一般来说，油封机械泵的特性是在大气压到102Pa时抽速近似为常数，在102～O.5Pa时抽速变化较大，而对于吸附泵，5A分子筛在室温下由大气压到O.5Pa时对氮气的吸附速率近于常数；在液氮温度下，由大气压到1Pa时，对氮气的吸附量近似于常数。因此，对于低真空阶段抽气可分为近似常抽速和变抽速两种情况来分别考虑。
(1)近似常抽速时，抽气时间的计算
油封机械泵在大气压到102Pa范围内抽速近似为常抽速。在这一阶段抽气过程中，系统内的压强较高，排气量较大，即使系统内有些微小的漏气和放气，影响也不大，可以忽略漏气、放气、蒸发和渗透的气流量。忽略这些微小的气流量之后，抽气方程(29)变为(30)。
①不考虑管道影响和漏放气时抽气时间的计算
通常，被抽容器的出口到真空泵入口之间有连接管路。连接管路的影响是使得系统对真空容器的有效抽速S e低于真空泵的抽速S p这说明管路对于气体流动具有阻力，这种影响从真空技术基本方程(2a)即可看出。
我们先从最简单的情况来研究，假定真空泵的入口直接连到容器出口上进行抽空，如图8
所示，此时没有连接管路或是连接管路很短，其影响可以忽略不计。微小的漏、放气流量等也忽略不计，则求解抽气方程(31)。
由式(32)可得出容器内压强P随抽空时间t的变化关系式(33)。
式中各符号的意义同式(32)，式(32)是抽气时间计算的最基本的公式。
②不考虑管道影响而考虑漏放气时抽气时间的计算
对于任何一个被抽容器不可能没有漏气和放气，当被抽容器内的压强较低，真空系统的排气流量不是很大时，就必须考虑漏、放气等气流量对抽气过程的影响，此时抽气时间的计算式为
(34)。
③考虑管道影响和漏放气时，抽气时间的计算
实际上真空泵对容器的抽气都是通过连接管路进行的。由于管路的影响，泵对容器的有效抽速降低了，延长了抽气时间。因此在这种情况下需要考虑管道的影响。此时抽气时间的计算式为(35)。
真空泵对容器的有效抽速s可以利用真空技术基本方程(2)求出。计算时需先求出真空泵入口到容器出口之间连接管路的流导C，而流导C又与气流状态有关，所以要根据不同的气体流动状态,选择适宜的流导计算公式计算连接管路的流导C。计算出连接管路的流导C，由泵的实际抽速S p，即可通过真空技术基本方程(2)求出泵对容器的有效抽速S e。再利用式(35)即可求出对于容积为Vm3的容器，从压强P0降低到P的抽气时间t。
(2)变抽速时抽气时间的计算
大多数真空泵的抽速都随其入口压强的变化而变化，尤其是机械真空泵，当其入口压强低于10Pa时，泵的抽速随其入口压强的变化更为显著。图9是某些真空泵的抽速特性曲线示意图。
①分段计算法
在一般情况下，计算变抽速时的抽气时间需要首先知道泵的抽速与其入口压强的关系。如图10所示。假定需要求容器内的压力由P0降低到P的抽气时间，则可以将P0到P这个压强区段分成n段。段效愈多，计算的抽气时间愈接近变抽速的实际。设相应每段的抽气时间为t1，t2…t i…t n 取每段的平均抽蘧为s1，S2，…S i…S n，用相应的公式(36)进行各个压力区段的抽气时间计算，然后求其代数和即得总的抽气时间t。
②经验系数计算法
油封机械真空泵的实际抽速S随其入口压强的降低而降低。研究其抽速特性曲线发现，其实际抽速S与其名义抽速S p的近似关系是(46)。式中系数K在不同压力区间的取值如表2。
因此抽气时间的计算可用式(37)。
应用该式计算抽气时间时，实际上相当于把从大气压到1Pa的抽气时间计算分成为五个区强区段，对应每一个压强区段，根据表2所给出的K值分别计算各压强区段的抽气时间，然后将五个压强区段的抽气时间相加即得从大气压到1Pa的总的抽气时间。
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六、真空系统的设计
在图2所示的真空系统中，主泵决定了被抽容器的极限真空度和工作真空度，而前级泵则在主泵出口处造成始终低于主泵的临界前级压力的真空度，保证主泵能正常工作。而所说的预抽泵是为了使被抽容器能从大气压力很快地抽空到主泵能够开启工作的压力。对一个真空系统来说，往往把系统的前级泵同时兼作预抽泵使用。我们这里所说的选泵是指选择主泵而言，而配泵是指为主泵选配合适的前级泵或预抽泵。
1．选主泵
选主泵要考虑两个方面，一是选择主泵的类型，二是确定主泵抽速的大小。
(1)主泵类型的确定
确定主泵类型的依据是：
①根据被抽容器所要求达到的极限真空度和工作真空度。一般选取主泵的极限真空度稍高于被抽容器所要求的极限真空度(如高半个数量级)。每一种泵都有其最佳工作压强范围，应保证将被抽容器的工作真空度选在主泵的最佳抽速压强范围内。各种真空泵的工作压强范围见图1l。
②根据被抽气体的种类，每种气体所占的比例以及气体中所夹杂的灰尘情况。为此，应当对各种真空泵的性能及使用特点进行了解。例如：油封式机械真空泵能够直接向大气中排气，即可以单独抽空，又可以作为某些泵的前级泵。在无气镇装置的情况下，该泵只适用于抽除干燥气体、当带有气镇装置时，也可以抽除含有少量水蒸气的气体，不适合抽除有爆炸性的气体，对金属有腐蚀性的气体，以及含有颗粒灰尘的气体。再如油增压泵和油扩散泵，它们都属于油蒸汽流泵。这两种泵对摩尔质量较小的气体(如氢气)抽气能力大，被抽气体中含有少量灰尘和水蒸汽也影响不大。但它们不能将气体直接排到大气中去，必须有前级泵，而且工作前必须有一个预真空环境。这两种泵作为主泵的系统，都会有一定数量的泵油蒸气返流到被抽容器中。
③根据初次投资和日常运转维护费用
当两种类型以上的泵都适合选用时，则要根据经济指标来确定主泵。在比较经济指标时，要从整套真空系统来考虑。如图12是油扩散泵、油增压泵、罗茨泵系统单位抽气速率(L／s)的价格与入口压强间的关系曲线。图13是单位抽气速率(L／s)的输入功率与入口压强的关系曲线。由两个图中的曲线可见，在1.33×10-1～13.3Pa的压强范围内，以油增压泵为主泵的真空系统比较经济，所需要的功率小。在压强低于1.33×104Pa的范围内，油扩散泵抽气系统比较经济。在
压强高于13.3Pa的范围内，罗茨泵抽气系统比较经济。所以在选泵过程中应立足于即适用又经济。
(2)主泵抽速大小的确定
主泵的类型选定之后，接下来就是要具体地确定主泵抽速的大小规格。主泵抽速大小的确定主要根据被抽容器的工作真空度和其最大排气流量，以及被抽容器的容积和所要求的抽气时间。
①真空室内排气流量的计算
在正常的工艺过程中，真空室内所产生的气流量应当由主泵及时抽走，以保证真空室内的压强符合工作真空度的要求。工艺过程中的气流量可用式(38)计算。
以上各量在不同的真空应用设备中不一定都存在，这要根据不同情况具体考虑。
a．Q g的计算
就真空熔炼来说，被熔炼材料工艺过程中的放气流量Q g的计算是以实验数据为基础进行的。当给出材料单位质量含气量在标准状态下的体积时可用式(39)计算。
当给出材料在熔炼或处理前后化学成分的变化时用式(40)计算。
b．Q n的计算
某些真空设备的真空室内要求加热到较高的温度。真空室内必须使用耐火保温材料，如碳毡、碳布、硅酸铝纤维等材料，其放气量的计算如式(41)。
c．Q f的计算
暴露于真空下各种构件材料表面的放气流量用式(42)计算。
在利用式(38)计算真空室内的总排气流量时，对于某一种确定的真空设备，要根据具体情况而定，如有的设备没有用耐火保温材料，则不必计算Q n这一项。有些材料的放气量实验数据无处可查，则可以采用与其相类似材料的放气量数据作为代替。
漏气流量Q t的计算用式(28)。
②被抽容器所要求的有效抽速的计算
设被抽容器内的最大排气流量为Q Pa·m3／S，所要求的工作真空度为P g Pa，则被抽容器所要求的有效抽速S ey为式(43)。
③粗算主泵的抽速S
由于在选定主泵之前，真空室出口到主泵入口之间的管路没有确定，因而这段管路的流导C 是未知数。根据式(2)无法计算主泵的抽速S。通常按经验公式(44)粗算主泵的抽速。
④验算主泵的抽速
根据粗选出的主泵的入口尺寸。选择确定主阀、捕集器和连接管道，划出主泵入口至真空室出口之间管路草图。利用流导计算公式计算出被抽容器出口到主泵入口之间高真空管路的流导C，再按式(2a)计算粗选主泵对真空室出口的有效抽速S e，若S e大于或等于被抽容器所要求的有效抽速S ey则认为粗选的主泵的大小合乎要求，否则应重新粗选主泵，再进行验算，直至合乎要求为止。
2．配泵
主泵选定之后，重要的问题是如何选配合适的前级泵和预抽泵。通常前级泵直接影响主泵的抽气性能，影响真空系统的抽气时间和经济效益。配前级泵时应遵循如下几点规定：
(1)前级泵应保证能及时排出主泵所排出的气体流量。
(2)前级泵在主泵(如扩散泵、油增压泵，分子泵和罗茨泵)出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强。
(3)兼作预抽泵的前级泵应满足预抽时间的要求。
当选用油蒸气流泵作为主泵时，配前级泵的方法可以按经验标准所推荐的前级泵的大小来确定，见表4。
所配前级泵确定之后，即可按前级泵的入口尺寸选择前级管道阀和预抽管道阀，确定备部分
光伏发电系统设计计算公式 1、转换效率： η= Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片面积）×Pin（单位面积的入射光功率） 其中：Pin=1KW/㎡=100mW/cm2。 2、充电电压： Vmax=V额×1.43倍 3.电池组件串并联 3.1电池组件并联数=负载日平均用电量（Ah）/组件日平均发电量（Ah） 3.2电池组件串联数=系统工作电压（V）×系数1.43/组件峰值工作电压（V） 4.蓄电池容量 蓄电池容量=负载日平均用电量（Ah）×连续阴雨天数/最大放电深度 5平均放电率 平均放电率（h）=连续阴雨天数×负载工作时间/最大放电深度 6.负载工作时间 负载工作时间（h）=∑负载功率×负载工作时间/∑负载功率 7.蓄电池： 7.1蓄电池容量=负载平均用电量（Ah）×连续阴雨天数×放电修正系数/最大放电深度×低温修正系数 7.2蓄电池串联数=系统工作电压/蓄电池标称电压 7.3蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量 8.以峰值日照时数为依据的简易计算 8.1组件功率=（用电器功率×用电时间/当地峰值日照时数）×损耗系数 损耗系数：取1.6～2.0，根据当地污染程度、线路长短、安装角度等； 8.2蓄电池容量=（用电器功率×用电时间/系统电压）×连续阴雨天数×系统安全系数 系统安全系数：取1.6～2.0，根据蓄电池放电深度、冬季温度、逆变器转换效率等； 9.以年辐射总量为依据的计算方式 组件（方阵）=K×（用电器工作电压×用电器工作电流×用电时间）/当地年辐射总量 有人维护+一般使用时，K取230；无人维护+可靠使用时，K取251；无人维护+环境恶劣+要求非常可靠时，K取276； 10.以年辐射总量和斜面修正系数为依据的计算 10.1方阵功率=系数5618×安全系数×负载总用电量/斜面修正系数×水平面年平均辐射量 系数5618：根据充放电效率系数、组件衰减系数等；安全系数：根据使用环境、有无备用电源、是否有人值守等，取1.1～1.3； 10.2蓄电池容量=10×负载总用电量/系统工作电压；10：无日照系数（对于连续阴雨不超过5天的均适用） 11.以峰值日照时数为依据的多路负载计算 11.1电流： 组件电流=负载日耗电量（Wh）/系统直流电压（V）×峰值日照时数（h）×系统效率系数 系统效率系数：含蓄电池充电效率0.9，逆变器转换效率0.85，组件功率衰减+线路损耗+尘埃等0.9.具体根据实际情况进行调整。 11.2功率：
卷烟厂真空系统设计概述 摘要：本文对卷烟厂工艺中负压系统的使用要求做了概述性质的描述，并对卷烟厂真空站和真空系统的设计要点进行了介绍。 关键词：卷烟厂；真空站；水环式真空泵 在卷烟厂工艺中，负压的使用环节主要是在卷接包车间，其中负压消耗较大的设备是卷接包机组，除此以外，自动封装箱机、滤棒贮存输送装置和滤棒发射机也有少量的负压需求。如：新建规模为年产30万箱的海口烟厂卷接包机组的设计负压消耗合计32m3/min；自动装封箱机的负压消耗合计为4m3 /mi；滤棒成型车间内滤棒贮存输送装置和滤棒发射机负压消耗合计1m3/min，卷接包车间负压消耗合计为37m3/min。烟厂工艺设备对真空度的要求一般为0.03~0.05MPa，考虑到管路的真空度损失和安全余量，真空泵的抽真空度至少要满足0.02MPa的要求。另外，由于烟厂属于流水线作业，自动化程度高，所以对负压的稳定性要求也比较高。针对以上特点，烟厂的设计工作需要掌握如下要点： 1.真空站工艺设计【2】 1.1站房位置 由于真空管道属于负压管道，真空度从本质上来讲是管道压力和大气压的比较，相对于压缩空气管道，虽然单位长度的沿程阻力损失较小，但由于大气压本身才只有约0.1M Pa左右，其对压损的承受能力较小，如果损失过大，将不满足工艺对负压的要求。 如：某烟厂的真空站设置在联合工房内贴邻卷接包车间的辅房内，真空站距离最远的卷包机组直线距离为150m，真空站集气总管处的压力为0.02MPa，此工况下实测真空站集气总管至各卷包机组的压力损失为：0.005MPa～0.01M Pa，最大压力损失（0.01MPa）已经达到总真空率（0.02MPa，与大气压相比较，可认为是-0.08MPa）的12.5%，参考此案例，如果真空站位置距离用气点过远，随着管路中空气平均密度的增加，单位长度的沿程阻力也会相应增大，这样压力损失会成倍的增加，必然会影响工艺使用要求。 所以一般把真空站设置在联合工房内靠近卷接包车间的辅房内，尽量缩短供气长度，减少压力损失。 1.2真空设备的选择 烟厂一般选择水环式真空泵来满足其需要，虽然水环真空泵效率不是很高（一般在30%左右），而且由于受到结构和饱和水蒸气压的限制，所提供的真空度也较低（2000~4000Pa），但是由于水环式真空泵具有机构紧凑、无需润滑、泵腔内不存在摩擦，磨损小等特点，尤其是具备吸气均匀，工作平稳可靠的优点，
本文由WDD20542贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 16 CHEMICAL ENGINEERING DESIGN 化工设计2003 ,13( 2) 真空系统的工艺设计 摘要介绍真空系统的基本概念、工艺设计及实际应用。 真空系统工艺设计关键词 真空系统在化工生产中的应用非常广泛 , 但统性。本文将对其基本概念和工艺设计进行纲要 有关真空系统的设计资料较少 , 且缺乏一定的系 性的总结 , 并通过实际工作应用加以佐证说明。 1 基本概念 111 真空度 真空度通常有以下几种表示方法 : 用于器壁的压力 , 是气体的真实压力。以绝对压力表示真空度时 , 其值必须在零和大气压力之间。当绝对压力为零时 , 表明封闭空间内不存在任何物质 , 处于全真空状态 ; 当绝对压力等于或压力状态 , 为非真空状态 , 不在本研究范围之内。 11112 以真空度表示 大于外界大气压力时 , 表明封闭空间处于常压或 式中 , Pv为真空度 , mmHg ; P 为封闭空间的绝对压力值。 外界大气压力的程度 , 其值也在零和大气压力之时 , 表明封闭空间处于常压状态 ; 当真空度等于处于全真空状态。 间 , 但其意义与绝对压力相反。当真空度为零大气压力时 , 表明封闭空间内不存在任何物质 , 11113 以真空度百分数表示 的百分数。 11111 以绝对压力表示 绝对压力是指一个封闭空间内的气体垂直作 Pv = 大气压力 - P ( mmHg) 真空度是指一个封闭空间内的气体压力小于 马小龙Ξ中国华陆工程公司西安 710054 100 % 真空度 ( %) = [ ( 大气压力 - P) / 大气压力 ] × 式中 , P 为封闭空间的绝对压力值。真空度百分数直观地表示出了真空度相对于大气压力的比例大小。在国家标准《真空技术名词术语》 ( GB3163 - 82) 将真空系统按剩余压力 ( 即绝对压力) 分为 4 个范围 , 即低真空、中真空、高真空和超高真空 , 范围如下 : 低真空 : 105 ～102 Pa 中真空 : 102 ～10 - 1 Pa 高真空 : 10 - 1 ～10 - 5 Pa 超高真空 : < 10 - 5 Pa 在化工、石油化工装置中 , 通常遇到的是低真空和中真空。在此特别指出两点 : (1 ) 因为 , 表压 = 绝对压力 - 大气压力 , 故 , 表压 = - 真空度。为了避免绝压、表压、真空度三者相互混淆 , 一般在工程设计中 , 均对其加以标注 , 如 110M Pa ( 绝压 ) 、116M Pa ( 表压) 、400mmHg ( 真空度) 等。 ( 2) 由于外界大气压随大气的温度、湿度和所在地区的海拔高度而改变 , 所以在工程设计中 , 一定要根据建设地区的具体情况先确定大气由于当地平均大气压为 760mmHg , 所以塔顶的真空度为 760 - 20 = 740mmHg 。
凯旋华府用电规划 凯旋华府小区用电功率9700KVA将由定军变电站接专线引来。 1.供配电系统设计（一期）负荷估算及KB所安装： 预测设备安装总容量：pe=3753w计算容量pj=1463kw，预计选用SGB10-10/0.4kv型干式变压器的安装总容量为2000kva，设计平均负荷率21w/m 2,变压器装机率29va/m2,负荷率为81%，（补偿后功率因数cosφ=0.9以上）。预计安装两台600kva变压器（住宅用单）和一台500kva变压器（商业用电）供电电源及配变电房设置： 依据本工程建设规模及内部功能，将在本区内设一座市政10KV开闭所，其作用给各期的变电所提供10KV电源。 KB所只有40m2左右，可以把地下室KB所预留房间缩小，以节省空间。（见附图）把配电室的地面做法高出其它地面100mm-150mm。 依据本期地形及建设规模，拟将在规划区域内建设约1座10/0.4kv变配电所，其高压侧进线采用放射式或内环网方式由本区10kv开闭所供给。 2.供配电系统设计（二期）： 预测设备安装总容量：pe=3800w计算容量pj=1300kw，预计选用SGB10-10/0.4kv型干式变压器的安装总容量为1600kva，设计平均负荷率20w/m 2,变压器装机率27va/m2,负荷率为80%，（补偿后功率因数cosφ=0.9以上）。预计安装2台800kva变压器 供电电源及变配电房设置：依据本期地形及建设规模，拟将在规划区域内建设约2座10/0.4kv变配电所，其高压侧进线采用放射式或内环网方式由本区10kv
开闭所供给。 3.供配电系统设计（三期） 预测设备安装总容量：pe=9721w计算容量pj=3305kw，预计选用SGB10-10/0.4kv型干式变压器的安装总容量为4500kva设计平均负荷率21w/m2,变压器装机率29va/m2,负荷率为82%，（补偿后功率因数cosφ=0.9以上）。预计安装2台1000kva变压器和2台1250kva变压器（其中已包含幼儿园供电）供电电源及变配电房设置： 依据本期地形及建设规模，拟将在规划区域内建设约2座10/0.4kv变配电所，其高压侧进线采用放射式或内环网方式由本区10kv开闭所供给。 4.供配电系统设计（四期） 预测设备安装总容量：pe=3400w计算容量pj=1005kw，预计选用SGB10-10/0.4kv型干式变压器的安装总容量为1600kva设计平均负荷率21w/m2,变压器装机率29va/m2,负荷率为82%，（补偿后功率因数cosφ=0.9以上）。预计安装2台800kva变压器 供电电源及变配电房设置： 依据本期地形及建设规模，拟将在规划区域内建设约2座10/0.4kv变配电所，其高压侧进线采用放射式或内环网方式由本区10kv开闭所供给。 由于四期供电是由二期分出来的所以并不影响整体规划，可以直接从小区KB 所供电。除一期变压器放在地下室、二、三、四期均在景观区内设置箱变以节省地下室空间。
定压补水系统的设计计算<含实例说明> 空调冷水膨胀、补水、软化设备选择计算： 已知条件：建筑面积：90000 m2，冷水水温：7.0/12.0℃， （一）空调系统： 风机盘管加新风系统为主，系统最高点70+11.0(地下)=81m， 采用不容纳膨胀水量的隔膜式气压罐定压。 1. 空调系统水容量Vc = 0.7～1.30（L/m2）（外线长时取大值）：1.30 *90000/1000=117 m3 2. 空调系统膨胀量Vp =a*⊿t*Vc：0.0005*15*117=0.88 m3 (冷水系统) 3. 补水泵选择计算 系统定压点最低压力：81+0.5=81.5(m)=815(kPa) (水温≤60℃的系统，应使系统最高点的压力高于大气压力5kPa以上) 补水泵扬程：≥815+50=865(kPa) (应保证补水压力比系统补水点压力高30-50kPa，补水泵进出水管较长时,应计算管道阻力) 补水泵总流量：≥117*0.05=5.85(m3/h)=1.8(L/s) (系统水容的5-10%) 选型：选用2台流量为1.8 L/s，扬程为90m(900 kPa)的水泵,平时一用一备，初期上水和事故补水时2台水泵同时运行。水泵电功率:11Kw。 4. 气压罐选择计算 1）调节容积Vt应不小于3min补水泵流量采用定频泵Vt≥5.8m3/h*3/60h=0.29m3=290 L 2）系统最大膨胀量：Vp=0.88 m3 此水回收至补水箱 3）气压罐压力的确定： 安全阀打开压力:P4=1600(kPa)(系统最高工作压力1200kPa) 电磁阀打开压力:P3=0.9*P4=1440(kPa) 启泵压力:（大于系统最高点0.5m）P1= 865kPa 停泵压力(电磁阀关闭压力): P2=0.9*1440=1296kPa 压力比αt= (P1+100)/( P2+100)=0.69，满足规定。 4）气压罐最小总容积Vmin=βVt/(1-αt)=1.05*290/(1-0.69)=982 L 5）选择SQL1000*1.6隔膜式立式气压罐，罐直径1000mm，承压1.6Mpa，高 2700mm，实际总容积VZ=1440 (L) 5.空调补水软化设备 自动软化水设备（双阀双罐单盐箱）软水出水能力:(双柱)0.03Vc=0.03*117=3.5m3/h 租户24小时冷却膨胀、补水设备选择计算： 已知条件：建筑面积：90000 m2，冷却水温：32/37.0℃， 系统最高点70+11.0(地下)=81m， 采用不容纳膨胀水量的隔膜式气压罐定压。 1. 空调系统水容量45m3
第一章总论 1.1 设计依据 （1）国家烟草专卖局文件《国家烟草专卖局关于XX黄果树烟草集团公司XX 卷烟厂技术改造项目的批复》（国烟计[2006]第410号）。 （2）国家烟草专卖局文件《国家烟草专卖局关于XX卷烟工业企业联合重组的批复》（国烟法[2005]第20号）。 （3）国家烟草专卖局文件《国家烟草专卖局关于批准2005年第一批烟草专用机械购置计划的通知》（国烟计[2005]第347号）。 （4）国家烟草专卖局国烟计[1995]60号《关于印发〈烟草行业工程设计招标投标办法〉和〈烟草行业工程设计收费标准〉的通知》。 (5)《轻工业建设项目初步设计编制内容深度规定》（QBJS6-91） (6)国家和行业现行的有关设计规范和标准。 1.2 设计原则 严格按照国家局的产业结构调整政策，执行行业技术改造的指导意见，广泛采用国内外烟草行业先进、成熟、适用的新工艺、新技术、新设备、新材料，以效益为中心，优化资源配置，增强XX中烟工业公司内部同质化生产能力，坚持高起点规划设计，高标准实施，建设工艺特色鲜明、装备先进实用的国内先进的现代化项目。 （1）本次技术改造工程按照“系统化设计、集约化生产、智能化控制、精细化加工、数字化管理、现代化物流、网络化通讯”的总体要求，在总体设计中对总图布局的合理性，工艺流程的简捷性，建筑物的功能、技术、艺术性，法规执行的准确性以及项目的经济可行性等诸多参数进行充分的协同。 （2）功能分区合理，人流、物流短捷，符合城市规划要求。对主要建筑物的建筑造型、风格及色彩要体现现代建筑气息，外观气势宏伟，格调清新、明快，时代感强，与企业文化相融合。 （3）为应对多变的市场，需要生产不同规格的产品，总体规划考虑建立相应的生产系统快速反应体系。（4）产品规模：按年产40万箱卷烟生产规模进行规划，并留有发展余地。（5）产品结构：每班可以同时生产4个规格牌号卷烟，其中：二类烟5%以下，三类、四类烟80%以上，五类烟15%以下。硬包烟占80%，软包烟占20%。 （6）生产班次及工作时间：全年工作日为251天，其中：制丝车间两班制，日有效工作时间16小时；卷接包车间三班制生产，日有效生产时间22小时；滤棒成型发送三班制生产，日有效生产时间22小时。 （7）按照ISO14000《环境管理体系系列标准》和OHSAS18001《职业安全卫生管理体系系列标准》，建立生态、环保、人本化的现代化企业，创建XX 市工业景观工程。 （8）切合实际、远近结合、全面规划设计、分期实施。 1.3 设计范围 本次规划设计的内容主要包括，在厂区内以卷烟生产工艺为依据，结合有关规范，进行合理规划布局，设计年产40万箱联合生产工房。 （1）联合工房：制叶丝生产线、制梗丝生产线、膨胀烟丝生产线、卷接包生产线、配方高架库、辅料高架库、成品输送、滤嘴成型生产线；与上述生产相关的物流系统、车间辅房等。 （2）物流系统：原料配方物流系统、辅料物流系统、成品物流系统、零备件物流系统、特殊物料物流系统。 （3）动力系统：动力集中控制中心、空压系统、真空系统、热力系统、空调、制冷系统、配电系统、软水处理系统、冷凝水回收系统、供水系统等。 （4）消防车库及综合仓库。 （5）后勤保障中心：食堂及停车场等。 （6）污水处理、河水处理、垃圾集中回收及处理。 （7）厂区绿化、环保、道路、消防及安防等设计。 （8）设计总体规划方案、生产设备工艺流程、设备布局、自动控制、动力能源监控、人流、物流、信息流总体方案。
光伏系统的容量设计 光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。 光伏系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量。同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。光伏系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计和配电系统设计等。在进行系统设计的时候需要综合考虑系统的软件和硬件两个方面。 针对不同类型的光伏系统，软件设计的内容也不一样。独立系统，并网系统和混合系统的设计方法和考虑重点都会有所不同。 在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的
太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。 1.4.1 独立光伏系统软件设计 光伏系统软件设计的内容包括负载用电量的估算，太阳电池组件数量和蓄电池容量的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。因为太阳电池组件数量和蓄电池容量是光伏系统软件设计的关键部分，所以本节将着重讲述计算与选择太阳电池太阳电池组件和蓄电池的方法。 需要说明的一点是，在系统设计中，并不是所有的选择都依赖于计算。有些时候需要设计者自己作出判断和选择。计算的技巧很简单，设计者对负载的使用效率和恰当性作出正确的判断才是得到一个符合成本效益的良好设计的关键。 1．设计的基本原理 太阳电池组件设计的一个主要原则就是要满足平均天气条件下负载的每日用电需求；因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳电池组件和蓄电池在天气条件
贵阳卷烟厂MES系统设计构想 制造执行系统(MES)在近年来得到了迅速的发展，MES系统是面向车间层的管理系统，并且位于工业控制和生产计划管理系统之间。其目标是实现设备、物料、在制品和人在生产过程中的集成，然后进行有效的控制、跟踪和管理。 对于贵阳卷烟厂这样一个烟草企业来说，基本实现了底层过程控制系统的过程自动化和基础自动化，形成了相对独立的系统在制丝和卷包过程中，但是这些系统有着不同的处理逻辑，使得在通信机制、数据模型和数据库方面演变成了信息孤岛，在生产过程和信息资源共享方面缺乏的统一管理。 1 系统设计原则 (1)规范化和标准化原则 构建MES系统的需要对规范化和标准化加以强调，做到接口标准统一，连接通畅，界面友好、实用，使系统具有灵活性、完整性，为系统的扩展打下坚实的基础，以便于系统的有效集成。 (2)实用性、可靠性、先进性、经济性原则 实用性是指维护方便、操作简单、经济耐用，显示直观。可靠性是指系统能长期无故障地工作；先进性是指为了今后系统的升级和扩展，应保证在技术上适当超前，并且具有先进性在一定时期内；经济性是指造价合理，能够对系统设计进行优化，从而使其具有较低的维护费用和较高的性价比； (3)集成性的原则 MES系统中的各个子系统进行统一的设计、开发和分析、利用统一数据库系统和开发平台确保MES系统的集成性。MES系统的集成性能够使各个功能的子系统避免成为信息孤岛，从而使各个单位和部门的信息能够进行共享和交流，实现基础信息资料共享和统一维护，从而充分利用信息的价值，提高资料的准确性，减少数据维护的工作量。 (4)安全性的原则 利用软硬件和管理相结合的多级安全机制的方法，确保MES系统的安全，为了保证数据的安全，需要进行严格的系统权限管理，使系统操作人员只能使用权限内的有关数据。 2 系统结构设计 2.1 系统总体结构 由于MES系统是面向制造过程的，所以需要与企业中的其它制造管理系统进行交互和共享信息。MES系统需要接收制造管理系统中的各类信息，作为生产管理系统的核心，MES还提供现场的数据信息给企业其他的应用系统，以实现合理资源配置和优化调度。贵阳卷烟厂MES考虑到系统集成的需要，设计了基于B/S架构的MES体系结构。 在贵阳卷烟厂MES系统的结构设计中采用了三层系统结构，使其能够单独加以实现，并且在逻辑上各自独立，分别是数据访问层、业务逻辑层、用户界面层。局域网用户和互联网用户对贵阳卷烟厂的MES系统进行访问可以用浏览器来实现，通过对不同业务逻辑模块的访问对各自的业务进行处理；通过SQL方式业务逻辑模块把数据或其他资源的请求发送到数据
差分抽气系统的设计依据及真空系统配置 时间:2009-04-04 来源:大连理工大学等离子体物理化学实验室编辑:丁洪斌 分子束质谱差分抽气系统设计的主导思想主要有两方面: (1) 尽可能减少取样过程中气体分子所遭遇的附加碰撞。 (2) 最大限度地缩短从采样孔到四极质谱间的距离,以提高对痕量物种的分析灵敏度。如上节所述,被分析气体经采样孔、分流器及准直孔进入四极质谱计。把采样孔与分流器之间的真空部分称为1 区(相当于束源室) ,将分流器 与准直孔之间的区域称为2 区(相当于准直室) ,准直孔后四极质谱分析器和探 测器所在的真空部分称为3 区(相当于检测室) 。为了尽可能减少取样孔处气体分子间的碰撞,采样微孔应做成喇叭形,在取样孔处的孔板厚度应尽可能小 ( ≤100μm) 。采样微孔的直径通常在50～500μm 之间,取决于气体反应室的 压力及1 区真空泵的抽速。采样孔与分流器之间的间距应作适当选择,过近则引起涡流而在1 区造成附加碰撞,过远则会降低分子束强度而导致分析灵敏度降低。 在本设计中取分流器孔径为1mm, 采样微孔至分流器间距离为 20mm 。以N2 为例,若室温下分子热运动平均自由程须大于20mm, 则气体压力应小于3 ×10-1Pa, 取此值作为1 区的工作压力。为了提高整套装置对微量组分的检测灵敏度,必须使3 区(检测室) 有尽可能低的极限工作压力, 但同时又要 兼顾取样路径不至因选用大抽速真空泵( 大尺寸) 而过长。涡轮分子泵具有抽速大、体积小、极限真空度高等优点,故成为分子束质谱装置的首选泵型。 综合考虑检测真空度要求、泵抽速、口径等因素后的三级差分抽气系统有关真空设计参数如表1 所示。其他参数条件:气体反应室压力为13300Pa; 采样微孔直径为0.3mm; 采样微孔至分流器间距为20mm; 分流器孔直径为110mm; 采样微孔至四极质谱引入孔间距为300mm 。 表1 分子束质谱三级差分抽气系统的极限及工作真空设计指标
全面详细的光伏系统设计---总设计思路 光伏系统的容量设计 光伏系统的设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。 光伏系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量。同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。光伏系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量系统的设计，防雷设计和配电系统设计等。在进行系统设计的时候需要综合考虑系统的软件和硬件两个方面。 针对不同类型的光伏系统，软件设计的内容也不一样。独立系统，并网系统和混合系统的设计方法和考虑重点都会有所不同。 在进行光伏系统的设计之前，需要了解并获取一些进行计算和选择必需的基本数据：光伏系统现场的地理位置，包括地点、纬度、经度和海拔；该地区的气象资料，包括逐月的太阳能总辐射量、直接辐射量以及散射辐射量，年平均气温和最高、最低气温，最长连续阴雨天数，最大风速以及冰雹、降雪等特殊气象情况等。 4.4.1．独立光伏系统软件设计 光伏系统软件设计的内容包括负载用电量的估算，太阳电池组件数量和蓄电池容量的计算以及太阳电池组件安装最佳倾角的计算。因为太阳电池组件数量和蓄电池容量是光伏系统软件设计的关键部分，所以本节将着重讲述计算与选择太阳电池太阳电池组件和蓄电池的方法。 需要说明的一点是，在系统设计中，并不是所有的选择都依赖于计算。有些时候需要设计者自己作出判断和选择。计算的技巧很简单，设计者对负载的使用效率和恰当性作出正确的判断才是得到一个符合成本效益的良好设计的关键。 1．设计的基本原理 太阳电池组件设计的一个主要原则就是要满足平均天气条件下负载的每日用电需求；因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳电池组
邯钢120tRH真空精炼装置 600kg/h，67Pa蒸汽喷射真空泵系统设计、安装、使用及调试说明书 编制： 审核： 责任主任： 西安重型机械研究所 2007年4月
目录 一. 蒸汽喷射泵系统及其工作原理简介——————————————— 2 二. 真空泵系统安装——————————————————————— 6 1. 安装准备—————————————————————————— 6 2. 安装要求—————————————————————————— 6 3. 真空泵系统气密性试验————————————————————7 三. 真空泵系统性能调试—————————————————————8 1. 调试准备——————————————————————————8 2．性能调试——————————————————————————9 2.1 辅助泵系统性能调试—————————————————————9 2.2 主抽气系统性能调试————————————————————10 2.3 辅助泵系统、主抽气系统联合工作与抽气时间测定————————12 2.4 其余要求——————————————————————————12 四. 设备的维护————————————————————————12 1. 设备的维护说明（附点检标准）———————————————12 2. 设备定期测试、调整的规定——————————————————13 3. 设备缺陷、故障的处理（见表）———————————————13 4. 设备检查测试记录及有关规定—————————————————13 附表1. 设备点检表———————————————————————14 附表2. 常见故障排除方法————————————————————16 附表3.真空泵系统性能参数———————————————————18 附表4. 喷射器、冷凝器设计性能参数及操作模式——————————19 附表 5.临界流量计量喷嘴————————————————————19 附表 6.真空泵系统性能调试记录表————————————————20 附图. 真空泵系统原理图
真空系统抽气时间的计算 1．真空系统的抽气方程 真空系统的任务就是抽除被抽容器中的各种气体。 我们可以把被抽容器中所产生的各种气体的流量称为真空系统的气体负荷。那么真空系统的气体负荷究竟来自哪些方面呢?或者说真空室内究竟有哪些气源呢?总起来说，可以归纳为下述几个方面： (1)被抽容器内原有的空间大气，若容器的容积为Vm 3，抽气初始压强为P o Pa ，则容器内原有的大气量为VP 0Pa·m 3； (2)被抽容器内一旦被抽空，暴露于真空下的各种材料构件的表面就将把原来在大气压下所吸收和吸附的气体解析出来，这部分气体来源我们称之为放气，单位时间内的放气流量可以用Q f Pa·m 3／s 来示； 实验表明，材料表面单位时间内单位表面积的放气率q 可以用式(27)的经验公式来计算。 真空室内暴露于真空下的构件表面，可能有多种材料。所以总的表面放气流量Q f 为式 (49)。 (3)大气通过容器壁结构材料向真空室内渗透的气体流量，以Q s Pa·m 3／s 表示。渗透的气流量即是大气通过容器壁结构材料扩散到容器中的气体流量。气体的这种渗透是有选择性的，例如：氢只有分离为原子才能透过钯、铁、镍和铝；氢对钢的渗透将随钢中含碳量的增加而增加。氦分子能透过玻璃。氢、氮、氧和氩、氖、氦能透过透明的石英。一切气体都能透过有机聚合物，如橡胶、塑料等。但是所有的隋性气体都不能透过金属。除了有选择性之外，渗透气流量Q s 还与温度、气体的分压强有关。在材料种类、温度和气体分压强确定时，渗透气流量Q s 是个微小的定值。 (4)液体或固体蒸发的气体流量Q Z Pa·m 3／s 。空气中水分或工艺中的液体在真空状态下蒸发出来，这是在低真空范围内常常发生的现象。在高真空条件下，特别是在高温装置中，固体和液体都有一定的饱和蒸气压。当温度一定时，材料的饱和蒸气压是一定的，因而蒸发的气流量也是个常量。 (5)大气通过各种真空密封的连接处，通过各种漏隙通道泄漏进入真空室的漏气流量Q L Pa·m 3／s 。对于确定的真空装置，漏气流量Q L 是个常数。漏气流量通常可通过所说的压升率，即单位时间内容器中的压强增长率P x 来计算式(28)。 当真空泵启动之后，真空系统即对被抽容器抽气。此时，真空系统对容器的有效抽速若以S e 表示，容器中的压力以P 表示，则单位时间内系统所排出的气体流量即是S e P 。容器中的压强变化率为dP/dt ，容器内的气体减少量即是V dP/dt 。根据动态平衡，可列出如下方程 (29)。 这个方程称为真空系统抽气方程。 式中V 是被抽容器的容积，由于随着抽气时间t 的增长，容器内的压力P 降低，所以容器内的压强变化率dP/dt 是个负值。因而V dP/dt 是个负值，这表示容器内的气体减少量。放气流量Q f ，渗透气流量Q s ，蒸发的气流量Q z 和漏气流量Q L 都是使容器内气体量增多的气流量。S e P 则是真空系统将容器内气体抽出的气流量，所以方程中记为一S e P 。
电子显微镜的真空系统设计 真空系统的般工作原理现代电子显微镜般采用级抽真空机械栗扩散1离泵。 个好的机械讧空以能将气卡抽个1胃以下，当达到这个压力以后，机械泵的抽速就变得越来越低，为提抽速。就要使叫油扩散栗，将它和机械泵串联使用，以达到更高的真空度，为了使电镜能在更高的真空度下工作，还需要加上级离子泵，将真空中存下的离子吸附，以达到超真空。 机械泵的原理被广泛应用，下面着重介绍油扩散泵和离子泵的工作原理油扩散泵是利用快速运动的油分子的动能，在定方向带走较轻的气体或水蒸气分子，这样就把它们从真空系统中移走。油扩散泵泵体的结构是个圆柱形的泵壳个由铝合金制成的带有级或级伞形喷嘴，泵体底部是扩散泵油；泵体下是加热器，栗壳有冷却水系统。泵体底部的扩散泵油被加热器加热沸腾。沸腾的油蒸气在喷嘴系统的内部。升。并从第1级，第级和第级的伞形喷嘴系统向下喷至喷嘴系统和泵壳之间的空间。借助于这个过程，来自镜体的气体分子被快速运动的扩散栗油分子蒸汽流夹带着从级喷嘴中射出。被伞形喷嘴偏转了180.这种混合气体依靠喷嘴出来射流动能波压缩到排气。泵的唢嘴实际上起讪气作用，在喷嘴的两端建立起了压力差。但如果喷嘴厂面空间中的气体压力上升到临界值以上，那么经抽走的气体就会通过运动的分
子而扩散叫镜面，这样栗就工作失效。所以环带下面的空间必须连续抽气。为此在第级的下面再装第级或第级喷嘴，第级和第级空间也足逐渐减小的。以增加油蒸分子的浓度这样就可以把气体转送到下面。 油蒸气通过每级环形空间时，都与泵壳碰撞，由于泵壳外面有冷却水系统，这样蒸气就凝成液体，并由于重力又回到泵体底在这里油又蒸发并继而循环。在最后级下面的气体必须不断地排出，这圮由前级机械泵来完成。或者这些气体可以排到个压力上升十分缓慢的大容量的贮气管中去。 离子泵为了便于叙述，以册正8120电镜采用的100型离子泵为例来进行介绍。1型离户泵磁场1钛阴极钛阴极离子泵的工作原理采用了电渡原理，由金属钦的清洁面来完成，1.离子泵的电极由组许联的钛叫极盘组成。脱汗放式的网状阳极，阴极接地，阳极加高压，放电通过阳极的隅发电子向极加违运动来完成，电子运动的距离由于1极的汗放式网状结构而被延伸。因为在它被阳极捕获以前。它受磁场的影响而产生振荡式的游动，阴极发出的电子向阳极运动的轨迹是条螺旋线，这样就增加了电离能力。在电离过程中，电子游向阳极，而正离子则向阴极运动。正离子撞击阴极，把阴极上的物质带走。这过程称为物质喷派。被喷溅出的物质为电中性，而游离在空气中的离子就被捕获到电极1.离子泵可以使电子显微镜的真中度提高到1.33父1兮。 以西门纪业，葛肇生著电子显微镜的原理和设计科技出版社1979年。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 差分抽气系统的设计依据及真空系统配置(1) 分子束质谱差分抽气系统设计的主导思想主要有两方面: (1) 尽可能减少取样过程中气体分子所遭遇的附加碰撞。 (2) 最大限度地缩短从采样孔到四极质谱间的距离,以提高对痕量物种的分析灵敏度。如上节所述,被分析气体经采样孔、分流器及准直孔进入四极质谱计。 把采样孔与分流器之间的真空部分称为1 区(相当于束源室) ,将分流器与准直孔之间的区域称为2 区(相当于准直室) ,准直孔后四极质谱分析器和探测器所在的真空部分称为3 区(相当于检测室) 。为了尽可能减少取样孔处气体分子间的碰撞,采样微孔应做成喇叭形,在取样孔处的孔板厚度应尽可能小( ≤100μm) 。采样微孔的直径通常在50～500μm 之间,取决于气体反应室的压力及1 区真空泵的抽速。采样孔与分流器之间的间距应作适当选择,过近则引起涡流而在1 区造成附加碰撞,过远则会降低分子束强度而导致分析灵敏度降低。 在本设计中取分流器孔径为1mm, 采样微孔至分流器间距离为20mm 。以N2 为例,若室温下分子热运动平均自由程须大于20mm, 则气体压力应小于3 乘以10-1Pa, 取此值作为1 区的工作压力。为了提高整套装置对微量组分的检测灵敏度,必须使3 区(检测室) 有尽可能低的极限工作压力, 但同时又要兼顾取样路径不至因选用大抽速真空泵( 大尺寸) 而过长。涡轮分子泵具有抽速大、体积小、极限真空度高等优点,故成为分子束质谱装置的首选泵型。 综合考虑检测真空度要求、泵抽速、口径等因素后的三级差分抽气系统有关 真空设计参数如表1 所示。其他参数条件:气体反应室压力为13300Pa; 采样微孔直径为0.3mm; 采样微孔至分流器间距为20mm; 分流器孔直径为110mm; 采
电源设备配置和容量计算 主要介绍了固网接入层局点供电系统的组成，蓄电池、交流配电屏、整流器、逆变器的配置和容量计算，并介绍了交直流电缆线径的计算方法，为局点电力配置提供计算的依据。 供电系统示意图 通信机房供电系统如下所示： 接入层局点供电系统相对比较简单，如下所示： 一般蓄电池容量的确定的主要依据是：
市电供电类别； 蓄电池的运行方式； 忙时全局平均放电电流。 ■电池的工作方式 按蓄电池组的运行制式划分，分为充放电、半浮充、全浮充。 充放电工作方式：两组蓄电池交替对通信设备放电供电，当其中一组投入放电供电时，另一组由整流器充电备用。 半浮充工作方式：用一组或两组蓄电池与整流器并联对通信设备浮充供电，部分时间由蓄电池组单独放电供电。在蓄电池与整流器并联浮充工作时，整流器除提供通信设备用电外，还要对蓄电池由于放电供电或自放电引起的容量损失予以补充，后者单独进行充电备用。 全浮充工作方式：在市电供电时，蓄电池与整流器并联浮充对通信设备供电；在市电停电或必须时，由蓄电池组放电供电。蓄电池放电供电或自放电引起的容量损失，在浮充时全部补足。 ■市电供电类别 市电供电类别分为四类，对于不同的供电类别，蓄电池的运行方式和容量的选择是不同的。例如，一类市电供电的单位，可采用全浮充方式供电，其蓄电池容量可按1小时放电率来选择；二类市电供电的单位，可采用全浮充或半浮充方式供电，其蓄电池容量可按3小时放电率来选择；三类市电供电的单位，可采用充放电方式供电，其蓄电池容量可按8～10小时放电率来选择。放电率与电池容量的关系可见下表。 市电类别与蓄电池放电时间要求表
放电率与电池容量关系表 ■蓄电池组的配置与计算 交换机房必须配两组，站点配一组或两组(每组容量为总容量的1/2），蓄电池容量计算如下： Q＝ I fzmax×t K n〔1+0.008(T-25)〕 ＝K保险系数×C×I fzmax K保险系数 Q：蓄电池容量（AH〕 K 保险系数 ：取值范围1.2-1.67 I fzmax ：忙时最大负荷电流〔A〕， t：电池放电时间（H〕 T：蓄电池电解液的平均温度 K n ：蓄电池在不同放电率时的容量系数C：蓄电池的容量计算系数 为了便于计算，可将上述公式简化为Q＝K n·I fzmax
真空技术及应用系列讲座 东北大学真空工程博士点,博士导师杨乃恒先生主持 第一讲:真空科学的发展及其应用李云奇 95(2)…………………………………………第二讲:真空物理基础张世伟 95(3) ………………………………………………………第三讲:机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)…张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、 (2)、(3)第四讲:蒸汽流真空泵姚民生 96(4)………………………………………………………第五讲:气体捕集式真空泵徐成海 96(5)…………………………………………………第六讲:真空测量 刘玉岱 96(6)、97(1)、(2)、(3)、(4)……………………………………第七讲:真空检漏关奎之 97(5)、(6)、98(1)、 (2)、(3)……………………………………第八讲:真空系统设计王继常 98(4) ………………………………………………………第八讲:真空系统设计 王继常 (东北大学) 四、流导的计算(上接1998年第4期第48页) 11流导和流几率 (1)流导 图3 管道中的气流 就一个真空系统管路元件(包括导管、阀门、捕 集器等)来说,若其入口压力P 1和出口压力P 2不相 等,即管路元件的两端存在压强差P 1-P 2,则元件 中将有气流从高压侧流向低压侧(如图3)。 若流经元件的气流量是Q ,实验和理论都证明Q 值的大小与元件两端的压强差P 1-P 2成正比。用数学式子来表示Q 与P 1-P 2之间的关系,则可写成 Q =C (P 1-P 2)(5) 式中C 是比例常数。 C =Q P 1-P 2(6) 该比例常数C 称为流导。式(6)即是流导的定义式。它表明:在单位压差下,流经管路元件气流量的大小被称为流导。在国际单位制中,气流量Q 的单位是Pa ?m 3 s ,P 1-P 2的单位是Pa ,所以流导的单位是m 3 s 。 流导的大小说明在管路元件两端的压强差P 1-P 2一定的条件下流经管路元件的气流量的多少。从式(5)可见,当压差P 1-P 2一定时,流导C 的值较大,那么流经管路元件的气流量Q 的值就较大;反之流导C 的值小,则流经元件的气流量Q 就小。所以作为真空系统管路元件,不管是导管、还是阀门、捕集器、除尘器等,都希望它的流导值尽可能大一些,使气流能顺利地通过。因此,流导是真空系统管路元件的一个重要参数。在真空系统设计计算中,要计算管 5 4第5期1998年10月 真 空V acuum 2V acuum T echno logy and M aterial
光伏电能发电系统设计计算公式 1、转换效率： η= Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片面积）×Pin（单位面积的入射光功率） 其中：Pin=1KW/㎡=100mW/cm2。 2、充电电压： Vmax=V额×1.43倍 3.电池组件串并联 3.1电池组件并联数=负载日平均用电量（Ah）/组件日平均发电量（Ah） 3.2电池组件串联数=系统工作电压（V）×系数1.43/组件峰值工作电压（V） 4.蓄电池容量 蓄电池容量=负载日平均用电量（Ah）×连续阴雨天数/最大放电深度 5平均放电率 平均放电率（h）=连续阴雨天数×负载工作时间/最大放电深度 6.负载工作时间 负载工作时间（h）=∑负载功率×负载工作时间/∑负载功率 7.蓄电池： 7.1蓄电池容量=负载平均用电量（Ah）×连续阴雨天数×放电修正系数/最大放电深度×低温修正系数 7.2蓄电池串联数=系统工作电压/蓄电池标称电压 7.3蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量 8.以峰值日照时数为依据的简易计算 8.1组件功率=（用电器功率×用电时间/当地峰值日照时数）×损耗系数 损耗系数：取1.6～2.0，根据当地污染程度、线路长短、安装角度等； 8.2蓄电池容量=（用电器功率×用电时间/系统电压）×连续阴雨天数×系统安全系数 系统安全系数：取1.6～2.0，根据蓄电池放电深度、冬季温度、逆变器转换效率等； 9.以年辐射总量为依据的计算方式 组件（方阵）=K×（用电器工作电压×用电器工作电流×用电时间）/当地年辐射总量 有人维护+一般使用时，K取230；无人维护+可靠使用时，K取251；无人维护+环境恶劣+要求非常可靠时，K取276； 10.以年辐射总量和斜面修正系数为依据的计算 10.1方阵功率=系数5618×安全系数×负载总用电量/斜面修正系数×水平面年平均辐射量 系数5618：根据充放电效率系数、组件衰减系数等；安全系数：根据使用环境、有无备用电源、是否有人值守等，取1.1～1.3； 10.2蓄电池容量=10×负载总用电量/系统工作电压；10：无日照系数（对于连续阴雨不超过5天的均适用） 11.以峰值日照时数为依据的多路负载计算 11.1电流： 组件电流=负载日耗电量（Wh）/系统直流电压（V）×峰值日照时数（h）×系统效率系数 系统效率系数：含蓄电池充电效率0.9，逆变器转换效率0.85，组件功率衰减+线路损耗+尘埃等0.9.具体根据实际情况进行调整。 11.2功率：
课程设计 课题名称真空抽气机组自控PLC系统的设计 单位浙江工业大学健行0602 姓名奚永薛 指导教师戴一平 时间 2009.7.1-2009.7.5
一．软件设备介绍 本实验采用OMRON CP1H PLC实验机箱模拟系统控制结果，使用CX-Programmer 进行编程。其中CX-Programmer是一个用于对OMRON CS1系列PLC、CV系列PLC、以及C系列PLC建立、测试和维护程序的工具。它是一个支持PLC设备和地址信息、OMRON PLC 和这些PLC支持的网络设备进行通信的方便工具。 二．系统描述与控制要求 2.1系统描述 本次课程设计的主要任务是一个真空抽气机组的系统的设计，其系统的组成及工作原理如下： M1、M2为二个真空泵的动力电机，需热过载保护，M3为主抽真空泵，工作电源为电热丝加热。YV1—YV5为24VDC通电打开的电磁阀，P1—P3为气体压力开关（P1>P2>P3），P0为水流信号开关。系统工作目的是把容器内的空气抽走，前级泵的极限压力只能抽到1mmHg （133pa），中间泵的工作条件是出口必须保持在5mmHg以下的压力才能工作，其极限压力是10－3mmHg，主泵的工作条件是出口必须保持在10－-2mmHg，其极限压力是10－-7mmHg。容器内为真空热处理装置，须在10－4mmHg压力以下工作。所以P1—P3压力设定为P1=5mmHg、P2=10－-2mmHg、P3=10－-4mmHg。YV5为放气阀，容器内充放大气后门才可打开，工件才能装卸。 排气 2.2系统控制要求 1、开机条件：YV6开、YV5关且P0开关合上；开机后P0断开则报警，若断开时间超过10分钟，则自动关机。 2、开机顺序：先开M1、YV1；M2、M 3、YV2—YV5保持关，此为予抽阶段；予抽5分钟后，且压力开关P1合上，M2才可以打开，M2开同时YV1关，YV2开，YV3开，M1保持开；