1、 真空常识真空度量常用真空单位: 帕; 毫米汞柱; 乇; 毫巴 相互关系1大气压=760毫米汞柱=1*105帕=1巴1毫米汞柱=1乇(torr)=133帕1毫巴(mbar)=100帕(Pa)1巴(bar)=1000mbar真空区域划分 名称压强范围(mbar) 粗真空10001.33 低真空1.331.33*10-3 高真空1.33*10-31.33*10-8 超高真空1.33*10-81.33*10-12 极高真空1.33*10-12真空元件及符号旋片真空泵罗茨泵扩散泵所用泵液单极用单环双环为多极单极用单环双环为多极真空泵(不指明类型)阀门(不指明类型)插板阀球阀蝶阀手动阀(可与结构符号合并
2、)磁动阀(可与结构 符号合并)放气阀挡板(不指明类型)挡板温度带接头的管道交叉管路 (不连接) 波纹管道 橡胶管道真空表(不指明类型)真空计 热偶规管真空表液位压力计分真空计热阴极电离规理想气体基本定律1)一定质量的气体,如果其温度维持不变,气体的压力和体积的乘积为常数. P1V1=P2V2 (M1=M2 & T1=T2)2)一定质量的气体,如果维持其压力不变,气体的体积与其绝对温度成正比 V1/V2=T1/T2 (T为绝对温度(K), T=TC+273 . P1=P2 , M1=M2) 3) 一定质量的气体,如果维持其体积不变,气体的压力与其绝对温度成正比 P1/P2=T1/T2 (T为绝对
3、温度(K), T=TC+273 . V1=V2 M1=M2 ) 4) 相互不起化学作用的混合气体总压力等于各气体分压力之和 P=P1+P2+P3+.Pn管道流导及应用一, 气体流量,流导基本公式: 流量: 单位时间内通过给定截面的气体量: Q=PV/T P压力(Pa) V体积(L) T时间(S) 流阻: 管道两端的压力差与通过管道的流量之比： W=（P1-P2)/Q Q-流量(Pa*L/S) 流导: 气体沿管道流动的能力,即流阻的倒数: U=1/W=Q/(P1-P2)二, 影响流导的因素: 管道长度: 管道越长,管导越小. 管道直径: 一般情况,直径越小,管导越小. 管道形状: 弯曲越多,管导
4、越小. 气体种类 气压三, 应用: 在真空系统中,管道要粗,短,直.(但要注意油蒸气返流和返爬) 真空泵 机械泵一, 油封式旋转机械真空泵进气口泵油旋片排气腔转子进气腔双级泵泵体排气阀片旋片压紧弹簧图一排气口图二图三图四工作原理: 当转子在泵腔内旋转,旋片紧贴泵腔内壁(在弹簧压紧力和离心力共同作用下)把泵腔分隔成进气和排气 两部分,在开始进气(如图一)随着旋片旋转,进气腔体积容积不断扩大,吸入气体.在图二时,容积达到最大 随着旋片继续旋转,气体被压缩,达到一定压力,推开排气阀片(如图三)排出气体到大气中. 泵油作用: 1) 防止大气从排气口进入泵腔 2) 通过油孔,排气阀和泵体间隙进入泵腔,使
5、蚌腔内所有运动表面被油覆盖(如旋片和泵腔的 接触面)形成吸气腔与排气腔之间的密封. 3) 油还充满了泵腔内的一切有害空间,以消除它们对极限真空度的影响. 双极泵作用是当第一级经排气腔压缩的气体不能推开排气阀时,气体经第二级再次压缩从而推开排气阀 排出,因而双级泵比单级的极限真空度要高.旋转机械泵常见弊病,产生原因和解决办法 弊病 真空度低 启动困难 转动困难 或卡死 泵温过高 喷油 漏油 抽速降低1)油量不足2)油脏,泵油牌号不对,混油3)漏气4)旋片弹簧折断5)泵内零件磨损6)进气口滤网被堵7)排气阀片损坏, 密封不好.8)渗气阀密封圈损 坏或没拧紧1)油温过低2)电机断一相电源3)油以变质
6、4)停泵后泵腔未 放气5)泵内润滑不良1)油严重皂化2)皮带过紧或过松3)泵内落入异物4)旋片弹簧损坏1)异物落入泵内2)未开冷却水或冷却 效果不好3)吸入气体温度过高4)装配不当,导致单 面磨损5)润滑不良或油变质1)油量过多2)突然暴露大气3)密封件损坏或没 有压平,压紧1)过滤网堵塞2)泵转速过低3)系统管道过 长过细1)加油到油标中心2)换符合牌号的油3)检修密封圈4)拆泵,更换弹簧5)检修磨损件6)清洁滤网7)修换阀门片8)换垫片,拧紧渗 气阀1)加温油或用手盘 皮带几圈2)检修电源3)换油4)停泵注意放空5)调节油路1)换油2)调整电机位置3)拆泵检修4)拆泵检修1)拆泵检修2)加
7、大冷却3)冷却气体4)拆泵检修5)检修润滑系统或换 油1)放出多余油2)开泵要断续启动电 机,应慢慢打开系 统阀门3)检修密封圈,螺丝 压力要均匀1)清洁过滤网2)调整转速3)重新设计管道产生原因解决办法机械旋片泵的使用和维护: 1) 泵应安装在清洁,干燥,平坦和通风的地方,环境温度一般在10-45C,泵四周应留适当空地,以方便 维护和保养. 2) 在每次维护保养或电源改造后,应检查电机方向是否符合要求,若不符合,应调整三相电源任意两 相接线. 3) 皮带松紧应合适(指非直联泵). 4) 在管道要安装放空两位三通电磁阀,真空夹或其他方式,停泵后要放入1atm平衡气体以防止回油. 5) 新泵的使
8、用有100H左右磨合期,100H后,先放尽泵油,用手转动泵,使泵内部件得到过洗,再将油放 掉(经过滤后仍可用),最后,加入一定量的新油,以后,换油期可视情况而定. 6) 在冬季,油粘度高,泵不易启动,应用手盘皮带几圈或将泵加温到15 C以上再开电机.防止电机因 长时间过载而失效. 7) 要经常检查泵油油标是否合适,泵油颜色是否正常,泵油粘度是否合适,决定是否要加油或换油 8) 要经常检查泵的运行声音是否正常. 9) 泵进气口过滤网要定期检查清洁. 10) 不同种类泵油不能混合使用,在使用过程,泵温升不能超过70 C 11) 在接通待抽系统时,应慢“打开进气口阀门,以减轻泵的负荷,避免喷油及产生
9、大量油雾,不要使泵 在过高压强下连续工作,以避免损坏电机和喷油,在因故泵的进气口突然暴露大气的场合,应立即 关闭阀门. 12) 要经常清洁泵的外表,检查是否有漏油现象,有漏油应及时维修,以维护环保 13) 直联泵要经常检查冷却风扇的冷却效果.二,罗茨泵:A BCDEV0V0V0工作原理:处在封闭状态的空间V0罗茨泵工作时利用两个8字型转子在泵腔内旋转,被抽气体由进气口进入转子和泵体之间,如图B,这时一个转子和泵体把气体与进气口隔开 如图C的V0空间此空间是处于封闭状态,因此没有压缩和膨胀,但当转子峰部转到排气口边缘时如图D,由于V0部分压力可能较之排气口低,气体从排气口扩散到V0区域,使压力均
10、匀,扩散方向与转子方向相反,当转子再转时把V0处气体压缩到排气口将其排出如图E到图D,这时转子另一面与进气口相连部分则吸入气体,转子不断地旋转就不断排出气体,这种过程相当于转子空间由最小到最大,然后由最大减小到最小,这就是罗茨泵的容积作用原理. 在进气口压力很低时,由于转子高转速,碰撞在转子表面的气体分子被转子携带到压力较高的排气口,再被前级泵排除,这就是罗茨泵的分子作用原理.泵体转子开始吸气开始封闭与排气口气体相互扩散气体压缩排出罗茨泵的特点:1)转子与泵腔,装子与转子之间有一定间隙互不接触, 不需油润滑.2)在低压力下气体分子自由程较大,气体漏过微小缝隙 的阻力很大,因而能得到较大的压缩比
11、.3)需要和前级泵串联使用.气体通过前级泵排到大气中4)结构紧凑,在1*1031Pa压力范围有很大抽速弥补了 扩散泵和旋片泵在此范围抽速都很小的缺陷,5)可抽可凝性气体,6) 启动快,很快达到极限真空,维护费用低.7)极限真空在10-2Pa,最大允许压差103Pa数量级三,扩散泵:1) 原理泵油在真空(1Pa)中加热至沸腾(200C)产生大量油蒸汽,经导流管由各级喷嘴定向高速喷出.由于扩散进气口附近被抽气体分压蒸汽流中该气体分压,所以被抽气体就不断扩散到蒸汽流中,油蒸汽撞击被抽气体分子,使被抽气体沿蒸汽流束的方向高速运动经过多次碰撞,气体分子被压缩到低真空端,再由下几级喷射汽流多级压缩,最后被
12、前级泵抽走.而油蒸汽在冷却的泵壁上冷凝后又返回到油锅中重新被加热,如此循环工作影响扩散泵性能的因素: 1)扩散泵油蒸汽返流 2) 气体分子的反扩散(氢的反 扩散最大) 3)扩散泵油的裂化分解 4)清洗不干净的真空泵,污染 物质会留在泵内并重复循环 影响泵的极限真空.提高油扩散泵极限真空的方法:1) 扩散泵结构设计上的改进,加分馏, 装置改进喷嘴,合理分配加热功率 加大锅炉中心区.以减少油裂化, 返流2)选用性能好的扩散泵油(如275#硅 油)3)加水冷挡油帽,或冷却障板,冷阱,吸 附阱,钛升华阱4) 在泵启动和停止后的一段时间有 两个高峰值,可用阀门避开.5) 四级泵代替三级泵.油扩散泵的常见
13、故障,产生原因和解决办法:故障产生原因解决办法扩散泵不起作用1) 真空系统漏气2) 电炉未接通3) 油温不足4) 泵出口压强过高5)泵本身漏气6) 泵底烧穿1) 关闭高真空阀门,系统检漏.2) 检查电炉电源是否接触良好,电炉丝是否烧断3) 检查电炉功率和加热电压是否正确.4) 检查前级管道有无漏气,前级泵的抽速是否符合要求,工作是否正常5) 检查各连接部位及焊逢6) 换泵极限真空度低1)系统漏气,泵本身漏气2)系统和泵不清洁3)泵油变质4)泵冷却不好5)泵油不足6)泵过热1) 检漏2)检查,清洁3)泵清洗后换油4)检查水流量和进水温度5)加硅油至规定数量(约1.5-2CM油高)6)降低加热功率
14、,加大冷却水用量抽速低1)泵油加热不足2)金属泵泵芯安装不正确1)检查电炉功率和加热电压是否正确.2)检查各级喷口有无倾斜,间隙是否正确返油率大1)加热功率过大2)泵芯内结构不合理1)检查加热功率2)加挡油装置,泵口加冷阱扩散泵的使用和维护: 1) 扩散泵是次级泵,应待前级泵将系统抽至压强低于扩散泵最大反压强时,才能使扩散泵 升温工作同时也避免了泵油的氧化. 2) 扩散泵在加热前必须通冷却水,最好配备热保护装置.以便一旦冷却水中断或发生故 障时关闭泵的加热装置 3) 扩散泵的加热功率应符合规定. 4) 扩散泵停止工作时,应先切断电源,待嘣体温度降至50-60 C的温度,才可切断循环水, 关闭前
15、置真空泵.一般扩散泵应保持在低真空状态. 5) 扩散泵工作一段时间后,必须补充油或换油,在换新油之前用有机溶剂洗干净已氧化 的泵油,再电吹风吹干或烘干,然后加入适量新油. 6) 扩散泵在工作时应严防大气漏入,在因故泵内突然漏入大气时,应立即关闭高真空阀 门和加热 电源,使硅油快速冷却,以防硅油过度氧化. 泵的型式与参数2 X - 4旋片式机械泵的型式与使用参数:两级旋片抽速(L/S)型号抽速(L/S)极限压力(Pa)电机功率进气口直径(MM)2X-226*10-20.37252X-440.55252X-881.1402X-15152.2502X-3030363扩散泵的型式与使用参数:K-100
16、入口通径参数名称入口通径100150200320400几何抽气速率(L/S)280800140034005400极限压力(Pa)7*10-5临界前级压力(Pa)35加热功率(KW)1.22.02.54.06.0推荐前级泵抽速48815301) 各参数系指用KS-3#油时的值型号抽气速率极限压力(Pa)最大允许压差(Pa)进气通径(mm)出气通径(mm)零流量最大压缩比电机功率(KW)泵转速(r/min)推荐前级泵ZJ-30305*10-28*1035040250.7529502X-4,2X-8ZJ-70706*1038050251.129502X-8,2X-15ZJ-1501506*10310
17、080302.229502X-15,2X-30ZJ-3003005*10316010030429502X-30,2X-70ZJ-6006004*103200160357.529502X-30,2X-70ZJ-30抽气速率30L/S罗茨泵的型式和参数:真空连接与密封一,橡胶密封1) 橡胶的一般特性: 橡胶的体积是很不容易被压缩的,在某一方向上受压就在另一方向伸长,总体积几乎不变因此,橡胶可以作 为压紧密封或涨紧密封. 橡胶长期处于压缩状态,会发生永久变形. A) 温度对橡胶影响: 温度对橡胶的性能影响很大,橡胶的使用温度范围: 普通为-30C-90C; 氟橡胶-40-250C; 丁晴橡胶为-25
18、 150C B) 气体能够通过橡胶向真空一侧渗透,渗透系数在0.35*10-7cm3/s*cm*cm2之间(压力差1atm,80C) C) 橡胶在真空中因蒸发等原因有一定出气速率. D) 如果橡胶硬度大于50(HS)密封表面没有径向擦伤,当压缩量为15%时,不论形状如何,其渗漏量都小于 10-7Pa*L/S2) 硅橡胶: 硅橡胶使用温度-100-350 C,硬度在4565(HS)间,气体渗漏率较大,只能用于低真空系统.二,金属密封:金属密封圈优点: 1) 放气很少; 2) 耐高温. 缺点: 1) 弹性差,密封力要求很大; 2)重复使用性差,一般只能使用一次. 3) 加工精度要求高; 4) 有膨
19、胀系数匹配问题(在高温烘烤下).常用密封材料: 铝,铜,金 铝可用AlSi(35%)合金,能耐400-500 C,不和水银反应. 350 C退火1H, NaOH清洗后,1600MPa压力压紧 铜用无氧高导铜,950 C烧氢,需要更大密封力; 金质软延展性好,化学稳定性好,可重复加工使用,密封性好,20MPa压力压紧三,动密封:动密封可采用: 1) 金属波纹管 2) 液态金属 3) 磁力传动 4) 磁流体密封真空阀门型号,编制和型式型号,编制方法基 本 型 号123456辅 助 型 号代表产品使用范围代号意义C超高真空G高真空D低真空代表阀板结构型式或产品职能类别代号 意义D挡板C插板F翻板M隔
20、膜I蝶Z锥形W微调Q充气代表产品驱动形式代号意义D电动C磁动Q气动Y液动代表产品通道形式代号 意义S三通式J直角式代表产品规格参数-公称直径,数字表示单位mm,带充气的数字前加Q代表产品设计序号以罗马数字表示真空零部件表面处理一,污染物类型: 1) 油脂,2)水份,3)表面氧化物,4)酸,碱,盐类物质,5)空气尘埃和其他有机物二,表面处理基本方法: A)去油:矿物油可用有机溶剂去油,动植物油可由碱液去除 1)碱液去油: 油脂+NaoH=甘油+肥皂(溶解于水) 这叫皂化作用 矿物油在碱液中能使油脂凝聚成单独的小滴,悬浮在溶液中 这叫乳化作用 加热和搅拌更能提高去油效果. Mg ,Al, Zn S
21、n 一般不能用碱液去油 (腐蚀) 2)有机溶剂去油: 有机溶剂汽油丙酮四氯化碳三氯乙烯去油效率45707596三氯乙烯: 不燃烧,125 C以上及与水,酸,铝接触会分解有毒物质,蒸气对人体有害四氯化碳: 是一种巨毒物质丙酮 是一种易燃品汽油 易燃易爆3)合成洗涤剂去油 煮沸容液或超声波清洗B) 清洗实例1)钼的清洗:(去油后) A) 去氧化层:铬酸液(CrO3,100g+H2SO4,30ml+H2O,1000ml) 浸泡5min,水冲净,5%HcL浸2min,水冲 净2%氨水中和,水冲净,去离子水冲净,无水乙醇脱水,烘干 B) 强侵蚀 H2SO4,100ml+ HNO3,20ml 80 C2)
22、不锈钢清洗(去油后) HcL: HNO3: H2O=5.5:2:2.5再加2.5%尿素 70 C3) 镍的清洗: HNO3,290ml+ H2SO4,150ml+ H2O,60ml (强侵蚀) 5S4) 银铜焊料清洗 50% HcL 70 C浸泡5min5)真空橡胶管去硫: 20% NaoH煮沸1H后,清水煮两遍6)玻璃件清洗: K2Cr2O7饱和溶液350ml, H2SO410ml 丙酮去油后 70 C 24H 真空检测与真空规一,真空规1) U型液体压力计原理: 由两根支管的液面高度差H可计算出两个支管液面上的压力差:P=P1-P2=GH工作液体密度G9.8N/KgU形真空计是一种绝对真空
23、规制作精密U型真空计应注意:1) 用密度小的液体(如:油的 灵敏度是水银的1315倍)2) 选用较大直径的玻璃管3) 选用透光性好的薄壁玻璃管4) 严格恒温5) 降低安装斜度U型压力计: 在光源制造中一般用于 低压汞灯,霓虹灯,高压 汞灯,金属卤化物灯的 放电管的手工排气系统.放电真空计原理: 利用气体放电时放电形状和颜色与气体压力有关来粗略估计真空度 放电颜色与气体压强间关系放电颜色系统真空度(Torr)说明不发光760-100电子能量不足以使气体激发发光和电离紫色条纹100-10氧.氮的激发发光颜色一片紫红色5- 5*10-1 氧.氮的激发发光颜色一片淡红色5*10-1 -5*10-2氧.
24、氮的激发发光颜色淡白色略带蓝5*10-2-5*10-3系统内残存的水汽,CO2,CnHn蒸气激发发光颜色玻璃上有局部微光5*10-3 -5*10-4系统内残存的水汽,CO2,CnHn蒸气激发发光颜色不发光,在玻壁上有荧光5*10-4气体分子数太少,电子和气体分子碰撞次数太少,发光微弱放电管放电形态与气压关系真空度(Torr) 放电形态100树枝状放电10丝状放电1层状放电1*10-1 层状开始消失1*10-2层状逐步消失1*10-3层状基本消失1*10-4层状完全消失二,热传导真空规原理: I2R=Qr+Ql+Qc Qr-辐射传热量 Ql-引线传热量 Qc-气体传热量在低气压下Qc与压力P成正
25、比可利用检测Qc相关参数来检测气压值.Qc与气体种类有关因此,热传导真空规的灵敏度与气体种类有关.热偶式真空规:加热丝(铂丝)热电偶(康铜_镍铬丝)热偶规一般用定流式工作加热丝的温度随气压变化用热电偶测量热丝温度,此电动势驱动显示电路.国产规一般加热电流95150mA量程133-10-1Pa电阻式真空规(热阻规): 又称皮拉尼规,这种规的热丝温度是随温度压力而变化的,由于温度的改变导致热丝电阻 变化,用测量电阻变化来测量真空度.应用时可分为: 1) 定温型(惠斯顿电桥测功率) 量程 1Pa-10-1Pa. 2) 定电压型 (测电流) 3) 定电流型(测电压)量程 1Pa-10-2Pa 改进:
26、用单晶半导体的热传导规量程 扩展至 1atm-10-3Pa电离真空规: 原理: 阴极(F)零电位,栅极(G)正电位,收集极(C)负电位,从阴极发射的电子在栅极电场作用下加速获得足以使气体电离的能量,当这些电子与气体分子相撞,气体分子被电离成电子和离子,正离子被收集极所收集,形成离子电流Ii,在压强低于10-1PA时,离子电流Ii阴极电流Ie及管内残余气体的压强P成正比Ii=KPIeK-灵敏度常数与气体种类,规管结构和各极电压有关.在恒定Ie通过测量离子电流的大小,就可间接测得真空度高低.电离真空规量程: 10-1Pa -10-5Pa收集极栅极阴极真空测量仪表的使用: 一,安装方法: 1) 应尽
27、量安装在接近测量的部位 2) 规管进气口方向应与气流方向垂直,避免气流方向直对进气口 3) 根据压强的高低来决定规管进气口在真空系统内应否伸进或缩出:( 10-3Torr时,导管不需伸入) 4) 连接管道应尽量粗而短,管道的材料放气要小. 5) 根据真空度高低来选择系统和连接密封方法.真空度选用规管特殊需要下选用规管粗真空76010Torr用弹簧管真空计带腐蚀性气体用电容式较精密用U型汞计同时测量粗真空和低真空的宽范围时可用:1) 振膜式规2)放射能规3)电容规低真空1010-3Torr一般用电阻式,要求不高用热偶规仅做粗略指示,用放电管指示器较精密测量用压缩规与电容规在要求同时测量低,高真空
28、时,用:1) 复合真空计2)高压强电离规高真空10-3- 10-8Torr主要用电离规二,真空仪表选用举例真空检漏一.最容易产生漏孔的情况1)各种焊接和封接存在缺陷,2)器壁材料有气孔,夹渣,或裂缝3)冷加工后出现裂缝4)密封圈受损伤或不完善5)密封面加工粗糙或有划痕6)密封圈压的不紧或不均匀,受热 ,冷或机械冲击后引起的裂纹.7)材料受腐蚀后形成的漏点.二,漏率的定义漏孔大小一般用漏率来表示,漏率一般指入口压力100 5%KPa,出口压力小于1KPa,温度3007K条件下,露点温度低于-25 C的空气通过漏孔的流量(Pa.L/S)三,检漏方法和仪器一,压力检漏法:检漏方法工作条件现象设备最小
29、可检漏率(Pa*L/S)注水压法漏水人眼1.35.3*10-4压降法充3atm空气压力下降压力计1.3听音法充3atm空气呲呲声人耳5.3也可用听诊器超声法充3atm空气超声波超声波检测仪1.3气泡法充3atm空气水中气泡人眼10-2_10-3水中气泡人眼10-624H积累抹肥皂液产生气泡人眼6.7*10-3氨气检漏法充3atm氨气溴代麝香草酚蓝试带变色人眼8*10-520S观察同上人眼10-824H积累卤素检漏仪吸嘴法卤素检漏仪读数变化卤素检漏仪10-3_10-7可与空气混合充入放射性气体法闪烁真空计1.3*10-4氦质谱仪吸嘴法氦质谱检漏仪10-5_10-7可与空气混合充入气泡检漏法注意事
30、项:1)考虑被检检应该能承受正压,能承受多大压力 2)检漏前要细致认真的清洗焊缝,清除焊渣,油污和粉尘3)场地光线要充足,水槽内背景要暗,水要清洁4)被检件一定要先充气然后放入水中,否则小孔可能被水堵塞,放入前要用听音法排除大漏,以免影响 小漏孔的检出5)被检件刚放入水中时,被检件的表面可能出现气泡,如果气泡抹去后气泡不再出现,则此处不漏,如果 气泡是有规律连续不断出现,则此处漏 二,真空检漏法:检漏方法工作压力(Pa)现象设备最小可检漏率(Pa*L/S)静态升压法抽真空后隔离泵压力上升真空规10-210-3放电管法放电颜色改变放电管110-1高频火花检漏仪103_6.7*10-1亮点,放电颜色改变高频火花检漏仪110-1真空规法热传导真空规法103_10-1真空规读数变化热传导真空规10-3电离真空规法10-2_10-6电离真空规法10-6卤素检漏仪内探头法10_10-1输出仪表读数变化卤素检漏仪10-410-6氦质谱检漏仪10-2输出仪表读数及音响频率变化氦质谱检漏仪10-910-11
