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真空系统设计报告范文1. 引言真空系统是一种能够将系统内的气体压力降至低于大气压的环境的设备，广泛应用于科学研究、工业生产以及医疗设备等领域。
本报告旨在设计一个真空系统，使其能够满足特定应用的需求，并确保系统的稳定性和可靠性。
2. 设计目标本设计的真空系统需要满足以下目标：1. 最低抽气压力达到10^-3 mbar。
2. 快速达到所需真空度的时间小于5分钟。
3. 系统泄漏率小于10^-6 mbar L/s。
4. 系统噪音低于50 dB。
3. 系统设计真空系统的设计包括以下几个方面：抽气方法、真空舱设计、泵的选择和配管系统设计。
3.1 抽气方法根据设计目标，我们选择了离心泵和分子泵的组合作为抽气方法。
离心泵作为主抽泵负责快速降低系统内的压力，而分子泵作为高真空泵负责达到所需真空度。
这种组合将满足系统的快速抽气和高真空度的需求。
3.2 真空舱设计真空舱是真空系统中的核心部分，需要选择合适的材料和尺寸来确保系统的稳定性和密封性。
我们选择了不锈钢作为真空舱材料，以其良好的耐腐蚀性和强度。
真空舱的尺寸应根据使用需求来确定，应留有足够的空间以容纳待处理物体。
同时，真空舱内应设计密封机构，包括密封门、观察窗等，以确保整个系统的密封性。
3.3 泵的选择根据真空系统的设计目标，我们选择了以下两种泵进行组合使用：1. 离心泵：采用离心泵可以快速降低系统内的压力。
选取流量大、抽气速度快的离心泵，以确保快速抽气的能力。
2. 分子泵：分子泵的特点是能够达到高真空度，选取能够提供所需真空度的分子泵，并确保其性能稳定和可靠。
3.4 配管系统设计配管系统的设计对整个真空系统的运行至关重要。
主要考虑以下几点：1. 管道材料：选择具有良好阻气性和密封性的不锈钢管材，以减少泄漏。
2. 管道尺寸：根据抽气和泵的要求，选择合适的管道尺寸以保证流通和抽气效率。
3. 管道布局：合理布置管道，减少管道的弯曲和回流，以确保气体流动的顺畅和抽气效果。
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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 710054100 %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。
对焊缝的要求: 1 真空侧深度熔焊2 双面焊接时，外部结构最好断续焊或设置钻孔（便于检漏）3 内部结构焊必须断续（以便气体容易被抽走）4 焊缝应一次焊好，否则应将缝磨掉直至露出母材5 焊缝漏率必须低于10-6Pal/s6 焊接的组件应设计得使最大数量的焊缝在制造阶段测试漏率。
可拆密封：密封机理：依靠弹性垫圈在外力作用下变形来堵塞被连接件表面的微小凹坑形成的通道。
弹性体有金属和非金属两类。
外力可以通过螺栓、螺母、卡环等方式施加。
密封面粗糙度有要求，通常达到粗糙度1.6。
螺栓连接：密封圈：非金属密封圈：依靠弹性圈的弹性变形来实现密封。
由于放气量大，而且烘烤温度不能高于150℃，所以通常只用于低、高真空系统中。
密封槽的形状：矩形倒三角形燕尾槽螺栓连接：金属密封圈：金属密封圈：依靠垫圈的塑性变形实现密封因为放气量小，烘烤温度可高于200 ℃，所以金属密封圈常用于超高真空系统。
由于是利用塑性变形的特性，所以金属圈基本是一次性使用。
材料：无氧铜、金、银或保险丝形状：O型截面垫圈（金属丝），矩形截面垫圈（无氧铜真空动密封:往复、旋转、摆动将运动传递到真空室所需要的密封连接称为动密封。
如要使真空室中的某个物件通过真空室外部的电机带动而旋转，那么必将有一根旋转的轴穿过真空室壁.接触式:接触注油式自润滑材料密封(自润滑材料：石墨聚四氟乙烯)液态金属密封:液体薄膜表面张力或利用液柱高度与压差之间平衡。
J形橡胶圈的密封结构JO形橡胶圈密封结构O形橡胶圈密封结构。
磁流体密封：磁性流体: 把磁铁矿等强磁性的微细粉末，在水、油类、酯类、醚类等液体中进行稳定分散的一种胶态液体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液。
它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。
磁流体由3种主要成分组成：固体铁磁体微粒载液（溶媒）。
包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂（稳定剂）磁流体可以封气、封水、封油、封尘、封烟雾等，磁流体密封是通过设置单个或多个永久磁铁和铁磁性极靴，在旋转轴和极靴的夹缝中加入磁流体，由于磁场吸引力的作用，磁流体绕轴形成“O”型环，把空隙完全堵住，阻止被密封介质从空隙通过。
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)、98(5)、98(6)、99(1)、(2)…………………………第八讲:真空系统设计王继常(东北大学)41真空系统设计中应该注意的问题(上接1999年第2期第50页)(1)真空元件,如阀门、捕集器除尘器和真空泵等相互联接时,应尽量作到抽气管路短,管道流导大,导管直径一般不小于泵口直径,这是系统设计的一条重要原则。
但同时要考虑到安装和检修方便。
有时为了防振和减少噪音,允许机械泵设置在靠近真空室的泵房内。
(2)机械泵(包括罗茨泵)有振动,要防止振动波及整个系统,通常用软管减振。
软管有金属和非金属的两种,不论采用那种软管要保证在大气压力作用下不被压瘪。
(3)真空系统建成后,应便于测量和检漏。
生产实际告诉我们,真空系统在工作过程中,经常容易出现漏气而影响生产。
为了迅速找到漏孔,要进行分段检漏,因此每一个用阀门封闭的区间,至少要有一个测量点,以便测量和检漏。
(4)真空系统中配置的阀门和管道,应使系统抽气时间短,使用方便,安全可靠。
一般在有一个蒸气流泵作为主泵(扩散泵或油增压泵);和一个机械泵作为前级泵的系统上,除了有前级管道(蒸气流泵串联机械泵的管道)外,还应有一个预真空管道(真空室直通机械泵的管道)。
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
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p r =C
C f k (7)
式中 C —管路元件的流导;C f k —管路元件入口孔的流导。
由式(7)可得
C =C f k p r
(8)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 f k 和其流导几率P r 的乘积。
通常,管路元件入口孔的流导C f k 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。
21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
图4 粘滞流时气体流经薄壁孔
粘滞流时气体流经薄壁孔,如图4所示,当P 1>P 2
时,气体从 空间流向 空间。
试验发现:当P 1不变时,
随P 2下降,通过孔口的流速和流量都增加,但当P 2下降
到某一值时,它们都不再随P 2下降而增加。
对于室温空气,面积为A m 2的薄壁孔的流导为: 在r ≥0.525时,C vk =766r 0.7121-r 0.288A 1-r m 3 s
在r <0.525时,C vk ≈200A 1-r
m 3 s 在r <0.1时,C vk ≈200A m 3 s
(9)式中 r 为孔口两侧的压强比,r =P 2P 1
,其中P 1>P 2;A 为薄壁孔的面积,m 2。
对于室温空气,圆形薄壁孔的流导为: 在r ≥0.525时,C vk =602r 0.7121-r 0.288D 2
1-r m 3 s
在r <0.525时,C vk ≈157D 21-r
m 3 s 在r <0.1时,C vk ≈157D 2 m 3 s
(10)式中,D 为圆形薄壁孔的直径,m 。
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L m ,直径为D m ,则其粘滞流条件下对于室温空气的流导为:
64真 空第5期
C vy
=1.34×103D 4L P ϖ m 3 s (11)
式中P ϖ是管道中气体的平均压强,Pa 。
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,管道的流导用下式计算:
C vd =1.34×103
D 4P ϖL +2.96×1022Q m 3 s (12)式中 L 和D 分别为管道的长度和直径,m ;P
ϖ是管道中气流的平均压强,Pa ;Q 是管道中的气流量,Pa ・m 3 s
(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A m 2的薄壁孔的流导用下式计算:C f k =116A m 3 s
(13)对于直径为D m 的圆孔:
C f k =91
D 2 m 3 s (14)
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导出
C f =43v λK ∫L 0B A 2d l (15)式中,v
λ是气体分子热运动平均速率;B 为管道横截面周长;A 为管道横截面面积;L 为管道长度;K 为管道断面形状修正系数,K 值的大小由实验确定。
由式(15)导出的圆管的流导为
C f =121
D 3L m 3 s (16)
式中 L 和D 分别为圆管的长度和直径,m 。
图5 截圆锥形管道
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
C f z =242
D 21D 22(D 1+D 2)L m 3 s (17)
式中,D 1为锥管大端直径,m ;D 2为小端直径,m ;L
为锥管轴线长度,m 。
(未完待续)7
4第5期 王继常:真空系统设计。
