真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)第1頁/共222頁2真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.真空系統(tǒng)的組成2.真空技術(shù)基本方程3.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.氣體流動狀態(tài)的判別5.流導(dǎo)的計(jì)算6.抽氣時間的計(jì)算7.真空密封真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第2頁/共222頁31.真空系統(tǒng)的組成真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六1.1真空系統(tǒng)的概念1.2真空系統(tǒng)的組成元件1.3真空系統(tǒng)示意圖1.4高真空系統(tǒng)1.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容第3頁/共222頁41.1真空系統(tǒng)的概念真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六什么是真空系統(tǒng)？用一句話來概括，真空系統(tǒng)就是用來獲得有特定要求的真空度的抽氣系統(tǒng)。第4頁/共222頁51.2真空系統(tǒng)的組成元件真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六一個較完善的真空系統(tǒng)由下列元件組成：1．抽氣設(shè)備：例如各種真空泵；2．真空閥門；3．連接管道；4真空測量裝置：例如真空壓力表、各種規(guī)管；5．其它元件：例如捕集器、除塵器、真空繼電器規(guī)頭、儲氣罐等。第5頁/共222頁61.3真空系統(tǒng)示意圖真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六一個要進(jìn)行真空處理的容器,用管道和閥門將它與真空泵連接起來,同時在容器上設(shè)置真空測量裝置,這就構(gòu)成了一個最簡單的真空抽氣系統(tǒng)(如圖1)。第6頁/共222頁71.4高真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六圖1所示的最簡單的真空系統(tǒng)只能獲得低真空度,當(dāng)需要獲得高的真空度時,需要添加高真空泵。當(dāng)串聯(lián)一個高真空泵之后,通常要在高真空泵的入口和出口分別加上閥門,以便高真空泵能單獨(dú)保持真空。如果所串聯(lián)的高真空泵是一個油擴(kuò)散泵,為了防止大量的油蒸氣返流進(jìn)入被抽容器,通常在油擴(kuò)散泵的入口加一個捕集器水冷障板(如圖2所示)。根據(jù)要求,還可以在管路中加上除塵器、真空繼電器規(guī)頭、真空軟連接管道、真空泵入口放氣閥等等,這樣就構(gòu)成了一個較完善的高真空系統(tǒng)。第7頁/共222頁8真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第8頁/共222頁9真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六高真空油擴(kuò)散泵機(jī)組第9頁/共222頁101.5真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容:根據(jù)被抽容器對真空度的要求,選擇適當(dāng)?shù)恼婵障到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案,進(jìn)行選、配泵計(jì)算;確定導(dǎo)管、閥門、捕集器、真空測量元件等,進(jìn)行合理配置,最后劃出真空系統(tǒng)裝配圖和零部件圖。第10頁/共222頁112.真空技術(shù)基本方程真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六2.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速2.2流導(dǎo)的定義2.3真空技術(shù)基本方程2.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的意義第11頁/共222頁122.1真空系統(tǒng)的最主要性能參數(shù)：

極限真空度和有效抽速

真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

真空系統(tǒng)的極限真空度是指在沒有外加負(fù)荷的情況下,經(jīng)過足夠長時間的抽氣后,系統(tǒng)所能達(dá)到的最低壓力。真空系統(tǒng)對容器的有效抽速是指在容器出口處的壓力下,單位時間內(nèi)真空系統(tǒng)能夠從被抽容器中所抽除的氣體體積。真空系統(tǒng)對容器的有效抽速不僅取決于真空泵的抽速,也取決于真空系統(tǒng)管路對氣體的導(dǎo)通性能,即所說的流導(dǎo)。第12頁/共222頁132.2流導(dǎo)的定義真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六流導(dǎo)的定義是:在單位壓差下,流經(jīng)管路的氣流量的大小。用一個數(shù)學(xué)式子來表示,即:

式中C—管路的流導(dǎo),;Q—流經(jīng)管路的氣流量,;P1、P2—分別是管路的入口壓力和出口壓力,Pa。第13頁/共222頁142.3真空技術(shù)基本方程真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六如果用Se來表示真空系統(tǒng)對容器的有效抽速,用Sp表示真空泵的抽速,C表示真空容器出口到真空泵入口之間管路的流導(dǎo),則有

方程(a),(b),(c)本質(zhì)上是同一個方程,在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是一個非常重要的方程,如果知道泵的抽速Sp和管路的流導(dǎo)C,就可以計(jì)算出系統(tǒng)對容器有效抽速,這個方程被稱為真空技術(shù)基本方程。第14頁/共222頁152.4真空技術(shù)基本方程在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

的意義真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六從方程(2b)可以看出:如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)大于泵的抽速Sp,則Sp

/C的值遠(yuǎn)小于1,此時真空系統(tǒng)對容器的有效抽速Se≈Sp。這就是說為了充分發(fā)揮泵對容器的抽氣作用,在設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)管路時,應(yīng)使管路的流導(dǎo)盡可能大一些。因此真空管路應(yīng)該粗而短,切不可細(xì)而長。這是設(shè)計(jì)連接管道時的一條重要原則。相反,如果管路的流導(dǎo)C遠(yuǎn)小于泵的抽速Sp,則C/Sp的值遠(yuǎn)小于1,從方程(2c)可以看出,此時真空系統(tǒng)對容器的有效抽速Se≈C,這就是說,在這種情況下,選擇多大的泵都沒有用,都不能提高泵對容器的有效抽速。第15頁/共222頁163.真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六3.1主泵3.2配泵3.3儲氣罐和維持泵3.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題3.5真空系統(tǒng)的典型形式3.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.7真空系統(tǒng)操作規(guī)則第16頁/共222頁173.1選主泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六選主泵要考慮兩個方面,一是選擇主泵的類型,二是確定主泵抽速的大小。3.1.1主泵的類型

確定主泵類型的依據(jù):(1)根據(jù)被抽容器所要求達(dá)到的極限真空度和工作真空度。一般選取主泵的極限真空度稍高于被抽容器所要求的極限真空度(如高半個數(shù)量級)。每一種泵都有其最佳工作壓強(qiáng)范圍,應(yīng)保證將被抽容器的工作真空度選在主泵的最佳抽速壓強(qiáng)范圍內(nèi)。各種真空泵的工作壓強(qiáng)范圍見圖11。第17頁/共222頁18真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第18頁/共222頁19真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)根據(jù)被抽氣體的種類,每種氣體所占的比例以及氣體中所夾雜的灰塵情況。為此,應(yīng)當(dāng)對各種真空泵的性能及使用特點(diǎn)進(jìn)行了解。(3)根據(jù)初次投資和日常運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)兩種類型以上的泵都適合選用時,則要根據(jù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來確定主泵。在比較經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時,要從整套真空系統(tǒng)來考慮。如圖12是油擴(kuò)散泵、油增壓泵、羅茨泵系統(tǒng)單位抽氣速率(L/s)的價格與入口壓強(qiáng)間的關(guān)系曲線。圖13是單位抽氣速率(L/s)的輸入功率與入口壓強(qiáng)的關(guān)系曲線。第19頁/共222頁20真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第20頁/共222頁21真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六由兩個圖中的曲線可見,在1.33×10－1～13.3Pa的壓強(qiáng)范圍內(nèi),以油增壓泵為主泵的真空系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì),所需要的功率小。在壓強(qiáng)低于1.33×10－1

Pa的范圍內(nèi),油擴(kuò)散泵抽氣系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)。在壓強(qiáng)高于13.3Pa的范圍內(nèi),羅茨泵抽氣系統(tǒng)比較經(jīng)濟(jì)。所以在選泵過程中應(yīng)立足于即適用又經(jīng)濟(jì)。第21頁/共222頁22真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六3.1.2主泵抽速大小的確定主泵抽速大小的確定主要根據(jù)被抽容器的工作真空度和其最大排氣流量,以及被抽容器的容積和所要求的抽氣時間。(1.)真空室內(nèi)排氣流量的計(jì)算式中Q－真空室中產(chǎn)生的總的氣流量;

Qg－工藝過程中被熔煉或被處理的材料放出的氣流量,Pa·m３/s;

Qｎ－真空室內(nèi)所用耐火保溫材料的出氣流量,Pa·m３/s;第22頁/共222頁23真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

Qf－暴露于真空條件下的真空室內(nèi)壁和所有構(gòu)件表面解析出來的氣流量,Pa·m３/s;

Ql－真空室外大氣通過各密封連接處泄漏到真空室內(nèi)的氣流量,Pa·m３/s.以上各量在不同的真空應(yīng)用設(shè)備中不一定都存在,這要根據(jù)不同情況具體考慮。第23頁/共222頁24真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六a.Qg的計(jì)算式中

q1－被熔煉或被處理材料單位質(zhì)量的含氣量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,m3/kg;G－被熔煉或處理材料的總質(zhì)量,kg;Pd－標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,101325Pa;b－排氣程度,表示一次熔煉或處理所排出的氣體占總含氣量的百分比;第24頁/共222頁25真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六n－材料在熔煉或處理時放氣的不均勻系數(shù),見表3;t－材料被熔煉或處理的時間,s。

第25頁/共222頁26真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六當(dāng)給出材料在熔煉或處理前后化學(xué)成分的變化時用下式計(jì)算式中υ－熔煉速度,kg/min;C、N、H－碳元素、氮無素和氫元素在熔煉前后的減少量占原含量的百分比。第26頁/共222頁27真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六b.Qn的計(jì)算某些真空設(shè)備的真空室內(nèi)要求加熱到較高的溫度。真空室內(nèi)必須使用耐火保溫材料,如碳?xì)?、碳布、硅酸鋁纖維等材料,其放氣量的計(jì)算如下式式中,qn－耐火保溫材料單位體積放氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,m3/m3；Vn－所用耐火材料的體積,m3;Pd－標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,Pa;t－耐火保溫材料被加熱的時間,s。第27頁/共222頁28真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六c.Qf的計(jì)算暴露于真空下各種構(gòu)件材料表面的放氣流量用下式計(jì)算式中q1i－第i種材料單位表面積的出氣速率,Pa·m3/(m2·s);一般用抽空一小時的放氣速率數(shù)據(jù);Ai－第i種材料暴露于真空條件下的表面積，m2。第28頁/共222頁29真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六在利用式(38)計(jì)算真空室內(nèi)的總排氣流量時,對于某一種確定的真空設(shè)備,要根據(jù)具體情況而定,如有的設(shè)備沒有用耐火保溫材料,則不必計(jì)算Qn這一項(xiàng)。有些材料的放氣量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無處可查,則可以采用與其相類似材料的放氣量數(shù)據(jù)作為代替。漏氣流量Ql的計(jì)算用式(28)。第29頁/共222頁30真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2.)被抽容器所要求的有效抽速的計(jì)算設(shè)被抽容器內(nèi)的最大排氣流量為QPa·m3/s所要求的工作真空度為pgPa則被抽容器所要求的有效抽速Sey為第30頁/共222頁31真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(3)粗算主泵的抽速S由于在選定主泵之前,真空室出口到主泵入口之間的管路沒有確定,因而這段管路的流導(dǎo)C是未知數(shù)。根據(jù)式(2)無法計(jì)算主泵的抽速S。通常按經(jīng)驗(yàn)公式粗算主泵的抽速式中Ks－在真空室出口主泵的抽速損失系數(shù),當(dāng)主泵入口到真空室出口之間的管路中不采用捕集器時,取Ks=1.3～1.4;當(dāng)采用捕集器時,取Ks=2～2.5。第31頁/共222頁32真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六主泵抽速S粗算出來后,按S值在真空泵的產(chǎn)品系列中選出符合粗算值S的主泵,設(shè)粗選出的主泵抽速為Sp。(4)驗(yàn)算主泵的抽速根據(jù)粗選出的主泵的入口尺寸,選擇確定主閥、捕集器和連接管道,劃出主泵入口至真空室出口之間管路草圖。利用流導(dǎo)計(jì)算公式計(jì)算出被抽容器出口到主泵入口之間高真空管路的流導(dǎo)C,再)計(jì)算粗選主泵對真空室出口的有效抽速Se,若Se大于或等于被抽容器所要求的有效抽速Sey,則認(rèn)為粗選的主泵的大小合乎要求,否則應(yīng)重新粗選主泵,再進(jìn)行驗(yàn)算,直至合乎要求為止。第32頁/共222頁333.2配泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六主泵選定之后,重要的問題是如何選配合適的前級泵和預(yù)抽泵。通常前級泵直接影響主泵的抽氣性能,影響真空系統(tǒng)的抽氣時間和經(jīng)濟(jì)效益。配前級泵時應(yīng)遵循如下幾點(diǎn)規(guī)定:(1)前級泵應(yīng)保證能及時排出主泵所排出的氣體流量。(2)前級泵在主泵(如擴(kuò)散泵、油增壓泵、分子泵和羅茨泵)出口處造成的壓強(qiáng)應(yīng)低于主泵的最大排氣壓強(qiáng)。(3)兼作預(yù)抽泵的前級泵應(yīng)滿足預(yù)抽時間的要求。第33頁/共222頁34真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

所配前級泵確定之后,即可按前級泵的入口尺寸選擇前級管道閥和預(yù)抽管道閥,確定各部分連接管道的尺寸。根據(jù)以上的確定,可繪制出真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。第34頁/共222頁35真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六幾種典型主泵的配泵(1)油蒸氣流泵作為主泵當(dāng)選用油蒸氣流泵作為主泵時,配前級泵的方法可以按經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的前級泵的大小來確定,見表4。第35頁/共222頁36真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)分子泵作為主泵分子泵作為主泵時,其抽氣能力與前級泵的抽氣能力有密切關(guān)系。分子泵的前級側(cè)需要保持分子流狀態(tài),它才能穩(wěn)定工作。為了保證分子泵前級側(cè)處于分子流狀態(tài),通常按下式選取前級泵的抽速式中S1－分子泵的抽速,m3/s;S2－前級泵的抽速,m3/s。第36頁/共222頁37真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(3)羅茨泵作為主泵羅茨泵作為主泵時,通常可用油封機(jī)械泵或水環(huán)泵作為羅茨泵的前級泵,前級泵的抽速可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取。式中S1－羅茨泵的抽速;S2－油封機(jī)械泵作為前級泵的抽速;Ss－水環(huán)泵作前級泵的抽速。第37頁/共222頁383.3儲氣罐和維持泵真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(1)作用：在前級泵停止工作時，保證能排出主泵內(nèi)的氣體。(2)使用場合：

a.儲氣罐:儲氣罐不能作得很大,它只能用在以擴(kuò)散泵為主泵的小型系統(tǒng)上，或是某些較小應(yīng)用設(shè)備,在其工藝過程中不允許有振動,即在工藝進(jìn)行時必須停止前級泵的工作。

b.儲氣罐:儲氣罐可用在大型主泵的系統(tǒng)上。第38頁/共222頁393.4真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(1)真空元件相互聯(lián)接時,應(yīng)盡量作到抽氣管路短,管道流導(dǎo)大,導(dǎo)管直徑一般不小于泵口直徑,這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一條重要原則。但同時要考慮到安裝和檢修方便。有時為了防振和減少噪音,允許機(jī)械泵設(shè)置在靠近真空室的泵房內(nèi)。(2)機(jī)械泵(包括羅茨泵)有振動,要防止振動波及整個系統(tǒng),通常用軟管減振。軟管有金屬和非金屬的兩種,不論采用那種軟管要保證在大氣壓力作用下不被壓癟。(3)真空系統(tǒng)建成后,應(yīng)便于測量和檢漏。為了迅速找到漏孔,要進(jìn)行分段檢漏,因此每一個用閥門封閉的區(qū)間,至少要有一個測量點(diǎn)。第39頁/共222頁40真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(4)真空系統(tǒng)中配置的閥門和管道,應(yīng)使系統(tǒng)抽氣時間短,使用方便,安全可靠。一般在有一個蒸氣流泵作為主泵(擴(kuò)散泵或油增壓泵);和一個機(jī)械泵作為前級泵的系統(tǒng)上,除了有前級管道(蒸氣流泵串聯(lián)機(jī)械泵的管道)外,還應(yīng)有一個預(yù)真空管道(真空室直通機(jī)械泵的管道)。其次是在真空室和主泵之間設(shè)有高真空閥門(也稱主閥),在前級管道上設(shè)有前級管道閥(也叫低真空閥);在預(yù)真空管道上設(shè)置預(yù)真空管道閥(稱低真空閥)。機(jī)械泵入口管道上,應(yīng)設(shè)一個放氣閥門,防止機(jī)械泵停泵時返油。真空室上也要設(shè)置放氣閥門,給裝料和取料時用。第40頁/共222頁41真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(5)真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證排氣穩(wěn)定可靠,安裝拆卸維修容易,操作方便,各元件間的連接有互換性。(6)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要采用新技術(shù),做到自動控制和聯(lián)鎖保護(hù)。(7)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求做到節(jié)省能源,降低成本,使用方便可靠。第41頁/共222頁423.5真空系統(tǒng)的典型形式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六3.5.1靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)靜態(tài)真空系統(tǒng):系統(tǒng)中沒有氣體流動,系統(tǒng)內(nèi)各部分的壓強(qiáng)相等,而且長時間不變化。凡是真空室或管道內(nèi)沒有放氣或漏氣的系統(tǒng)均屬靜態(tài)真空系統(tǒng)。實(shí)際上,絕對的沒有放氣和漏氣的情況是不存在的。但是在漏氣和放氣流量都非常小的情況下,系統(tǒng)中幾乎沒有氣流就可以認(rèn)為是靜態(tài)真空系統(tǒng)。動態(tài)真空系統(tǒng):系統(tǒng)中有氣體流動,系統(tǒng)中各處壓強(qiáng)不等,系統(tǒng)的各截面有壓強(qiáng)降落。凡是真空室或系統(tǒng)某處有放氣或漏氣的真空系統(tǒng)均屬此類。第42頁/共222頁43真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六3.5.2真空系統(tǒng)分類(1)按真空系統(tǒng)工作真空度的高低可分為低真空系統(tǒng)、中真空系統(tǒng)、高真空系統(tǒng)和超高真空系統(tǒng)。(2)按真空系統(tǒng)工作的清潔程度可分為有油真空系統(tǒng)(真空室有油蒸氣污染的)和無油真空系統(tǒng)(真空室無油蒸氣污染的)。(3)按真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料可分為玻璃真空系統(tǒng)(除了機(jī)械真空泵以外全由玻璃制成)和金屬真空系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中,人們往往把上述不同的分類加以綜合,稱為“大型動態(tài)金屬高真空系統(tǒng)”、“無油超高真空系統(tǒng)”、“玻璃高真空系統(tǒng)”等等。第43頁/共222頁44真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六3.5.3典型的真空系統(tǒng)形式(1)低真空系統(tǒng)這種系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍,許多應(yīng)用設(shè)備都采用該種系統(tǒng)。如自耗爐真空系統(tǒng),感應(yīng)爐真空系統(tǒng)和一些熱處理爐的真空系統(tǒng)等。低真空系統(tǒng)一般是由兩個以上的泵串聯(lián)組成的。

下面介紹幾種系統(tǒng):只用機(jī)械泵給真空室排氣,系統(tǒng)比較簡單，在低真空范圍內(nèi),真空度低于1.33×10-1Pa。第44頁/共222頁45真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六油增壓泵(主泵)串聯(lián)機(jī)械泵(前級泵)工作壓強(qiáng)范圍:1.33～1.33×10-1Pa。優(yōu)點(diǎn):抽氣能力大,系統(tǒng)簡單,振動小,工作穩(wěn)定可靠,維修方便,成本低。缺點(diǎn):預(yù)抽時間長(同羅茨泵系統(tǒng)比較),工作中需要較貴重的增壓泵油。

下圖為采用油增壓泵(主泵)串聯(lián)機(jī)械泵(前級泵)的真空感應(yīng)熔煉爐。第45頁/共222頁46真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六真空感應(yīng)熔煉爐第46頁/共222頁47真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六羅茨泵串聯(lián)機(jī)械泵工作壓強(qiáng)范圍:1.33～1333Pa。優(yōu)點(diǎn):預(yù)抽氣時間短。缺點(diǎn):工作時有振動,且噪音大;工作中隨時間增加,羅茨泵性能下降。圖14為一實(shí)例，另外在圖14后又給出了一羅茨泵串聯(lián)滑閥泵的機(jī)組。第47頁/共222頁48真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第48頁/共222頁49真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六羅茨泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組第49頁/共222頁50真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵工作壓強(qiáng)范圍:0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn):工作壓強(qiáng)范圍大,工作真空度高。

下圖為一實(shí)列第50頁/共222頁51真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六羅茨泵串聯(lián)小型羅茨泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵第51頁/共222頁52真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六以油增壓泵和羅茨泵為主泵,兩個泵出口串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵工作壓強(qiáng)范圍:0.133～1333Pa。優(yōu)點(diǎn):具有羅茨泵系統(tǒng)和油增壓泵系統(tǒng)的雙重特點(diǎn)。圖15為一實(shí)例第52頁/共222頁53真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第53頁/共222頁54真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六除了上述幾種之外,還有油增壓泵串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵的真空系統(tǒng)，以及羅茨泵串聯(lián)水環(huán)泵的真空系統(tǒng),它適合于排出灰塵較多的應(yīng)用設(shè)備上。第54頁/共222頁55真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(3)高真空系統(tǒng)這種系統(tǒng)應(yīng)用也比較廣泛。它的工作壓強(qiáng)范圍在6.67×10-2～1.33×10-3Pa。如鍍膜機(jī)、電子轟擊爐和部分電阻爐等都采用高真空系統(tǒng)。

幾種典型高真空系統(tǒng)擴(kuò)散泵串聯(lián)機(jī)械泵應(yīng)用范圍：一般用在工作時放氣量較小的應(yīng)用設(shè)備上。優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,成本低。缺點(diǎn):系統(tǒng)起動慢,預(yù)抽氣時間長。擴(kuò)散泵油蒸氣容易返流到真空室中去。下圖為擴(kuò)散泵串聯(lián)滑閥泵機(jī)組第55頁/共222頁56真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六擴(kuò)散泵串聯(lián)滑閥泵第56頁/共222頁57真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六擴(kuò)散泵串聯(lián)油增壓泵,再串聯(lián)機(jī)械泵該系統(tǒng)起動慢，由于有中間油增壓泵存在,故預(yù)抽氣時間短些。擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵,再串聯(lián)機(jī)械泵系統(tǒng)起動慢,但預(yù)抽氣時間短(因?yàn)橹虚g有羅茨泵)。

高真空系統(tǒng)實(shí)例（圖16）和一個擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和滑閥泵機(jī)組第57頁/共222頁58真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第58頁/共222頁59真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六擴(kuò)散泵串聯(lián)羅茨泵和滑閥泵第59頁/共222頁60真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(4)超高真空系統(tǒng)由于原子能工業(yè)和火箭技術(shù)的發(fā)展,超高真空技術(shù)也得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。

幾種典型超高真空系統(tǒng)用擴(kuò)散泵和鈦泵并聯(lián)為主泵,擴(kuò)散泵單獨(dú)串聯(lián)前級機(jī)械泵

可以達(dá)到極限真空度為1.33×10-6Pa。

圖17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統(tǒng)第60頁/共222頁61真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第61頁/共222頁62真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六擴(kuò)散泵串聯(lián)擴(kuò)散泵(中間泵),再串聯(lián)機(jī)械泵該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能獲得超高真空,并能穩(wěn)定工作。圖18為一個超高真空系統(tǒng)和設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。主泵是一個水銀擴(kuò)散泵,泵頂有冷卻擋板和液氮冷阱,中間泵也是水銀擴(kuò)散泵。在中間泵和前級機(jī)械泵之間設(shè)有油蒸氣捕集器。并設(shè)有各種單獨(dú)的加熱器,烘烤真空室和主泵頂部及捕集器第62頁/共222頁63真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第63頁/共222頁64真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六主泵為分子泵串聯(lián)機(jī)械泵由于機(jī)械泵有油存在,需要在機(jī)械泵入口管道上設(shè)置捕集器冷凝油蒸氣。如果分子泵串聯(lián)分子篩吸附泵(前級泵),則構(gòu)成了無油超高真空系統(tǒng),該系統(tǒng)比較清潔。鈦泵或?yàn)R射離子泵做為主泵,并聯(lián)或串聯(lián)分子篩吸附泵(做為預(yù)真空泵)，或用鈦泵聯(lián)接預(yù)真空機(jī)械泵，在機(jī)械泵的入口管道上加油蒸氣捕集器。該系統(tǒng)為無油超高真空系統(tǒng)圖19為一實(shí)例第64頁/共222頁65真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第65頁/共222頁66真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六用低溫泵做為主泵,串聯(lián)或并聯(lián)分子篩吸附泵(預(yù)真空泵),構(gòu)成無油超高真空系統(tǒng)。同樣也可以用機(jī)械泵做為預(yù)真空泵,在機(jī)械泵入口管道上設(shè)置油蒸氣捕集器。第66頁/共222頁67真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(5)真空機(jī)組a.真空機(jī)組是不帶真空室的排氣系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小，目前國產(chǎn)機(jī)組有油擴(kuò)散泵機(jī)組,油增壓泵機(jī)組和羅茨泵機(jī)組。機(jī)組名稱以主泵命名。b.幾種真空機(jī)組高真空機(jī)組工作真空度:6.67×10－2～1.33×10－3Pa極限真空度:1.33×10-4Pa組成元件:油擴(kuò)散泵、機(jī)械泵、高真空閥門、捕集器儲氣罐、低真空截止閥、放氣閥及管道,還有電氣控制盤,水壓繼電器等元件組成的,見圖20所示。第67頁/共222頁68真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第68頁/共222頁69真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六中真空油增壓泵機(jī)組工作真空度:1.33～1.33×10-1Pa極限真空度:1.33×10-2Pa組成元件:油增壓泵、真空閥門、捕集器、低真空截止閥、放氣閥、管道,以及電氣控制盤,水壓繼電器等元件組成。中真空羅茨泵機(jī)組工作真空度:1.33～1.33×103Pa極限真空度:1.33×10-1Pa組成元件:與油增壓泵機(jī)組相同。第69頁/共222頁703.6真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六真空系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮密封可靠,結(jié)構(gòu)合理,材料對真空度影響要小。設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題：(1)選擇結(jié)構(gòu)材料應(yīng)盡量用國家標(biāo)準(zhǔn)中的無縫鋼管和板材,盡量減少焊接結(jié)構(gòu),有利于真空部件氣密性質(zhì)量。(2)保證焊接后焊縫不漏氣。要求技術(shù)水平較高的工人進(jìn)行焊接,提高焊接質(zhì)量,合理地設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)也很重要。(3)結(jié)構(gòu)上要保證快速抽空。避免出現(xiàn)隔離孔穴(氣袋),如圖21所示。第70頁/共222頁71真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第71頁/共222頁72真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(4)減少表面放氣。處于真空內(nèi)的構(gòu)件和殼體內(nèi)壁表面粗糙度越高越好。最好進(jìn)行電鍍拋光,氧化處理等。(5)真空系統(tǒng)上各元件之間多用法蘭連接。而法蘭與管子之間是焊接結(jié)構(gòu)。由于焊接時易引起法蘭變形,故目前國內(nèi)都采用焊接后再對法蘭加工,這樣即可達(dá)到盡寸和粗糙度要求,又能保證兩個法蘭連接時密封可靠。(6)對于某些必須處于較高溫度下工作的真空橡膠密封圈,由于橡膠耐溫有限,可以專門采用水冷結(jié)構(gòu)加以保護(hù)。第72頁/共222頁73真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(7)保證真空系統(tǒng)元件殼體和真空室殼體有足夠強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明真空容器采用圓形結(jié)構(gòu)較好。端蓋采用凸形結(jié)構(gòu)為好。壁厚已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)盡寸,當(dāng)然也可以計(jì)算。(8)由外部進(jìn)入真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)動件或移動件,要保證可靠的動密封。除了選擇好的密封結(jié)構(gòu)外,其中的軸或桿一定要滿足粗糙度要求。更要防止在軸和桿上有軸向劃痕,這種劃痕會降低真空度,而且不易發(fā)現(xiàn)。第73頁/共222頁74真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(9)真空系統(tǒng)上測量規(guī)管座位置安排應(yīng)遵循如下原則：不能將測量規(guī)管放在密封面較多的地方。因?yàn)槊恳粋€密封面都不可能保證絕對不漏氣,密封面集中之處,必然是容易漏氣的地方,測量值可能不準(zhǔn)。規(guī)管內(nèi)壁各處,必須保證真空衛(wèi)生。否則會造成測量不準(zhǔn)。規(guī)管應(yīng)盡量接在靠近被測量的地方,以減少測量誤差。第74頁/共222頁75真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(10)真空室殼體上的水套結(jié)構(gòu),要保證水流暢通無阻。更不能出現(xiàn)死水造成局部過熱。因此進(jìn)出水管位置要一下一上,且設(shè)置流水隔層,使水沿一定路線流動。第75頁/共222頁76真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

課程結(jié)束謝謝！第76頁/共222頁774.氣體流動狀態(tài)的判別真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六4.1氣體流動狀態(tài)對流導(dǎo)的影響4.2氣體流動狀態(tài)的分類4.3湍流、湍—粘滯流、粘滯流之間的判別式4.4粘滯流、粘滯—分子流和分子流之間的判別式第77頁/共222頁784.1氣體流動狀態(tài)對流導(dǎo)的影響真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六氣體在管道中的流動狀態(tài)不同,管道的流導(dǎo)也不一樣,也就是說,管道對氣體的流導(dǎo)不僅取決于管道的幾何形狀和尺寸,還與管道中流動的氣體種類和溫度有關(guān),在有的流動狀態(tài)下還取決于管道中氣體的平均壓力。所以在計(jì)算管道對氣體的流導(dǎo)時,首先必須判明管道中的氣流是哪一種流動狀態(tài).第78頁/共222頁794.2氣體流動狀態(tài)的分類真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六在真空狀態(tài)下,氣體通過管道的流動屬于稀薄氣體流動。在真空系統(tǒng)管路中的氣流有五種流動狀態(tài):湍流(又稱紊流、渦流);湍—粘滯流;粘滯流(又稱層流、粘性流、泊稷葉流);粘滯—分子流;分子流(又稱自由分子流、克努森流)。湍—粘滯流是湍流和粘滯流之間的過渡狀態(tài)。粘滯—分子流是粘滯流和分子流之間的過渡狀態(tài)。第79頁/共222頁804.3湍流、湍—粘滯流、粘滯流之間的判

別式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六對于室溫20℃空氣、湍流、湍—粘滯流、粘滯流之間的判別式是

Q>2660D為湍流Q<1450D為粘滯流1450D<Q<2660D為湍—粘滯流式中Q—通過管道的氣體流量,Pa·m3/s;D—管道的內(nèi)徑,m.第80頁/共222頁814.4粘滯流、粘滯—分子流和分子流之間

的判別式真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六對于室溫20℃空氣,粘滯流、粘滯—分子流和分子流之間的判別式是式中D—管道的內(nèi)徑,m;－管道中氣體的平均壓強(qiáng),Pa。

第81頁/共222頁825.流導(dǎo)的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.1流導(dǎo)和流導(dǎo)幾率5.1.1流導(dǎo)5.1.2流導(dǎo)幾率5.2流導(dǎo)的計(jì)算5.2.1粘滯流時流導(dǎo)的計(jì)算5.2.2分子流時流導(dǎo)的計(jì)算

第82頁/共222頁83真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

5.2.3粘滯—分子流時,圓管對于室溫空氣的流導(dǎo)的計(jì)算

5.2.4

管路元件串、并聯(lián)時,流導(dǎo)的計(jì)算

5.2.4.1串聯(lián)管路的流導(dǎo)

5.2.4.2并聯(lián)管路的流導(dǎo)第83頁/共222頁845.1流導(dǎo)和流導(dǎo)幾率

5.1.1流導(dǎo)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六流導(dǎo)的定義：在單位壓差下,流經(jīng)管路元件氣流量的大小被稱為流導(dǎo)。流導(dǎo)的定義式：

Q－氣流量，單位Pa·m３/s;

P１-P２－管路壓強(qiáng)差，單位Pa;

C－流導(dǎo)，單位m３/s。第84頁/共222頁85真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六流導(dǎo)的意義：流導(dǎo)的大小說明在管路元件兩端的壓強(qiáng)差P１-P２一定的條件下流經(jīng)管路元件的氣流量的多少。當(dāng)壓差P１-P２一定時,流導(dǎo)C的值較大,那么流經(jīng)管路元件的氣流量Q的值就較大;反之流導(dǎo)C的值小,則流經(jīng)元件的氣流量Q就小。所以作為真空系統(tǒng)管路元件,不管是導(dǎo)管、還是閥門、捕集器、除塵器等,都希望它的流導(dǎo)值盡可能大一些,使氣流能順利地通過。因此,流導(dǎo)是真空系統(tǒng)管路元件的一個重要參數(shù)。在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算中,要計(jì)算管路元件以及某段真空系統(tǒng)管路的流導(dǎo)。第85頁/共222頁865.1.2流導(dǎo)幾率真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六流導(dǎo)幾率的定義：流導(dǎo)幾率也稱為傳輸幾率,其物理意義是氣體分子從元件的入口入射進(jìn)入元件能從管路元件的出口逸出的概率。在分子流狀態(tài)下,利用流導(dǎo)幾率來表征真空系統(tǒng)管路元件對氣體的導(dǎo)通性能更直觀,更本質(zhì)。流導(dǎo)幾率的定義式：

式中pr—流導(dǎo)幾率；C—管路元件的流導(dǎo);

Cfk—管路元件入口孔的流導(dǎo)。第86頁/共222頁875.2流導(dǎo)的計(jì)算

在真空系統(tǒng)中,連接管道通常采用的是圓截面管道,被抽氣體又多為室溫下的空氣,因此這里只簡要介紹圓孔和圓截面管道對室溫空氣的流導(dǎo)。

5.2.1粘滯流時流導(dǎo)的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.1.1薄壁孔粘滯流時氣體流經(jīng)薄壁孔,如圖4所示,當(dāng)P1>P2時,氣體從空間流向空間。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):當(dāng)P1不變時,隨P2下降,通過孔口的流速和流量都增加,但當(dāng)P下降到某一值時,它們都不再隨P2下降而增加。第87頁/共222頁88真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第88頁/共222頁89真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六對于室溫空氣,面積為Am2的薄壁孔的流導(dǎo)為:式中r為孔口兩側(cè)的壓強(qiáng)比,r=P2/P1,其中P1>P2;A為薄壁孔的面積,m2。第89頁/共222頁90真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六對于室溫空氣,圓形薄壁孔的流導(dǎo)為:式中,D為圓形薄壁孔的直徑,m。第90頁/共222頁91真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.1.2不考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)當(dāng)管道的長度比較長,管口對氣流的影響。在工程計(jì)算中,通常把管道的軸線長度L與管道直徑D的比值L/D≥20的管道視為“長管”,其實(shí)質(zhì)是可以不考慮管口的影響進(jìn)行計(jì)算。設(shè)圓管的軸線長度為Lm,直徑為Dm,則其粘滯流條件下對于室溫空氣的流導(dǎo)為:式中是管道中氣體的平均壓強(qiáng),Pa。第91頁/共222頁92真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.1.2考慮管口影響時,圓管的流導(dǎo)在粘滯流條件下,氣流從大容積進(jìn)入管口,在管口處受到影響,這種影響破壞了粘滯流的應(yīng)有秩序,使管道的流導(dǎo)減小,這種影響常稱為管口效應(yīng)。在工程計(jì)算中,一般認(rèn)為管道的長徑比L/D<20時，管口效應(yīng)的影響在進(jìn)行計(jì)算中不能忽略，這就是所說的“短管”.對于室溫空氣,考慮管口影響時,管道的流導(dǎo)用下式計(jì)算:式中L和D分別為管道的長度和直徑,m;是管道中氣流的平均壓強(qiáng),Pa;Q是管道中的氣流量。第92頁/共222頁935.2.2分子流時流導(dǎo)的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.1薄壁孔分子流時,對于室溫空氣,面積為Am2的薄壁孔的流導(dǎo)用下式計(jì)算:對于直徑為Dm的圓孔:第93頁/共222頁94真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.2不考慮管口影響時，圓管的流導(dǎo)不考慮管口影響時,在分子流條件下,任意截面形狀管道的流道計(jì)算式可由克努森流導(dǎo)積分公式導(dǎo)出

式中,

是氣體分子熱運(yùn)動平均速率;B為管道橫截面周長;A為管道橫截面面積;L為管道長度;K為管道斷面形狀修正系數(shù),K值的大小由實(shí)驗(yàn)確定。由式(15)導(dǎo)出的圓管的流導(dǎo)為式中L和D分別為圓管的長度和直徑,m。第94頁/共222頁95真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.3不考慮管口影響時,圓錐形管的流導(dǎo)對于圖5所示的截圓錐形管道,其分子流流導(dǎo)的計(jì)算式為

式中D1為錐管大端直徑,m;D2為小端直徑,m;L為錐管軸線長度,m。第95頁/共222頁96真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.4考慮管口影響時,圓管的流導(dǎo)設(shè)圓管的長度為L,半徑為R,直徑為D=2R。在分子流條件下,考慮管口影響時,圓管的流導(dǎo)幾率pr如下:

第96頁/共222頁97真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六因此,當(dāng)考慮管口影響時,圓管對于室溫空氣的流導(dǎo)計(jì)算式為:第97頁/共222頁98真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.5真空閥門的分子流流導(dǎo)

對于真空閥門的分子流流導(dǎo)計(jì)算可用下式:

式中Cfk－閥門入口孔的分子流流導(dǎo),m3/s;pr－是閥門的流導(dǎo)幾率。第98頁/共222頁99真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.2.６常用水冷障板的流導(dǎo)水冷障板的分子流流導(dǎo)的計(jì)算可用兩種方法。一種是利用“比流導(dǎo)”的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算,“比流導(dǎo)”指的是捕集器入口單位面積上的流導(dǎo),利用“比流導(dǎo)”數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算可用下式:

式中Cs是捕集器的比流導(dǎo),m3/m2·s;其數(shù)值可查有關(guān)資料;A是捕集器的入口面積,m2。第99頁/共222頁100真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六若捕集器不是用水冷卻,而是用其它冷劑,則式(20)要引入一個溫度影響系數(shù)l。若冷凝劑用的是干冰(固體CO2),取l=1.2;若是液氮,則取l=1.7。第二種方法是用流導(dǎo)幾率進(jìn)行計(jì)算,對于很多種結(jié)構(gòu)形式的捕集器,其流導(dǎo)幾率值已有資料給出,因而利用式(8)可方便地進(jìn)行計(jì)算。第100頁/共222頁1015.2.3粘滯—分子流時,圓管對于室溫空氣

的流導(dǎo)計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六粘滯—分子流時,圓管對于室溫空氣的流導(dǎo)計(jì)算式是

第101頁/共222頁102真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六在式(21)和(22)中,D是管道直徑,m;L是管道長度,m;是管道中氣體平均壓強(qiáng),Pa;函數(shù)J=f(D)的數(shù)值見表1。第102頁/共222頁1035.2.4管路元件串、并聯(lián)時,流導(dǎo)的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.4.1串聯(lián)管路的流導(dǎo)圖6所示的一段管路,是導(dǎo)管、閥門、捕集器三個元件串聯(lián)。若C1、C2、C3分別是這三個元件的流導(dǎo),則它們串聯(lián)之后的整段管路的流導(dǎo)為

第103頁/共222頁104真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六n個管道元件串聯(lián)后整個管路的流導(dǎo)為

式中Ci是第i個元件的流導(dǎo)。可見管路元件串聯(lián)之后,整個管路的流導(dǎo)等于各元件流導(dǎo)的倒數(shù)的代數(shù)和的倒數(shù)。第104頁/共222頁105真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六5.2.4.2并聯(lián)管路的流導(dǎo)圖7所示的整段管路是三條導(dǎo)管的并聯(lián),若C1、C2、C3分別是這三條導(dǎo)管的流導(dǎo),則并聯(lián)后組成的整段管路的流導(dǎo)C為

第105頁/共222頁106真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六如果有n條管路并聯(lián)組成一段管路,則并聯(lián)之后整段管路的流導(dǎo)為

式中Ci是第i個管道的流導(dǎo)?？梢姴⒙?lián)管路的流導(dǎo)等于各并聯(lián)元件流導(dǎo)的代數(shù)和。第106頁/共222頁1076.抽氣時間的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六6.1真空系統(tǒng)的抽氣方程6.2低真空抽氣時間的計(jì)算第107頁/共222頁1086.1真空系統(tǒng)的抽氣方程真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六6.1.1真空室內(nèi)的氣體來源(1)被抽容器內(nèi)原有的空間大氣。若容器的容積為Vm3,抽氣初始壓強(qiáng)為P0Pa,則容器內(nèi)原有的大氣量為VP0Pa·m3;(2)被抽容器被抽空后各種材料的放氣。單位時間內(nèi)的放氣流量可以用QfPa·m3/s來示;實(shí)驗(yàn)表明,材料表面單位時間內(nèi)單位表面積的放氣率q可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算第108頁/共222頁109真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六式中q1是抽空1h后放氣速率,Pa·m3/(m2·s);q0是抽空時間無限長之后材料表面的放氣速率,Pa·m3/(m2·s);t是抽空時間,h;β是與材料的種類及其預(yù)處理狀況有關(guān)的放氣時間指數(shù)。β值在0.5～2之間變化。真空室內(nèi)暴露于真空下的構(gòu)件表面,可能有多種材料,所以總的表面放氣流量Qf為:式中,Ai是第i種材料暴露在真空下的表面積,m2;q1i是第i種材料在抽空1h后的表面放氣速率,Pa·m3/(m2·s);βi是第i種材料的放氣時間指數(shù);Q0是抽氣時間無限長后總的放氣流量,Pa·m3/s;t是抽空時間,h。第109頁/共222頁110真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(3)大氣通過容器壁結(jié)構(gòu)材料向真空室內(nèi)滲透的氣體流量,以QsPa·m3/s表示。(4)液體或固體蒸發(fā)的氣體流量QzPa·m3/s

。(5)大氣通過各種真空密封的連接處,通過各種漏隙通道泄漏進(jìn)入真空室的漏氣流量QLPa·m3/s。第110頁/共222頁111真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六6.1.2真空系統(tǒng)的抽氣方程當(dāng)真空泵啟動之后,真空系統(tǒng)即對被抽容器抽氣。此時,真空系統(tǒng)對容器的有效抽速若以Se表示,容器中的壓力以P表示,則單位時間內(nèi)系統(tǒng)所排出的氣體流量即是SeP。容器中的壓強(qiáng)變化率為dP/dt,容器內(nèi)的氣體減少量即是VdP/dt。根據(jù)動態(tài)平衡,可列出如下方程:這個方程稱為真空系統(tǒng)抽氣方程。第111頁/共222頁112真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六式中V是被抽容器的容積,由于隨著抽氣時間t的增長,容器內(nèi)的壓力P降低,所以容器內(nèi)的壓強(qiáng)變化率dP/dt是個負(fù)值。因而VdP/dt是個負(fù)值,這表示容器內(nèi)的氣體減少量。放氣流量Qf,滲透氣流量Qs,蒸發(fā)的氣流量Qz和漏氣流量QL都是使容器內(nèi)氣體量增多的氣流量。SeP則是真空系統(tǒng)將容器內(nèi)氣體抽出的氣流量,所以方程中記為-SeP。第112頁/共222頁1136.2低真空抽氣時間的計(jì)算真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六低真空階段抽氣可分為近似常抽速和變抽速兩種情況來分別考慮。6.2.1近似常抽速時,抽氣時間的計(jì)算油封機(jī)械泵在大氣壓到102Pa范圍內(nèi)抽速近似為常抽速。抽氣方程為第113頁/共222頁114真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(1)不考慮管道影響和漏放氣時抽氣時間的計(jì)算假定真空泵的入口直接連到容器出口上進(jìn)行抽空,如圖8所示,則可以不考慮管道影響和漏放氣。

第114頁/共222頁115真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六則可得抽氣時間計(jì)算的最基本的公式

V是容器的容積,m3;Sp是真空泵的抽速,m3/s;P0是抽氣開始時容器內(nèi)的壓強(qiáng),Pa;P是抽氣終了時容器內(nèi)的壓強(qiáng),Pa;t是將容器內(nèi)的壓強(qiáng)從P0降低到P的抽空時間,s。第115頁/共222頁116真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)不考慮管道影響而考慮漏放氣時抽氣時間的計(jì)算式中Pu是真空系統(tǒng)所能達(dá)到的極限真空度,Pa;其余符號的意義同前。

第116頁/共222頁117真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(3)考慮管道影響和漏放氣時,抽氣時間的計(jì)算式中Se是真空泵對容器的有效抽速,m3/s;其余符號的意義同前。第117頁/共222頁118真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六6.2.2變抽速時抽氣時間的計(jì)算大多數(shù)真空泵的抽速都隨其入口壓強(qiáng)的變化而變化,尤其是機(jī)械真空泵,當(dāng)其入口壓強(qiáng)低于10Pa時,泵的抽速隨其入口壓強(qiáng)的變化更為顯著。圖9是某些真空泵的抽速特性曲線示意圖。第118頁/共222頁119真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(1)分段計(jì)算法在一般情況下,計(jì)算變抽速時的抽氣時間需要首先知道泵的抽速與其入口壓強(qiáng)的關(guān)系。如圖10所示。假定需要求容器內(nèi)的壓力由P0降低到P的抽氣時間,則可以將P0到P這個壓強(qiáng)區(qū)段分成n段。段數(shù)愈多,計(jì)算的抽氣時間愈接近變抽速的實(shí)際。設(shè)相應(yīng)每段的抽氣時間為t1,t2,…ti…tn,取每段的平均抽速為S1,S2…Si,…Sn,用相應(yīng)的公式進(jìn)行各個壓力區(qū)段的抽氣時間計(jì)算,然后求其代數(shù)和即得總的抽氣時間t。

第119頁/共222頁120真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法油封機(jī)械真空泵的實(shí)際抽速S隨其入口壓強(qiáng)的降低而降低。研究其抽速特性曲線發(fā)現(xiàn),其實(shí)際抽速S與其名義抽速Sp的近似關(guān)系是:式中系數(shù)K在不同壓力區(qū)間的取值如表2。第120頁/共222頁121真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六因此抽氣時間的計(jì)算可用下式第121頁/共222頁1227.真空密封真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.1概述7.2靜密封7.2.1永久密封連接7.2.2可拆密封連接7.2.3“O”形密封圈的密封力計(jì)算7.2.4墊圈密封的機(jī)理7.3動密封7.3.1接觸密封連接7.3.2非接觸密封連接7.3.3軟件變形密封連接第122頁/共222頁1237.1概述真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六真空密封的意義真空系統(tǒng)是由真空泵、閥門、撲集器、導(dǎo)管等各種元件通過不同的連接形式組成的，各式各樣的零件要用不同的密封方法連接在一起,這些密封方法既要保證零件的可靠連接又要防止通過接頭發(fā)生漏氣,保證真空系統(tǒng)的密封質(zhì)量。根據(jù)被連接件的相互關(guān)系,可以將真空密封分為兩大類:靜密封連接和動密封連接。密封種類的進(jìn)一步劃分見圖1。第123頁/共222頁124真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第124頁/共222頁1257.2靜密封真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.1永久密封連接永久密封連接用于不需經(jīng)常拆卸的密封連接處,用這種方法可以保證最好的密封和機(jī)械強(qiáng)度。7.2.1.1玻璃與玻璃的封接玻璃封接需要注意的是被封接玻璃之間的熱膨脹系數(shù)要相近,線膨脹系數(shù)之差不大于7×10-7/℃。7.2.1.2玻璃與金屬封接最常見到的玻璃與金屬的封接是電極引線,以及管道狀的玻璃與金屬的封接。第125頁/共222頁126真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六匹配密封和非匹配密封a.匹配密封：匹配封接指的是膨脹系數(shù)相近的玻璃和金屬之間的封接,封接處內(nèi)應(yīng)力小;b.非匹配密封:非匹配封接指的是膨脹系數(shù)相差較大的玻璃和金屬之間的封接,封接處內(nèi)應(yīng)力大,為了消除玻璃與金屬膨脹系數(shù)相差較大而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,一般多采用延展性好的薄壁金屬管與玻璃封接,靠金屬的塑性變形來消除內(nèi)應(yīng)力.第126頁/共222頁127真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六非匹配封接分為外封接(玻璃僅熔接在金屬管壁外側(cè)),內(nèi)封接(玻璃僅熔接在金屬管壁內(nèi)側(cè))和雙邊封接(玻璃從內(nèi)、外二側(cè)包住金屬管壁)三種。圖2為雙邊密封。第127頁/共222頁128真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.1.3金屬與金屬封接焊接方法(圖3)第128頁/共222頁129真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六真空技術(shù)對焊縫的要求:a.設(shè)計(jì)焊縫結(jié)構(gòu)時,接頭必須焊透,應(yīng)避免產(chǎn)生聚集污物的有害空間。真空技術(shù)中常見的焊接結(jié)構(gòu)如圖4所示。第129頁/共222頁130真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六b.焊縫應(yīng)一次焊好,以避免兩次焊接時造成有害空間而無法檢漏。c.焊縫因強(qiáng)度需進(jìn)行兩面焊接時,內(nèi)部焊縫應(yīng)不漏氣,為檢漏起見,在進(jìn)行外焊時應(yīng)設(shè)置鉆孔和塞孔。d.如容器內(nèi)需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)焊接時,內(nèi)部焊縫不應(yīng)連續(xù),以便讓來自任何溝槽的氣體容易放出,而且結(jié)構(gòu)焊縫不應(yīng)與密封焊縫相交叉。e.焊接的組件應(yīng)設(shè)計(jì)得使最大數(shù)量的焊縫能在制造階段分別測試,并且能在進(jìn)行最終裝配以前矯正。第130頁/共222頁131真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六f.焊接密封的允許最大漏率(對于空氣),在焊縫長度上約為10-7Pa·m3/s·m。7.2.1.4金屬釬焊定義：釬焊是利用第三種熔點(diǎn)較低的金屬連接兩個金屬零件的方法,是一種低溫焊接。釬焊所需的溫度多在500℃以上,應(yīng)比被釬焊零件的熔點(diǎn)低50～200℃。表1是適于真空釬焊的一些被焊材料及其焊接的溫度和所使用的焊料。金屬釬焊的方式有火焰焊、爐焊和感應(yīng)焊接。第131頁/共222頁132真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第132頁/共222頁133真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六釬焊的優(yōu)點(diǎn)：由于真空釬焊的材料蒸氣壓較低,又是在真空條件下焊接的,因此它不但可以保證更高的焊接質(zhì)量,而且也擴(kuò)大了釬焊的使用范圍?？梢詫附訒r氧化性很強(qiáng)的活性金屬(如鈦、鋯)、輕金屬(如鋁)以及難熔金屬(如鎢、鉬、鉭)等進(jìn)行焊接。因?yàn)檫@些金屬在真空條件下完全可以避免在焊接時與氧、水蒸氣和氮等產(chǎn)生劇烈反應(yīng),從而保證了焊縫的高質(zhì)量。第133頁/共222頁134真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六

要滿足真空密封的要求,得到不漏的釬焊焊縫,應(yīng)遵循下列各點(diǎn)：(1)應(yīng)使用盡可能少量的釬焊合金。這樣焊縫小,表面清潔,比用大量釬焊合金時得到的焊縫要好。(2)焊件間的間隙不能寬或不規(guī)則。(3)焊件間互相搭接部分的最小值必須是3mm,以上,以便讓毛細(xì)力吃進(jìn)釬焊合金。(4)如果要釬焊熱膨脹系數(shù)不同的金屬,必須使組件在冷卻過程中壓縮釬焊合金。(5)焊縫的結(jié)構(gòu)能控制釬焊合金的流動。在角上的間隙決定釬焊合金將如何流經(jīng)這些角。第134頁/共222頁135真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(6)如果要避免釬焊合金在表面上流動,必須在面上涂碳或鉻。(7)在用于真空密封的釬焊中,最好選擇搭接和梯接,如圖6所示。第135頁/共222頁136真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2可拆密封連接7.2.2.1撓性連接撓性連接件主要有三種,即真空橡膠管、塑料管和波紋管。圖7為橡膠管接頭。第136頁/共222頁137真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2.2用于靜連接的彈性體密封墊圈彈性體密封墊圈連接的形式見圖8第137頁/共222頁138真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六墊圈密封的形式見圖9根據(jù)最后一種結(jié)構(gòu)制成的快速拆卸真空密封法蘭,已制定了國際標(biāo)準(zhǔn),其通徑有10mm、16mm、25mm、40mm等四種規(guī)格。其結(jié)構(gòu)如圖10所示。第138頁/共222頁139真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第139頁/共222頁140真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2.3用于靜連接的金屬密封墊圈適用場合：超高真空系統(tǒng)需要進(jìn)行高溫烘烤的時候,在超高真空管道連接處應(yīng)采用金屬密封墊圈。密封圈類型a.絲形圈:如圖11。

第140頁/共222頁141真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六把絲形圈夾壓在兩個法蘭之間即可達(dá)到密封的目的。圖中(a)適用于銦絲,因?yàn)樗谛〉膲毫ο戮涂勺冃?但銦的熔點(diǎn)較低,不能烘烤到高溫。鋁絲可烘烤到400℃,但需要較大夾緊壓力。圖中(b)適用于可重復(fù)烘烤到450℃溫度也不漏氣的金絲密封墊圈。b.矩形截面銅環(huán)圖12是其四種密封形式。a和b類一般只用一次，c和d類密封形式可重復(fù)使用幾次。第141頁/共222頁142真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第142頁/共222頁143真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2.4用于靜連接的雙重密封墊圈(1)雙重密封圈的密封效果真空橡膠圈在密封時,通過它所滲漏的氣體量與許多因素有關(guān)。例如橡膠的種類、硬度、蒸氣壓、壓縮量,密封面的表面粗糙度、溫度等等。但最重要的影響因素是密封圈內(nèi)外兩側(cè)的壓力差。實(shí)驗(yàn)證明:密封圈兩側(cè)壓差的減小,可極大地提高其密封性能。使用雙重墊圈密封,并在雙重墊圈之間抽空,可以極大地提高所獲得的真空度，如圖13所示。第143頁/共222頁144真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)雙重密封法蘭結(jié)構(gòu)圖14是采用兩個O型橡膠圈,在內(nèi)外O形圈之間設(shè)有排氣空腔,用真空泵抽氣的密封法蘭結(jié)構(gòu)。圖15是橡膠O形圈1與金屬O形圈2相結(jié)合的用于超高真空設(shè)備中的密封法蘭結(jié)構(gòu)。第144頁/共222頁145真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六第145頁/共222頁146真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2.5真空規(guī)管的密封連接真空規(guī)管密封連接的形式如圖16所示。靠擰緊螺母或壓帽壓縮膠圈來實(shí)現(xiàn)密封。第146頁/共222頁147真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六7.2.2.6電輸入密封連接(1)電輸入密封的設(shè)計(jì)要求引線裝置的真空密封多采用橡膠做密封圈,因此對大電流、高溫處應(yīng)采用水冷,以防止溫度過高時破壞真空橡膠圈和影響真空室的真空度。真空密封應(yīng)可靠,對導(dǎo)電紫銅棒應(yīng)當(dāng)要求有較高的精度和較好的表面粗糙度,并且在裝配時應(yīng)涂以真空油脂。輸電線的直徑應(yīng)大小適當(dāng),不應(yīng)使電流密度過大,以防輸電線過熱。第147頁/共222頁148真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六由于輸電線上有一定的電壓,因此必須使它與連接密封處絕緣,特別是高壓輸電線,更不能忽視。常用的絕緣材料有真空橡膠,玻璃,陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、夾布膠木棒、黃蠟布,聚四氟乙烯等。應(yīng)考慮頻率的影響。在低頻下頻率對密封的影響并不大,但是在高頻下,輸電線同絕緣材料應(yīng)按特殊要求確定。應(yīng)考慮溫度的影響。對于需要烘烤的輸電線,應(yīng)能承受500℃高溫。必須區(qū)別引線在烘烤時,無電流時所承受的烘烤溫度及工作時發(fā)熱的兩種情況。如果輸電線被加熱,在結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免使用任何不能承受溫度的材料。第148頁/共222頁149真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六(2)電輸入密封的結(jié)構(gòu)接線柱式密封如圖17所示。這種結(jié)構(gòu)是一般真空設(shè)備上最常采用的把電引入到真空室中去的一種結(jié)構(gòu)。第149頁/共222頁150真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六圖18是一種外套水冷式電極密封結(jié)構(gòu)。第150頁/共222頁151真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六固定式導(dǎo)電桿密封固定式導(dǎo)電桿密封的結(jié)構(gòu)如圖19。當(dāng)導(dǎo)電桿直徑d≤20mm時采用(a)型,d>20mm時用(b)型。第151頁/共222頁152真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真空技術(shù)》培訓(xùn)班系列教程之六高壓電輸入密封

圖20所示是高壓電輸入密封的一種結(jié)構(gòu)。高壓電輸入密封的特點(diǎn)是輸入線均采用陶瓷做為絕緣體。第152頁/共222頁153真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北大學(xué)首期《真