真空知识

§ 第1部分 真空的初步知识

1.1基本概念

1． 真空是指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态，也就是该空间的气体分子密度低于该地区大气压的气体分子密度。

2． 测量单位：帕斯卡（Pa）

1Pa就是1m2面积上作用1N的压力。

1大气压=1.03×105Pa

3． 真空度：表示真空状态下气体的稀薄程度。通常用压力表示单位（Pa）

4． 压升率：单位时间内，真空度降低的速率。单位：Pa/h

5． 常用泵阀的符号表示

① 旋片泵：单级 多级

② 罗茨泵： ③ 扩散泵：

④ 挡板阀 ⑤ 阀门（不指明类型）

6． 真空泵的抽气速率（简称抽速）（单位：L/S）

当泵装有标准试验罩并按规定条件工作时，从试验罩流过的气体流量与在试验罩上指定位置测得的平衡压力之比。

7． 极限真空度：（单位：Pa）

在规定条件工作，在不引入气体正常工作的情况下，趋向平稳的最低压强。

8． 真空泵的型号及规格表示法

旋片泵表示名称：X，双级旋片泵表示名称：2X，

罗茨泵表示名称：ZJ，P表示它的排气口位置是旁开。（厂家的一种表示，不带有普遍性。）

以下两种泵后面有的数字是它的抽速。

2X-70，ZJ-600

扩散泵的表示名称：K，T表示凸腔泵，其后面的数字表示为它的进气口的几何尺寸。

KT-600，KT-400

1.2 设备的介绍

1.2.1 30kg、100kg、120kg三种设备的介绍

以100kg为例重点介绍： 整套设备由控制系统（电控系统）、炉壳、加热系统、真空系统、水冷系统、充放气系统、气动系统、风冷换热系统、进出料系统等九个系统组成，以下分别介绍：

1． 控制系统：由电控柜、各种测量仪表、热电偶、加热电源组成。

2． 炉壳是由炉体、炉门、炉腿、锁紧装置等几部分组成。

炉体：是由筒体及各个法兰接管组成，炉体是双层水冷夹套结构，中间是冷却循环水。炉体上带有电极接口、真空系统接口、热偶座接口、风冷换热接口、热偶接口、充放气接口、水冷接口等组成。炉门上带有观察窗，可以观察工作情况。

3． 加热系统（加热室）：是由加热器（炉丝）、绝缘件、炉床、保温屏、紧固件及保温毡和加热室外框组成。加热室又分主体及前后端屏，前端屏连接在炉门上，装取料更为简单、方便。

4． 水冷系统：是由进水管组件、不锈钢球阀、水管及回水箱组成。

5． 充放气系统是由手动隔膜阀、电磁阀、管路、气压表等组成。

见图1:

6． 气动系统是由二位五通阀、气路、调节阀、气动三连件等组成。

7． 风冷换热系统：是由电机、叶轮、换热器、外壳、电极引出组成。整个系统全部设计成静密封结构，避免了动密封易损坏的缺点。

8． 进出料系统由料车和轨道组成。

9． 真空系统：120kg真空系统是由KT-600扩散泵+ZJP-600罗茨泵+2X-70旋片泵（2台）及管路、阀门组成。见图2

1.2.2 三种常见泵介绍

（1） 2X-70旋片泵

旋片泵（图3）

1—泵体；2—转子；3—旋片；4—端盖；5—弹簧

① 工作原理：2-X70旋片泵是一种油封式机械真空泵。其工作压强范围为大气到6.7×10-2（Pa）属于低真空泵。旋片泵分单级和双级两种。所谓双级，就是在结构上将两个单级泵串联起来。以获得较高的真空度。旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等零件组成。在旋片泵的泵腔内偏心地安一个转子，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，见图3。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（压力降低），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（压力升高），正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的（压力升高），正处于压缩过程。由于空间A的容积逐渐增大（即膨胀），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。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，就组成了双级泵，见图4。

双级泵（图4）

I—高真空泵；II—低真空泵；1—中间辅助排气阀；2—通道；3—低真空级排气阀

② 旋片泵的主要参数及其影响的原理

极限真空：泵装有标准试验罩，并按规定条件工作，在不引入气体正常工作的情况下，趋向稳定的最低压强。

泵油对机械泵的极限真空也是有一定影响的。见图5

DE：理想泵油，油量与极限压强（真空度）之间关系

FG：实际使用的吸收大量空气和水分的泵油，油量越多，放气量越大，极限压强越高

P0：油的饱和蒸气压（在给定温度下，某种物质的蒸气与其凝聚相处于平衡状态下的该种物质的蒸气压力）

PB：极限压强最低值（极限压强越低，则极限真空度越高）

为了获得良好的极限真空度，旋片泵应适当地选择油面高度，泵油温度不同，极限真空也不同，油温越高，则极限真空越低。

气镇法：大气中含有一定量的水蒸气。水蒸气是可凝性气体。泵工作时所抽除的气体多是某些可凝性气体和永久性气体的混合物。如果可凝性气体的分压强超过了泵温时的饱和蒸气压，那么这种可凝性气体（简称蒸汽）就会凝结与油混合，随油一起循环。当它返到高真空端时又重新蒸发变成蒸气。泵不断地运转，这种凝结物不断地增加，结果使泵的极限真空下降，破坏了泵的抽气性能。采用气镇法就是为了解决这一问题。打开气镇阀，将一股经过控制（气镇阀开的大小）的气流经气镇孔进入泵的压缩腔中，让这股气流在压缩过程中与被抽蒸气相混，形成蒸气和空气的混合物。把这种混合物压缩到排气压强时，使蒸气分压强能保持在泵温状态的饱和蒸气压以下，因而蒸气不会凝结。达到蒸气与其它气体一起排至泵外的目的。泵在掺气过程中，其极限真空度比不掺气时下降1～2数量级。抽速也随之下降。

③ 2X-70泵常见问题及处理、维护

真空泵使用一定时间后，由于被抽除的气体不纯洁，而玷污了真空泵，影响了泵的真空度，此时须更换真空泵油。

须经常保持真空泵周围环境清洁，泵本身及管道，并注意油温升、冷却水流量、油量、真空指标（在运转一定时间后真空度允许下降，但不应超过半个数量级）及噪声是否正常，三角带的松紧程度，及电机运转正常与否。

抽气速率与进口压强曲线（图6）

（2） ZJP-600罗茨泵

罗茨泵是一种旋转式变容真空泵。其极限真空度可达5×10-2 Pa，又称机械增加泵。其工作原理是通过二个“8”字形的转子旋转，通过容积的改变来实现抽气和排气。其工作原理与罗茨鼓风机相似。

维修保养：

① 应经常保持泵房环境清洁干燥。

② 应经常注意各部分润滑油的状况，如发现不足时，应及时补充。如发现不清洁时，应及时更换，并注意螺塞重新旋进去时应保证密封。泵工作压差应控制在旁通阀允许的压差范围内，否则易烧坏电机。

③ 在拆修时各部件不能用重锤敲打。

④ 拆下的零件避免碰伤、擦毛。特别要注意密封面的平整光洁，否则会引起再装配后漏气现象，泵不能恢复原有性能。

⑤ 拆下的零件用汽油、四氯化碳或乙醚清洗，干燥后才能装配。

⑥ 装配时要注意转子两端与左右侧盖的间隙，转子与转子，转子与泵体的间隙按规定要求调整。

⑦ 泵体左右侧盖之间之结合面均采用107树脂（即室温硫化硅橡胶）密封。

⑧ 装配前必须注意螺旋套方向，主动轴上靠近电机一侧为左旋，齿轮箱一侧为右旋，从动轴上则相反。

（3） 油扩散泵

油扩散泵（见图7）是一种蒸气射流泵，其工作原理是把工作介质（扩散泵油）的动能在抽气方向上传给被抽气体来作为基础的。扩散泵的抽气过程是被抽气体扩散到油蒸气射流中而被携带到泵出口排除的过程。其工作极限真空度在10-2～10-5 Pa范围内。应用在设备上的扩散泵工作范围在10-2～10-4 Pa范围内。性能曲线见，见图8

油扩散泵（图7）

影响扩散泵性能的因素：

① 扩散泵油蒸气的返流。

a. 泵壁表面油膜和油滴的蒸发。

b. 喷嘴喷出的高速油蒸气流碰到泵壁后的反射。

c. 一级喷口表面的油膜及油滴的蒸发。

d. 喷口边缘高速油蒸气流的散射。

e. 室温下油沿泵壁向表面迁移。

② 气体分子的反扩散。

③ 扩散泵油的裂化分解（油氧化没抽速）。

④ 清洗不干净的真空泵，污染物留在泵内并重复循环。

针对以上原因，在使用油扩散泵过程中，增加了一些装置来防止上述现象的出现，真空系统上所加的冷阱就是为了防止扩散泵油蒸气的返流。加罗茨泵和双机械泵是为了减少扩散泵出气口的压力（≤40Pa）。尽量减少气体分子的反扩散。采用合格的扩散泵油是为了防止扩散泵油的裂化分解。

油扩散泵性能曲线（图8）

扩散泵的维护与保养及常见问题的处理：

① 扩散泵工作过程中冷却水必须保证畅通，停止加热后必须保证泵工作液已完全冷却后方可关闭冷却水。

② 扩散泵停止工作时，泵内应保持真空状态，以免泵油劣化。

③ 被抽气体应是干燥、无腐蚀、无灰尘的气体。

④ 扩散泵如暂时不用，保管期间应保持真空状态，以免泵油污染和各零件腐蚀。并将冷却水套内的剩水吹净。保存场地的室温应在10℃～40℃之间。

⑤ 扩散泵在正常运行时如突然出现性能变坏，应先检查加热器是否正常。

⑥ 扩散泵在长期工作后，性能会逐渐变坏，应定期检修。

a. 泵油是否减少或氧化，按相应要求加油或更换处理。

b. 零件及泵腔先用航空汽油清洗，然后用丝绸蘸乙醚或丙酮进行擦洗，并置于80℃～100℃温度下烘干或用电吹风吹干。

c. 处理完后，按顺序进行装配，保持泵芯与泵底垂直与泵腔同心，各级喷嘴间隙要按原要求调整好。

1.3、操作规范

1．参数设定：

（1） 充气压力（一般-0.02到-0.01 Mpa之间）（一次设定后，一般不再改变。）

（2） 冷却压力（一般在-0.02 Mpa）（一次设定后，一般不再改变。）在电接点压力表上设定，一般是充气压力下限。

（3） 气动压力（一般0.4 Mpa）（一次设定后，一般不再改变。）在气动三连件表上设定。