真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為:利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法對(duì)被抽容器進(jìn)行抽氣而獲得真空的器件或設(shè)備。隨著真空應(yīng)用的發(fā)展,真空泵的種類已發(fā)展了很多種,其抽速?gòu)拿棵肓泓c(diǎn)幾升到每秒幾十萬(wàn)、數(shù)百萬(wàn)升;極限壓力(極限真空)從粗真空到10 -12 Pa以上的極高真空范圍。由于各種真空泵的性能除了都能滿足對(duì)容器進(jìn)行抽真空這一共同點(diǎn)之外,還各有不同之處。因此,在選用真空泵時(shí),明確其在真空系統(tǒng)中所承擔(dān)的工作任務(wù)是十分重要的。并且泵在真空領(lǐng)域中的分類也不盡相同,主要從以下幾個(gè)方面概述:
泵的極限壓力高于102Pa的真空泵屬于低真空泵。常見的低真空泵有往復(fù)式真空泵、旋轉(zhuǎn)式真空泵、液環(huán)式真空泵、噴射式真空泵以及吸附式真空泵。
極限壓力在102~-10-1Pa的真空泵屬于中真空泵。常見的有羅茨真空泵、多級(jí)噴射式真空泵、多級(jí)旋轉(zhuǎn)機(jī)械真空泵以及高速旋轉(zhuǎn)式機(jī)械真空泵等。
極限壓力在10-1~10-5Pa的真空泵屬于高真空泵。常見的高真空泵有各種擴(kuò)散泵及分子泵等。
極限壓力低于10-5Pa的真空泵屬于超高真空泵。超高真空泵主要有各種離子泵、低溫泵等。
按工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類
靠機(jī)械運(yùn)動(dòng)使泵腔工作容積周期變化來(lái)實(shí)現(xiàn)抽氣作用的是機(jī)核式容積真空泵。屬于這類泵的有往復(fù)式真空泵、旋轉(zhuǎn)式機(jī)械泵(包括旋片式、螺桿式、羅茨式、液環(huán)式等)。這類泵中除機(jī)械增壓泵外,一般均可單獨(dú)使用。
沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件,主要靠通過(guò)噴嘴的高速射流來(lái)抽真空的是射流式真空泵。屬于這類泵的有水蒸氣噴射泵、空氣噴射泵、水噴射泵以及各種擴(kuò)散泵等。這類泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,壽命長(zhǎng),易于維修,應(yīng)用比較普遍。
根據(jù)系統(tǒng)對(duì)真空度的要求,選擇相應(yīng)極限真空的泵。一般要求泵的極限真空比系統(tǒng)要求的極限真空高0.5~1個(gè)數(shù)量級(jí)。(2)系統(tǒng)正常工作時(shí)的壓力范圍要求泵正常工作的壓力范圍必須滿足系統(tǒng)所要求的工作壓力。(3)被抽氣體種類、成分、雜質(zhì)情況及系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)污染的限制要求被抽氣體性質(zhì)及對(duì)污染的要求是選擇不同特性真空泵的一個(gè)重要條件。它不但與工作時(shí)泵的性能有關(guān),而且直接與泵的工作壽命及檢修維護(hù)情況有關(guān),特別是在化工生產(chǎn)中,它往往是正確選泵的一個(gè)關(guān)鍵因素。(1)計(jì)算真空泵的有效抽速S (L/s)。根據(jù)真空系統(tǒng)要求的工作壓力pg、真空系統(tǒng)的總氣體量Q,計(jì)算泵的有效抽速式中,Q為真空系統(tǒng)的總氣體量,Pa. L/s,包括真空系統(tǒng)工作過(guò)程中產(chǎn)生的氣體量、真空系統(tǒng)及真空元件的放氣量和真空系統(tǒng)的總漏氣量。通常將按此式計(jì)算出的有效抽速S增大20%~30%或更大作為主泵的名義抽速。根據(jù)有效抽速S以及泵與真空室之間的連接管道的流導(dǎo)U確定主泵的抽速Sp。由流導(dǎo)串聯(lián)公式有(3)根據(jù)被抽氣體種類、成分、溫度以及氣體含灰塵雜質(zhì)情況選真空泵 。(4)根據(jù)真空室對(duì)油污染要求的不同,來(lái)選擇有油、無(wú)油、半無(wú)油、干式、濕式真空泵。干式真空泵適合于要求絕對(duì)無(wú)油或工作液、或?qū)ぷ饕簝?chǔ)存和處理費(fèi)用比較關(guān)切等場(chǎng)合。(5)根據(jù)投資及日常維護(hù)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)選擇。主真空泵選定之后,如何配置前級(jí)泵,需遵守的原則是:① 求前級(jí)泵造成主真空泵工作所需的預(yù)真空條件;③ 必須滿足主真空泵進(jìn)氣口能工作的最大壓力時(shí)所需的預(yù)抽時(shí)間要求。不同的主真空泵,其前級(jí)泵配置各異,分述如下。此類泵包括油擴(kuò)散泵、油擴(kuò)散噴射泵以及增擴(kuò)泵等。在主泵允許的最大排氣口壓力下,前級(jí)泵需將主泵產(chǎn)生的最大氣體量及時(shí)抽走,即前級(jí)泵的有效抽速必須滿足:式中,Sq——前級(jí)泵的有效抽速,L/s,和選擇高真空泵一樣,先由Sq來(lái)確定前級(jí)泵的抽速,然后再根據(jù)該抽速選定泵型;pn ——主泵前級(jí)的臨界前級(jí)壓力,Pa;Qmax ——所能排出的最大氣體量,Pa .L/s;S——主泵工作在pg時(shí)的有效抽速,L/s。在選擇前級(jí)泵時(shí),應(yīng)該注意機(jī)械泵的抽速是在大氣壓力下測(cè)得的,但正常使用的泵都是在低于大氣壓的條件下運(yùn)轉(zhuǎn),使泵的抽速下降了,因而我們必須根據(jù)抽速曲線來(lái)選擇泵。若沒(méi)有抽速曲線,可參考經(jīng)驗(yàn)公式式中,Sp——實(shí)際選用的前級(jí)泵的抽速;羅茨泵前級(jí)配置油封機(jī)械泵時(shí),前級(jí)泵的抽速由經(jīng)驗(yàn)公式確定,即式中,系數(shù)選擇,通常抽速大的羅茨泵取小值,抽速小的選大值。羅茨泵~水環(huán)泵機(jī)組,水環(huán)泵抽速選擇根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定,即用于較高真空度的羅茨泵不能直接排大氣,因此串聯(lián)二級(jí)的羅茨泵仍需要一個(gè)機(jī)械泵或水環(huán)泵后級(jí)。羅茨泵串聯(lián)機(jī)組,有兩種配置方式,其一是羅茨泵—羅茨泵—機(jī)械泵;其二是羅茨泵—羅茨泵—水環(huán)泵。兩種方式均是以一羅茨泵為主泵,而另一羅茨泵為前級(jí),兩羅茨泵抽速關(guān)系由經(jīng)驗(yàn)確定,即式中,SjL——前級(jí)羅茨泵的抽速,L/s;渦輪分子泵所配置的前級(jí)泵抽速,應(yīng)滿足pj——渦輪分子泵前級(jí)壓力,通常為2Pa;Qmax——最大流量,Pa. L/s,渦輪分子泵平穩(wěn)抽速范圍為10-1~10-7 Pa。故最大流量Qmax值應(yīng)等于10-1Pa下的抽速與該壓力之積。