真空推算

该部门将简要的会商两个真空系统中的两个根基问题：（1）凭据真空设备产生的气体量、工作压力、极限真空及抽气功夫，选择相宜的主泵，确定管路及选择真空元件
；（2）推算真空设备的抽气功夫，或推算给按功夫下真空设备所能达到的压力
。

1.真空室的极限压力

真空室可能达到的极限真空，由下式决定：

其中：p_j 为真空室可能达到的极限真空，[Pa]
；p_o为真空泵的极限真空，[Pa]
；p_v?为真空室内资料的蒸汽压，[Pa]
；Q_0?为空载时持久抽气后真空室的气体负荷，蕴含漏气、资料表表出气等，[Pa?L/s]
；为真空室抽气口处泵的有效抽快，[L/s]
。

由上式可知，真空室的极限压力总是低于真空泵机组的极限真空，两者之差取决于Q_0?/S_p，抽气口处泵抽快肯定的情况下，真空泵极限真空正迸宗真空室的漏气和出气
。真空室内资料的蒸汽压也会影响极限真空
。而对于漏气率通常拔取低于工作状态下气体负荷（工艺出产中放出的气体量）的1/10
。

2.真空室的工作压力

真空室正常工作压力由下式决定：

其中：p_g为真空室工作压力，[Pa]，Q_1?为工艺出产中真空室的气体负荷，[Pa?L/s]
。

由上式可知，真空室工作压力要高于其极限压力，越靠近极限真空，真空抽气设备经济效能越低，因而做好在主泵最大抽快左近选择工作压力
。通常工作压力多半选择在高于极限压力半个到一个数量级
。

3.真空室抽气口处泵的有效抽快

最单一的真空抽气系统由真空室、管路及真空泵顺次衔接组成，如下图：

图1真空抽气系统示意图

真空室的气体负荷Q?通过流导为U?的管路被真空泵机组抽走，其中S?为真空室抽气口的有效抽快，而p、p_p?别离为管路入口和出口压力，S_p?为真空泵的抽快，在动态平衡时：

由上式可知，若是管路流导U?很大，即U弘远于S_p?时，S≈S_p，此时的有效抽快S?只与泵有关，若U?远幼于S_p?时，有效抽快S?则受到管路流导的限度
。因而为了提高泵的有效抽快，必须使管路流导尽可能大，因而管路该当短而粗，高真空管路更应如此
。在通常情况下，对于高真空管路，泵的抽快损失不应大于40% ~ 60%，对于低真空管路，其损失允许5% ~ 10%
。

4.抽气功夫推算

4.1低真空及中真空下

在粗真空、低真空下，真空设备自身内表表的出气量与设备总的气体负荷相比，能够忽略不计，因而此时推算抽气功夫不思考出气的影响，假定泵的抽快在其抽气领域内近似为常量切管路流导很大时（U?弘远于S_p）：

若漏气量很幼以至于能够忽略时，真空设备由p_i??降到p?所必要的抽气功夫t [s]：

若漏气量Q_0?很大以至于不能忽略时，真空室所能达到的极限压力P₀= Q_0?/S，真空设备由P_i? 降到P?所必要的抽气功夫t [s]：

其中，t?为抽气功夫，[s]
；V?为真空设备容积，[L]
；S?为泵的有效抽快，[L/s]
；S_p?为泵的名义抽快，[L/s]
；p?为设备经过功夫t抽气后的压力，[Pa]
；P_i?为设备起头抽气时的压力，[Pa]
；P_0?为真空室的极限压力，[Pa]
；U?为管路的流导，[L/s]
；Q_0?为空载时持久抽气后真空室内的气体负荷，蕴含漏气及资料表表出气，[Pa?L/s]
。

4.2高真空下

在高真空领域，真空泵重要抽走的不是空间中的气体，而是资料出气产生的气体，这一点与低真空领域是分歧的
。因而高真空抽气功夫重要取决于资料出气的功夫
。在刚起头抽气的几个幼时内，资料出气率是变量，因而真空室的总出气量是随抽气功夫而衰减，推算达到某一压力所必要的功夫由总出气量和泵有效抽快的比值决定，通常可用查资料出气率曲线和画图的步骤进行推算
。

例如推算抽到压力P?所需的抽气功夫步骤：

（1）推算真空室平衡压力为P?时的出气量Q，其值蹬宗泵或泵机组在压力为P?时的排气量[Pa?L/s]：

（2）推算真空室中资料表表为A?的均匀气快率 [Pa?L/s]：

（3）凭据资料出气率曲线（可参考《真空工程设计》-刘玉魁），查出的点，与此点相对应的功夫，即为达到平衡压时所必要的功夫
。

4.3真空室压力降至某一压力值时的抽气功夫

真空室压力降到初始压力的1/2时的抽气功夫：

真空室压力降到初始压力的1/10时的抽气功夫：

真空室压力降到初始压力的1/e时的抽气功夫：

其中，V?为真空室的容积，[L]
；S?为泵或机组对真空室抽气口的有效抽快，[L/s]
。

5.选泵抽快及前级泵配置

下图为典型的涡轮分子泵抽气道理图，由于涡轮分子泵不能直接抽大气，故必要用前级泵（通常选取各种类型的机械泵）将真空室抽至50 ~ 100 Pa再启动涡轮分子泵，因而涡轮分子泵选型时必要把稳和前级泵的适配
。

图2典型涡轮分子泵抽气道理图

5.1主泵选择及抽快推算

拔取主泵是设计真空系统的关键问题，重要凭据是：

• 空载使劓空室所必要达到的极限真空度，通常主泵极限真空要比真空室的极限真空高半个到一个数量级
  。
• 凭据真空室进行工艺出产时所必要的工作压力，重要由以下步骤：

（1）推算主泵的有效抽快S

其中，p_g?为真空室要求的工作压力，[Pa]
；Q?为真空室的总气体量，[Pa?L/s]，通常由三部门组成，真空室工作过程中产生的气体量、真空室及真空元件的放气量、真空室的总漏气量
。

（2）确定主泵的抽快S_p

凭据有效抽快S?以及泵与真空室之间的连收受路的流导U?确定主泵的抽快Sp，凭据流导的串联公式：

通常情况下，推算主泵的有效抽快S?必要增大20% ~ 30%或更大
。

• 凭据被抽气体种类、成分、温度以及气体含尘埃杂质情况选择主泵
  。
• 凭据真空室对油传染要求的分歧选择有油、无油或半无油真空泵
  。
• 凭据投资及日常守护等经济指标来选择
  。

5.2前级泵配置及抽快确定

前级泵选择的准则是：

• 要求前级泵造成主泵的工作所需的预真空前提
  ；
• 抽走主泵产生的最大气体量
  ；
• 必须满足主泵进气口能工作的最大压力时所需的预抽功夫要求
  。

对于涡轮分子泵的前级泵，抽快该当满足：

其中，S_p为前级泵的抽快，[L/s]
；P_j?为涡轮分子泵前级压力，[Pa]
；Q_max?为最大流量，[Pa?L/s]，涡轮分子泵安稳抽快领域为1E-1~ 1E-4Pa，因而最大流量应蹬宗1E-1Pa下的抽快与该压力之积
。

具体抽快可由下式推算：

其中，t?为预抽功夫，[s]
；P_i?为设备起头抽气时的压力，[Pa]
；K_g?为建改系数，与设备抽气终止时的压强P?有关，P?在1E5~ 1E4 Pa领域内时K_g=1，P?在1E4 ~ 1E3Pa领域内时K_g=1.25，P?在1E3~ 1E2Pa领域内时K_g=1.5，P在1E2~ 10 Pa领域内时K_g=2，P?在10 ~ 1 Pa领域内时K_g=4
。

参考文件：

[1]刘玉魁.真空工程设计[M].北京:化学工业出版社,2016.

[2]达路安.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社,2004.

[3] GB/T 3163-2007,真空技术术语[S].

[4] GB/T 7774-2007,真空技术涡轮分子泵机能参数的丈量[S].