现代真空获得设备解析

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1、真空获得设备 主讲人：张以忱 东北大学 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 真空：在给定的空间内，气体分子密度低于一 个标准大气压的气体状态。 真空泵性能的表示方法：1）极限压力 2）抽气速率 3）流量 真空泵的分类： 1）气体输送泵 （1）变容积真空泵：液、油封式机械泵，干式 真空泵，罗茨真空泵； （2）动量传输式真空泵（分子真空泵，喷射真 空泵，扩散泵）。 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 一、引论 真空泵的技术术语和适用范围术语： 启动压力；前级压力；最大前级压力； 最大工作压力；压缩比；何式系数；抽气系数； 返流率；水蒸气允许量；最

2、大允许水蒸气入口 压力。 各种真空泵工作压力范围 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 2）气体捕集泵：吸附泵；低温泵。 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 表11 各种真空 泵的工作压 力范围 真空泵在真空系统中的作用 1 主泵 2 粗抽泵 3 3 前级泵 4 维持泵 5 增压泵 具体见抽气系统流程图 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 主 泵 真空容器 储气罐 前级泵（粗抽泵 ） 维持泵 增压泵 高真空抽气系统原理流程图 二、液环式真空泵 2.1液环泵的工作原理及特点 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术

3、培训班系列教程 （a）单作用式液环泵 （b）双作用式液环泵 A吸气口；B排气口；C间隙； 单作用液环泵抽气（能量转换）过程 ： 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 前180：小腔容积由小 大，压力降低，与吸 气口相通，吸气； 吸气终了时，小腔与吸气口隔绝，且应尽量 保证此时小腔容积为最大。 水从叶轮获得能量（动能），被加速。水甩 出后具有与叶片端点切线速度相近的速度；而且 在前半周，由于吸入的气体压力基本稳定，因此 ，水环各点速度近似相等。 图21 液环泵工作原理图 能量转换2 后180：小腔容积由大 小，压缩气体， 直到小腔与排气口相通，排气； 水的速度下降，将动能

4、转变成压力 能（势能），来抵抗由于小腔容积变小而导致 的气体压力增加。 图21 液环泵工作原理图 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 2.2 液环泵的基本类型与结构 2.2 液环泵的基本类型与结构 2.2.1基本类型 1）单级单作用液环泵:单级叶轮每旋转一周，吸 气排气各进行一次。抽气效率较低。 2）单级双作用液环泵：单级叶轮每旋转一周，吸 气、排气各进行两次。抽气效率较高。 3）双级液环泵：由单级单作用泵串联而成。 4）气体喷射泵液环泵机组：可以提高低压下的 抽速，扩大了液环泵的使用范围。 图23 水环泵的结构图 2.2.2液环泵的基本结构 真空获得设备真空获得设备

5、 东北大学首期真空技术培训班系列教程 BACK 内部进气口和排气口的改进( * 最重要的改进) 锥体泵：采用上部进气和下部排气的结构 四、旋片式真空泵 4.1 概述 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 旋片式油封机械泵（旋片泵）为一种变容式气 体传输真空泵，是真空技术中最基本的真空获 得设备之一。其工作压力范围为101325 1.33102 Pa，属于低真空泵。 可以单独使用，也可以作为其他高真空泵的 前级泵，用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气体 。 旋片泵不适于抽除含氧过高、有爆炸性的 、对金属有腐蚀性的、与泵油会发生化学发应

6、的、含有颗粒尘埃的气体。 4.2.1工作原理 旋片把转子、泵体、端盖形成的月牙形空间分 隔成A、B、C三部分。若转子按图中箭头方向 旋转时，A空间容积增加，压力降低，气体经 泵入口被吸入，此时处于吸气过程；B空间的 容积减小，压力增加，处于压缩过程；C空间 的容积进一步缩小，压力进一步增加，当压力 超过排气压力时，压缩气体推开泵油密封的排 气阀，处于向大气的排气过程。在泵的连续运 转过程中，不断进行吸气、压缩和排气过程， 从而达到连续抽气的目的。 旋片泵工作原理图 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 4.2旋片泵的工作原理与结构特点 1泵体； 2旋片； 3转子； 4弹

7、簧； 5排气阀 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 旋片泵工作原理图 BACK 1滤网；2进气管；3压板；4排气阀；5旋片；6 弹簧；7转子；8放油螺塞；9油标；10排气 孔；11皮带轮；12轴端密封圈；13气道 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 图42 2X型旋片泵结构简图 BACK 旋片泵在结构上可分为油封式和油浸式两大类 。油封式结构是指油箱设置在泵体上，泵油起 到密封排气阀的作用，泵体靠水冷或风冷。一 般大泵多采用这种结构形式。油浸式结构是将 整个泵体浸在泵油中，泵油起到密封和冷却作 用。小泵和直联泵多采用这种结构。 旋片泵结构简图

8、 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 高真空级；低真空级； 1中间辅助排气阀；2通道； 3低真空级排气阀； 图46 双级泵结构示意图 BACK 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 排气阀是旋片泵主要易损件之一，将影响泵 的抽气性能并产生噪音。排气阀有两种形式 ：一种使用相交垫片做阀片；另一种是用布 质酚醛层压板或弹簧钢片做阀片。排气阀必 须浸在泵油中。在排气过程中，压缩气体推 开排气阀片，穿过泵油排出。泵油起到密封 作用。在双级泵中，当高真空级与低真空级 为不等腔时，需要在两级之间

9、设置中间排气 阀，如图46所示。辅助排气阀的作用是在 入口压力较高、经高真空压缩的气体已到排 气压力时，辅助排气阀打开，部分气体由辅 助排气阀排出，部分气体由低真空级抽走。 随着入口压力的降低，辅助排气阀逐渐减小 ，直至最后关闭。 图46 双级泵结构示意图 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 通常，泵抽除的气体为永久性气体和可凝性气 体的混合物。在压缩和排气的过程中，当可凝 性气体的分压超过泵温时该气体饱和蒸汽压时 ，可凝性气体会凝结并混于泵油中，随泵油循 环，并在返回高真空侧时重新蒸发成蒸汽。这 将影响到泵的抽气性能，加重泵油的污染程度 。气镇法或称掺气法可以有效地

10、防止可凝性气 体的凝结，即在压缩过程中将经过控制的永久 性气体 （通常为室温干燥空气）由气镇孔掺入 被压缩气体中，使可凝性气体分压达到排气压 力，排气阀打开，将可凝性气体同永久气体一 同排出。油封式机械真空泵普遍装有气镇装置 ，因此也叫气镇泵。 气镇阀是旋片泵为抽除可凝性气体而设置的。 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 气镇阀（掺气阀）是由节流阀和逆止阀两部分 组成，节流阀控制掺入气体量，逆止阀防止泵 腔内气体压力高于掺气压力时出现返流。气镇 孔的位置设置一般有两种：一种是在泵排气口 附近，当压缩腔与排气口相通时，开始掺气； 另一种是设置于端盖上，当吸气终了以后，转

11、 子再转过一个角度（10 15）时，露出气镇 孔，开始掺气。再掺气过程中，泵的极限压力 上升和抽气速率下降。在低压时，适当打开气 镇阀，掺如少量气体，可以减少泵油冲击排气 阀引起的噪声。高速直联泵温度（90 100） 下运行，有利于可凝性气体的抽出。 图47 气镇阀结构 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 1调节阀 ； 2气镇阀座 ； 3密封垫 ； 4挡块； 5钢球； 6弹簧 图47 气镇阀结构 BACK 五、滑阀式油封机械泵 5.1 概述 滑阀式油封机械泵（简称滑阀泵）同旋片 泵一样，也是一种变容式气体传输泵。其应用 范围和使用条件与旋片泵基本相同。 滑阀泵由于其结

12、构特点，容量比旋片泵大 得多，因此常常用在大型真空设备上。滑阀泵 有单级和双级两种形式。单级泵的极限压力对 小泵0.6Pa，对大泵1.3Pa（均关气镇），双 级泵的极限压力0.06Pa（关气镇）。抽速大 于150L/s的滑阀泵多采用单级型式。 由于滑阀泵的旋转质量有较大的偏心，如 果没有很好的质量平衡，在运转时会产生较大 的振动。但泵旋转质心的运动轨迹是形状复杂 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 的封闭曲线，因此很难实现对滑阀泵惯性力的 完全平衡。做好滑阀泵的 质量平衡，减少泵 的振动一直是滑阀泵需要解决

13、的一个重要课题 。滑阀泵的振动限制了泵的转速的提高，泵转 速一般在3503600r/min，个别的也有达 1000r/min以上的。新型的三腔滑阀泵的出现 ，较好地解决了滑阀泵地质量平衡，使泵的振 动得到了有效的控制，泵转速也可相应得到提 高。 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 5.2.1工作原理 5.2 滑阀泵的工作原理和结构特点 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 1泵盖；2气镇量调节阀；3导管； 4逆止阀；5油气分离器 5.2.2 结构特点 图52 滑阀泵结构图 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 目前滑阀泵

14、有三种结构形式： （a）滑阀杆铰接在滑阀环上； （b）滑阀杆与滑阀环成一体； （c）行星式滑阀泵，如图53所示。 图53滑阀泵的三种结构形式 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 图54 双缸滑阀泵结构 图55双缸滑阀泵的平衡 六、罗茨式真空泵 6.1 概述 罗茨式真空泵（简称罗茨泵）是一种无内 压缩的旋转变容式真空泵。主要特点有： 在较宽的压力范围内有较大的抽速 ； 转子之间、转子与泵腔壁之间有间隙，泵腔内 运动件无摩擦，不必润滑，泵腔内无油； 转子形状对称，动平衡性能良好，运转平稳， 选择高精度的齿轮传动，运转时噪音低； 对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感； 由于

15、压缩比比较小，在抽气过程中消耗的功率 比较大。 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 罗茨泵的种类:低真空罗茨泵，如直排大低真空罗茨泵，如直排大 气的干式单级罗茨泵（气的干式单级罗茨泵（1000010000PaPa）和湿式罗茨和湿式罗茨 泵泵(2000(2000Pa)Pa)；中真空罗茨泵，如机械增压泵（中真空罗茨泵，如机械增压泵（ 110110-1 -1 Pa Pa）等；高真空罗茨泵，如多级干式）等；高真空罗茨泵，如多级干式 罗茨泵（直排大气罗茨泵（直排大气1 1PaPa）。）。 真空获得设备真空获得设备 东

16、北大学首期真空技术培训班系列教程 罗茨泵是一种双罗茨泵是一种双 转子的容积式真转子的容积式真 空泵。其抽气过空泵。其抽气过 程如右图所示，程如右图所示， 两个转子由传动两个转子由传动 比为比为1 1的一对齿的一对齿 轮带动作彼此反轮带动作彼此反 向的同步旋转运向的同步旋转运 动动 。转子彼此。转子彼此 无接触，其间存无接触，其间存 在间隙。在间隙。 6.2罗茨泵的工作原理及其结构特点 真空获得设备真空获得设备 东北大学首期真空技术培训班系列教程 1前端端盖；2油标；3压力传感器；4注油塞；5放油塞；6 齿轮侧轴承端盖；7泵体；8入口法兰；9出口法兰；10转 子；11马达侧轴承盖；12中间法兰；13油封处注油塞；14油 封处放油塞；15笼形支架；16电动