東北大學首期

《真空技術》

培訓班系列教程之六工工點工果免設計主

講

人

：

王

繼

常東

北

大

學真空系統設計東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程

之工

其采終之試上話計>

1

.

真

空

系

統

的

組

成>

2

.

真

空

技

術

基

本

方

程>

3

.

真

空

系

統

的

設

計

計

算>

4

.

氣體

流

動

狀

態

的

判別>5.

流

導

的計算>6.抽氣時間的計算>

7

.

真

空

密

封真空系統設計2東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真

采

的

組

成◆

1.1

真空系統

的概念◆

1.2真空系統的組成元件◆

1.3真空系統示意圖◆

1.4高真空系統◆1.5真空系統設計的基本內容真空系統設計3東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方1.1

真空系統的概念◆

什么是真空系統?用一句話來概括，真空系統就是用來獲得有特

定要求的真空度的抽氣系統。真空系統設計4東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之1.2真空系統的組成元件一個較完善的真空系統由下列元件組成：1.抽氣設備：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、各種規管；

5.其它元件：例如捕

集器、除塵器、真空繼電器規頭、儲氣罐等。真空系統設計5東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方1

.

3真空系統示意圖一個要進行真空處理的容器，用管道和閥門

將它與真空泵連接起來，同時在容器上設置真空

測量裝置，這就構成了一個最簡單的真空抽氣系

統(如圖1)。真空系統設計6東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方1.4高真空系統圖1所示的最簡單的真空系統只能獲得低真空度，當需要獲得高的真空度時，需要添加高

真空泵。當串聯一個高真空泵之后，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

保

持

真

空。如

果

所串聯的高

真空

泵

是

一個油擴散泵，為了防止大量的油蒸氣返流進入

被抽容器，通常在油擴散泵的入口加一個捕集器

水冷障板(如圖2所示)。根據要求，還可以在管路中加上除塵器、真空繼電器規頭、真空軟連

接管道、真空泵入口放氣閥等等，這樣就構成了

一個較完善的高真空系統。真空系統設計7東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空系統設計8東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之高真空油擴散泵機組真空系統設計9東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之六1

.

5真空系統設計的基本內容◆

真

空

系

統

設

評的

理

在

商

備：

根

據

被

抽

容

器

對

真

空

度的要求，選擇適當的真空系統設計方案，進行

選、配泵計算；確定導管、閥門、捕集器、真空

測量元件等，進行合理配置，最后劃出真空系統

裝配圖和零部件圖。真空系統設計10東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之2.

工

現

取

張

成

保

分

照◆2.1

真空系統的最主要性能參數：極限真空度和有效抽速◆

2.2流導的定義◆

2.3真空技術基本方程◆2.4真空技術基本方程在真空系統設計中

的意義真空系統設計11東北大學首期《真空技術》

培訓班系列教程之方2.1

真空系統的最主要性能參數；測限真空度和有效描述真空系統的概限真室度是指在沒有外加負荷的情況下，經過足夠長時間的抽氣后，系統所能達到的最低壓力。真空系

統

對

容

器的有數輔速是指

在

容

器出

口處的壓力下，單位時間內真空系統能夠從被抽

容器中所抽除的氣體體積。真空系統對容器的

有效抽速不僅取決于真空泵的抽速，也取決于真

空系統管路對氣體的導通性能，即所說的流導。真空系統設計12東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方2.2流導的定義◆流導的定義是：在單位壓差下，流經管路的氣流

量的大小

。子來表示，即：式中

C—

/s;Q—

流經管路的氣流量，Pa·m2/s;P1、P2—分別是管路的入口

壓力和出口壓力，Pa。真空系統設計13可以改寫為：

(c)方程(a),(b),(c)

本質上是同一個方程，在真空系統

設計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C,就可以計算出系統對容器

有效抽速，這個方程被稱為真空技術基本方程。◆如果用Se來表示真空系統對容器的有效抽速，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，則有東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方2.3真空技術基本方程真空系統設計14東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方2.4真空技術基本方程在真空系統設計中

的

意

義◆從方程(2b)可以看出：如果管路的流導C

遠大于泵的抽速Sp,則Sp/C

的值遠小于1,此時真空系統

對容器的有效抽速Se≈Sp。

這就是說為了充分

發揮泵對容器的抽氣作用，在設計真空系統管路

時，應使管路的流導盡可能大一些。因此真空管

路應該粗而短，切不可細而長。這是設計連接管

道時的一條重要原則。相反，如果管路的流導C遠小于泵的抽速Sp,則C/Sp

的值遠小于1,從方程

(2c)可以看出，此時真空系統對容器的有效抽速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。真空系統設計15東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之馬

真

見

點色白幼

中◆3.1主

泵◆3

.

2配泵◆3.3儲氣罐和維持泵◆

3.4

真空系統設計中應該注意的問題◆

3.5真空系統的典型形式◆3.6真空系統的結構設計◆

3.7真空系統操作規則真空系統設計16東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方3.1

選

主

泵選主泵要考慮兩個方面，

一是避搖重乘的類型，二是確分定重密抽速的大

。3.1.1

主泵的類型硒和定

發西型的的的被溫(1)根據被抽容器所要求達到的極限真空度和

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(如高半個數量

級)。每一種泵都有其最佳工作壓強范圍，應保

證將被抽容器的工作真空度選在主泵的最佳抽

速壓強范圍內。各種真空泵的工作壓強范圍見

圖11。真空系統設計17東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方101325

1333.22

13.331.33×1y21.43×1031.33×1031.38×10’1.33×10°

1.33×101真空系統設計圖11

各種真空泵的工作壓強范圍18東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(2)根據被抽氣體的種類，每種氣體所占的比例以及氣體中所夾雜的灰塵情況。為此，應當對各種真空泵的性能及使用特點進行

了解。(3)根據初次投資和日常運轉維護費用。當兩種類型以上的泵都適合選用時，則要根據經

濟指標來確定主泵。在比較經濟指標時，要從整

套真空系統來考慮。如圖12是油擴散泵、油增壓泵、羅茨泵系統單

位抽氣速率(L/s)的價格與入口壓強間的關系曲

線。圖13是單位抽氣速率(L/s)的輸入功率與入

口壓強的關系曲線。真空系統設計19真空系統設計東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之1.

油擴散泵

2

.羅茨泵3

.

油增壓泵圖

1

2整套抽氣系統每單位抽速(l/s)的價格與入口壓力

的關系曲線20東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆由兩個圖中的曲線可見，在1.33×10-1~

13.3Pa的壓強范圍內，以油增壓泵為主泵

的真空系統比較經濟

，

所需要的功率小

。在壓強低于1.33×10-1Pa

的范圍內，油擴

散泵抽氣系

統

比

較

經

濟

。

在

壓

強

高

于13.3Pa

的

范圍內

，

羅

茨

泵

抽

氣

系

統

比

較

經

濟。所以

在

選泵

過

程中

應

立

足

于即

適

用

又經濟

。真空系統設計21東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方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.)真空室內排氣流量的計算Q=Q?

+

Qn+

Qf+

Qi

P

a

m

S式中Q一真空室中產生的總的氣流量；Q?

一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

一真空室內所用耐火保溫材料的出氣流

量，Pa-m3/s;3真空系統設計22東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之Q;一暴露于真空條件下的真空室內壁和所有

構件表面解析出來的氣流量，

Pa-m3/s;Q?一真空室外大氣通過各密封連接處泄漏到真空室內的氣流量，Pa-m3/s.以上各量在不同的真空應用設備中不一定

都存在，這要根據不同情況具體考慮。真空系統設計23式中q?一被熔煉或被處理材料單位質量的含氣量在標準狀態下的體積，m

2/kg;G—

被熔煉或處理材料的總質量，kg;

Pa一標準大氣壓，101325Pa;b一排氣程度，表示一次熔煉或處理所排出的氣體占總含氣量的百分比；東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之a.Q,

的計算真空系統設計P

a

m24S3表3材料放氣的不均勻系數處理方法n

值電子束熔煉和自耗電極電弧熔煉電阻爐1.2真空感應爐感應加熱和熔煉時感應精煉時2東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之n一材料在熔煉或處理時放氣的不均勻系數，

見表3;t一材料被熔煉或處理的時間，s。真空系統設計25東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方當給出材料在熔煉或處理前后化學成分的變化

時用下式計算Q?=U×103(3.15C+1.35N+

18.91H)Pa·m3

S式中

v

一熔煉速度，kg/min;C

、N

、H一碳元素、氮無素和氫元素在熔

煉前后的減少量占原含量的百分比。真空系統設計26東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方b

.Qn

的

計

算某些真空設備的真空室內要求加熱到較高

的溫度。真空室內必須使用耐火保溫材料，如碳

氈、碳布、硅酸鋁纖維等材料，其放氣量的計算

Qn

=90V,P?式中，qn一耐火保溫材料單位體積放氣在標準狀態

下的

體

積

，m3/m3;V,

一所用耐火材料的體積，m3;Pa一標準大氣壓，Pa;t

一耐火保溫材料被加熱的時間，s。如下式真空系統設計P

a

·

m

3

S27東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之c.Qr

的計算暴露于真空下各種構件材料表面的放氣流

量用下式計算Qr=

乙

qiiAi式中

qii

一第1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據；A;一第i種材料暴露于真空條件下的表面積,m2。真空系統設計28東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方在利用式(38)計算真空室內的總排氣流量時，對

于某一種確定的真空設備，要根據具體情況而定，如有的設備沒有用耐火保溫材料，則不必計算Qn

這一項。有些材料的放氣量實驗數據無處可查，

則可以采用與其相類似材料的放氣量數據作為

代替。漏氣流量Q?

的計算用式(28)。真空系統設計29東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之(2.)被抽容器所要求的有效抽速的計算設被抽容器內的最大排氣流量為Q

Pa·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為真空系統設計30東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(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

C

是未知數。根據式(2)無法計算主泵的抽速S。

通

常

按

經

驗公

式

粗

算

主

泵的

抽

速S=KsSey

m3/s式中Ks—

在真空室出口主泵的抽速損失系數，當

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;

當采用捕集器時，取Ks=2～2.5。真空系統設計31東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方主泵抽速S粗算出來后，按S值在真空泵的產品系列中選出符合粗算值S的主泵，設粗選出

的主泵抽速為Sp。(4)驗算主泵的抽速根據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。利用流導計算公式計算出被抽容器出口到主泵入口之間高真空管路的流

導C,再)計算粗選主泵對真空室出口的有效抽速

Se,若S。大于或等于被抽容器所要求的有效抽速

Sey,則認為粗選的主泵的大小合乎要求，否則應重新粗選主泵，再進行驗算，直至合乎要求為止。真空系統設計32東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方3.2配泵◆主泵選定之后，重要的問題是如何選配合適的前

級泵和預抽泵。通常前級泵直接影響主泵的抽氣性能，影響真空系統的抽氣時間和經濟效益。◆

前級率用時交方要面成畫而心點則(1)前級泵應保證能及時排出主泵所排出的氣體

流量。(2)前級泵在主泵(如擴散泵、油增壓泵、分子泵和羅茨泵)出口處造成的壓強應低于主泵的最

大排氣壓強。(3)兼作預抽泵的前級泵應滿足預抽時間的要求。真空系統設計33東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方所

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抽管道閥，確定各部分

連接管道的尺寸。根據以上的確定，可繪制出真

空系統設計圖。真空系統設計34東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

幾種典型主泵的配泵(1)油蒸氣流泵作為非深當選用油蒸氣流泵作為主泵時，配前級泵的

方法可以按經驗標準所推薦的前級泵的大小來

確定，見表4。表

4油蒸汽流泵薦用前級泵抽速油擴散泵抽速，m3/s0,020.0750.180.280,81,43,45,4142235100薦用前級泵抽速，m3/s0.00050.0010,00250.0040.00950,0150,0450.060,150,240.35油增壓泵抽速，m3/s0,51248142540薦用前級泵抽速，m3/s0.030.030.060.150.30.61.23真空系統設計35東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(2)幼于乘作為主泵分子泵作為主泵時，其抽氣能力與前級泵的

抽氣能力有密切關系。分子泵的前級側需要保

持分子流狀態，它才能穩定工作。為了保證分子

泵前級側處于分子流狀態，通常按下式選取前級

泵的抽速S?=(2%~10%)S?S?一分子泵的抽速，m3/s;S?一前級

泵的

抽

速

，m3/s。真空系統設計式中3mS36東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(3)羅羰系作為主家羅茨泵作為主泵時，通常可用油封機械泵或水環泵作為羅茨泵的前級泵，前級泵的抽速可根

據

經

驗

公

式

選

取

。式中

S?

一羅茨泵的抽速；S?一油封機械泵作為前級泵的抽速；Ss

一水環泵作前級泵的抽速。37真空系統設計東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之3.3儲氣罐和維持泵(1)作用：在前級泵停止工作時，保證能排出主泵內的

氣體。(2)使用場合：a.儲氣罐：儲氣罐不能作得很大，它只能用在以擴散泵為

主泵的小型系統上，或是某些較小應用設備，

在其工藝過程中不允許有振動，即在工藝進行

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上。真空系統設計38東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方3.4

真空系統設計中應該注意的問題(1)真空元件相互聯接時，應盡量作到抽氣管路短，

管道流導大，導管直徑一般不小于泵口直徑，這

是系統設計的一條重要原則。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

許機械泵設置在靠近真空室的泵房內。(2)機械泵(包括羅茨泵)有振動，要防止振動波及整個系統，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)真空系統建成后，應便于測量和檢漏。為了迅

速找到漏孔，要進行分段檢漏，因此每

一

個用閥

門封閉的區間，至少要有一個測量點。真空系統設計39東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(4)真空系統中配置的閥門和管道，應使系統抽氣

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(擴散泵或油增壓泵);和一個機

械泵作為前級泵的系統上，除了有前級管道(蒸

氣流泵串聯機械泵的管道)外，還應有一個預真

空管道(真空室直通機械泵的管道)。其次是在

真空室和主泵之間設有高真空閥門(也稱主閥),

在前級管道上設有前級管道閥(也叫低真空閥);

在預真空管道上設置預真空管道閥(稱低真空

閥)。機械泵入口管道上，應設一個放氣閥門，防止機械泵停泵時返油。真空室上也要設置放氣

閥門，給裝料和取料時用。真空系統設計40東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之(5)真空系統的設計應保證排氣穩定可靠，安裝拆

卸維修容易，操作方便，各元件間的連接有互換

性

。(6)真空系統設計中要采用新技術，做到自動控制

和聯鎖保護

。(7)真空系統設計中要求做到節省能源，降低成本，

使用方便可靠。真空系統設計413.5

真空

系

統

的

典

型

形

式3.5.1靜器系繞和物蕊系統靜

綜

真

定

系

統系統中沒有氣體流動，系統

內各部分的壓強相等，而且長時間不變化。凡是

真空室或管道內沒有放氣或漏氣的系統均屬靜

態真空系統。實際上，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，系統中幾乎沒有氣流就可以認為

是靜態真空系統。動態真空素統：系統中有氣體流動，系統中

各處壓強不等，系統的各截面有壓強降落。凡是

真空室或系統某處有放氣或漏氣的真空系統均

屬

此

類

。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計42東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方3.5.2

真空系統分類(1)按真室系統工作真室度的高低可分為低真空系

統、中真空系統、高真空系統和超高真空系統。(2)按真室系統工作的清潰程度可分為有油真空系

統(真空室有油蒸氣污染的)和無油真空系統(真空室無油蒸氣污染的)。(3)按真鑒素統的鋁構描料可分為玻璃真空系統

(除了機械真空泵以外全由玻璃制成)和金屬真

空系統。在實際應用中，人們往往把上述不同的分類加以綜合，稱為“大型動態金屬高真空系統”、“無油超高真空系統”、“玻璃高真空系統”

等等。真空系統設計433

.

5

.

3地型們真形統形式(1)低真空系統這

種

系

統

應

用比

較

普

遍，

許

多

應

用

設

備

都

采

用

該

種系統。如自耗爐真空系統，感應爐真空系統和

一些熱處理爐的真空系統等。低真空系統一般

是由兩個以上的泵串聯組成的。下面介紹幾種系統：◆只用機械泵給真空室排氣，系統比較簡單，在低

真空范圍內，真空度低于1.33×10-1Pa。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計44東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

增通(主泵)串聯機械(前級泵)工作壓強范圍：1.33～1.33×101Pa。優點：抽氣能力大，系統簡單，振動小，工作穩定可靠，維修方便，成本低。缺點：預抽時間長(同羅茨泵系統比較),工作中需

要較貴重的增壓泵油。下圖為采用油增壓泵(主泵)串聯機械泵(前級泵)的

真空

感

應

熔

煉

爐

。真空系統設計45東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真

空

感

應

熔

煉

爐真空系統設計46東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

羅

炭

醉串

聯

初工作壓強范圍：1.33～1333Pa。優點：預抽氣時間短。缺點：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為一實例，另外在圖14后又給出了一羅茨

泵串聯滑閥泵的機組。真空系統設計47真空系統設計1.滲碳室

2

.

除塵器3

.氣動閥4

.羅茨泵

5.口徑可調閥

6

,

放

氣

閥

7.前

級

機

械

泵8.

小

機

械

泵圖14

離子滲碳及淬火爐的真空系統東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之48東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之羅茨泵串聯滑閥泵機組真空系統設計49東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之羅凝戀串聯小型羅蒸乘(中間泵),再串聯

照工作壓強范圍：0.133～1333Pa。優點：工作壓強范圍大，工作真空度高。下圖為一實列真空系統設計50東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方羅茨泵串聯小型羅茨泵(中間泵),再串聯機械泵真空系統設計51東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

以油增屈乘和羅蕊乘為主泵，兩個泵出口串聯羅

凝乘，再串聯概械配工作壓強范圍：0.133～1333Pa。優點：具有羅茨泵系統和油增壓泵系統的雙重特

點

。圖Ⅲ5為一

例真空系統設計521.熔

煉

室

2

.

真

空

氣

動

閥

3

.

羅

茨

泵(

主

泵

)

4

.

氣

動

管

道

閥5.

中

間

羅

茨

泵

6

.

放

氣

閥

7

.前

級

機

械

泵

8

.

維

持

泵

9

.

油

增壓泵(主泵)圖

1

5

自耗電極電弧爐的真空系統東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計53東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆除了上述幾種之外，還有油增質需羅襲寐，

兩藏磨的真空系統，

以及羅器率用廉水

環察的真空系統，它適合于排出灰塵較多的應用

設備上。真空系統設計54東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(3)高真空系統◆這種系統應用也比較廣泛。它的工作壓強范圍

在6.67×10-2～1.33×10-3Pa

。如鍍膜機、電子

轟擊爐和部分電阻爐等都采用高真空系統。幾種典型高真空系統◆出療一數

串

耳

聯

韌應

用

范圍：

一

般

用

在

工

作

時

放

氣

量

較

小

的

應

用

設備上。優點：結構簡單，工作可靠，成本低。缺點：系統起動慢，預抽氣時間長。擴散泵油蒸

氣容易返流到真空室中去。下圖為擴散泵串聯滑閥泵機組真空系統設計55東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之擴散泵串聯滑閥泵真空系統設計56東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆擴數嚴串

聯油增虛架，再串聯架該系統起動慢，

由于有中間油增壓泵存在，故預

抽氣時間短些。◆

產散硬串聯羅

乘，再串聯柳系統起動慢，但預抽氣時間短(因為中間有羅茨

泵)。商真堂素統實例(圖16)和

一

個護散泵肆聯羅

淡

泵

和

滑閥

乘

機

組真空系統設計571.

真

空

室

2

.

高

真

空

氣

動

閥

3

.

擴

散

泵

4

.

管

道

閥

5

.

羅

茨泵

6

.放氣閥

7.

前

級

機

械

泵

8

.維持泵圖

1

6

采

用

擴

散

泵

的

高

真

空

系

統東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計58真空系統設計59東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(4)超高真空系統◆由于原子能工業和火箭技術的發展，超高真空技

術也得到迅速發展和應用。兒

種

地

以

超

需

工

空

無

統◆用崩散泵和鈦霏并聯為主泵，擴散泵單獨串聯前

級額減可以達到極限真空度為1.33×10-6Pa。圖17所示為鈉燈超高真空封接爐的系統真空系統設計60東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空系統設計1.封

接

室

2

.

超

高

真

空

閥

3

.

超

高

真

空

擴

散

泵

4

.

超

高

真

空閥

5

.

放

氣

閥

6

.

機

械

泵

7

.

鈦

升

華

泵

g.

前

級

管

道閥圖

1

7

鈉

燈

封

接

用

的

超

高

真

空

系

統61東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆產旋要串聯(中間泵),再串聯需該系統的特點是能獲得超高真空，并能穩定工作。圖18為一個超高真空系統和設備的結構圖。

主泵是一個水銀擴散泵，泵頂有冷卻擋板和液氮

冷阱，中間泵也是水銀擴散泵。在中間泵和前級

機械泵之間設有油蒸氣捕集器。并設有各種單獨的加熱器，烘烤真空室和主泵頂部及捕集器真空系統設計62東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空系統設計圖

18超

高

真

空

系

統63東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

主泵為分于驃串聯機械察由于機械泵有油存在，需要在機械泵入口管道上

設置捕集器冷凝油蒸氣。如果分子泵串聯分子

篩吸附泵(前級泵),則構成了無油超高真空系統，

該

系

統比

較

清

潔

。◆

和

發躺離行乘做為主泵，并聯或串聯篩

吸簡

(做為預真空泵),或用鈦泵聯接預真空機械泵，在機械泵的入口管道上加油蒸氣捕集

器。該系統為無油超高真空系統圖19為一實例真空系統設計641.濺

射

離

子

泵

2

.

鈦

升

華

器

3

.B-A規

接

口

4

.

超

高

真

空

閥5.中

真

空

規

接

口

6

,

放

氣

閥

7

.

低

真

空

閥

8

.

吸

附

泵圖19

超高真空系統簡圖65東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空系統設計東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆用低溫泵做為主泵，串聯或并聯于篩吸附泵(預真空泵),構成無油超高真空系統。同樣也可

以用柳械醒做為預真空泵，在機械泵入口管道上

設

置

油

蒸

氣

捕

集

器

。真空系統設計66東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(5)真空機組a.真空機組是不帶真空室的排氣系統，其結構緊湊

占地面積小，

目前國產機組有油擴散泵機組，油

增壓泵機組和羅茨泵機組。機組名稱以主泵命名

。b.幾種真空機組◆而意河真和業組工作真空度：6.67×10-2～1.33×10-3Pa

極限真空度：1.33×104Pa組成元件：油擴散泵、機械泵、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。真空系統設計67.三通

閥4

.前

級

真

空

測

量

規

管

接

口7.儲

氣

罐

8

.

擴

散

泵

9

.

電

磁

閥

1

0

.擴散泵真空機組外型圖東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方1.

蝶

閥

2

.

充

氣

閥

35.橡膠管6

.

擋

油

器機械泵圖

2

0真空系統設計O68東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆中制真空

增壓要機細工作真空度：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。◆聲真

簽

羅工作真空度：1.33～1.33×103Pa極限真空度：1.33×10-1Pa組成元件：與油增壓泵機組相同。真空系統設計69東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方3.6真空系統的結構設計◆

真

空

系

統

的

結

構

設

計

主

要

考

慮

密

封

可

靠

，

結

構

合

理，材料對真空度影響要小。◆該元戶中嚴應應

意，面的間是(1)選擇結構材料應盡量用國家標準中的無縫鋼管

和板材，盡量減少焊接結構，有利于真空部件氣密性質量。(2)保證焊接后焊縫不漏氣。要求技術水平較高的

工人進行焊接，提高焊接質量，合理地設計焊接結

構

也

很

重

要

。(3)結構上要保證快速抽空。避免出現隔離孔穴(氣袋),如圖21所示。真空系統設計70東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空系統設計71東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(4)減少表面放氣。處于真空內的構件和殼體內壁

表面粗糙度越高越好。最好進行電鍍拋光，氧化

處

理

等

。(5)真空系統上各元件之間多用法蘭連接。而法蘭

與管子之間是焊接結構。由于焊接時易引起法

蘭變形，故目前國內都采用焊接后再對法蘭加工，

這樣即可達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

結構加以保護。真空系統設計72東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(7)保證真空系統元件殼體和真空室殼體有足夠強

度。實驗表明真空容器采用圓形結構較好。端

蓋采用凸形結構為好。壁厚已經有了標準盡寸，

當然也可以計算。(8)由外部進入真空室內的轉動件或移動件，要保證可靠的動密封。除了選擇好的密封結構外，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，

而且不易發現。真空系統設計73東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(9)真空系統上測量規管座位置安排應遵循如下原

則：◆不能將測量規管放在密封面較多的地方。因為

每

一

個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。◆規管內壁各處，必須保證真空衛生。否則會造成

測量不準。◆規管應盡量接在靠近被測量的地方，以減少測量

誤差。真空系統設計74東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(10)真空室殼體上的水套結構，要保證水流暢通無

阻。更

不能出

現

死

水

造

成

局

部

過

熱。因

此

進出

水管位置要一下一上，且設置流水隔層，使水沿

一定路線流動。真空系統設計75東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之課

程

結

束謝

謝真空系統設計76東業大學首期《真空技術》

培訓班系列教程之4,氣體流動狀密的判別◆4.1氣體流動狀態對流導的影響◆4.2氣體流動狀態的分類◆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

式真空系統設計77東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方4.1

氣體流動狀態對流導的影響氣體在管道中的流動狀態不同，管道的流導也不一樣，也就是說，管道對氣體的流導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，在有的流動狀態下還取決于

管道中氣體的平均壓力。所以在計算管道對氣

體的流導時，首先必須判明管道中的氣流是哪一

種

流

動

狀

態

.真空系統設計78東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方4

.

2

氣

體

流

動

狀

態

的

分

類◆在真空狀態下，氣體通過管道的流動屬于稀薄氣

體流動。在真空系統管路中的氣流有五種流動狀態：

流必稱需流，

蕩

需

一元

金濃層他出

出

一流分子湯(必稱自曲分市流，貢繞森流。湍—粘滯流是湍流和粘滯流之間的過渡狀態。粘滯—分子流是粘滯流和分子流之間的過渡狀態。真空系統設計79東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之4.3

湍流、湍

—

粘滯流、粘滯流之間的判別

式◆對于室溫20℃空氣、湍流、湍—粘滯流、粘滯

流之間的判別式是@E26GOD

物出范@1450D

物后濃指遠5@D=O=2660D

為深帶一宣

流式

中Q

—通過管道的氣體流量，Pa-m2/s;

D—

管道的內徑，m.真空系統設計80西骨至

而氣水m0一月級

為形分干流6.65x10Ean≤DF≤0.665Fan

為

粘分子流式

中

D

—

管道的內徑，m;P—

管道中氣體的平均壓

強

，Pa。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方4.4

粘

滯

流

、

粘

滯

—分

子

流

和

分

子

流

之

間

的

判

別

式◆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硒

溶

層

后

度

0真空系統設計為

液告流81東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之3.流

子

的

計

算◆5.1

流導

和

流

導

幾

率5

.

1

.

1流導5

.

1

.

2流導幾率◆5.2流導的計算5.2.1

粘滯流時流導的計算5.2.2分子流時流導的計算真空系統設計82東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之5.2.3粘滯—分子流時，圓管對于室溫空

氣

的流導

的計算5.2.4管路元件串、并聯時，流導的計算5.2.4.1

串聯管路的流導5.2.4.2

并

聯

管

路

的

流

導真空系統設計83東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方5.1

流導和流導幾率5.1.1

流

導◆流導的定義：在單位壓差下，流經管路元件氣流

量的大小被稱為流導。◆

流導的定義式：Q

一氣流量，單位Pa-m3/s;P?-P2

一管路壓強差，單位Pa;C

一流導，單位m3/s。真空系統設計84東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆流導的意義：流導的大小說明在管路元件兩端

的壓強差P1-P2

一定的條件下流經管路元件的

氣流量的多少。當壓差P1-P2一定時，流導C

的

值較大，那么流經管路元件的氣流量Q的值就較

大；反之流導C

的值小，則流經元件的氣流量Q

就小。所以作為真空系統管路元件，不管是導管、

還是閥門、捕集器、除塵器等，都希望它的流導值盡可能大一些，使氣流能順利地通過。因此，

流導

是

真空

系

統

管

路

元

件

的

一

個

重

要

參

數。

在

真空系統設計計算中，要計算管路元件以及某段

真空系統管路的流導。真空系統設計85東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方5.1.2

流導幾率◆流導幾率的定義：流導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入元件能從管路元

件的出口逸出的概率。在分子流狀態下，利用流導幾率來表征真空系統管路元件對氣體的導通性能更直觀，更

本質。◆流導幾率的定義式：

(a)則

C=Cm·p,

(b)式中pr—流導幾率；

C—管路元件的流導；Ck—

管路元件入口孔的流導。真空系統設計86東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方5

.

2流導的計算在真空系統中，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。5.2.1

粘滯流時流導的計算◆

5.2.1.1

薄壁孔粘滯流時氣體流經薄壁孔，如圖4所示，當P1>P2

時，氣體從空間流向空間。試驗發現：當

P1不變時，隨P2下降，通過孔口的流速和流量都

增加，但當P下降到某一值時，它們都不再隨P2下

降

而

增

加

。真空系統設計87ⅡIP2T>1東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之圖4

粘滯流時氣體流經薄壁孔真空系統設計88東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆對于室溫空氣，面積為Am?的薄壁孔的流導為：≥0.525時，C-766r*~*√

1-*,,m式中

r

為孔口兩側的壓強比，r=P?/P?,

其中P?>

P?;A為薄壁孔的面積，m2。?<0525時，r<0.1

時

，

Cw

≈200A真空系統設計2

Sm

389O≥0525m,C-002

-=,r<0.式中，D

為圓形薄壁孔的直徑，m。1217東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆對于室溫空氣，圓形薄壁孔的流導為：真空系統設計90東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆5.2.1.2不考慮管口影響時，圓管的流導當管道的長度比較長，管口對氣流的影響。

在工程計算中，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

實質是可以不考慮管口的影響進行計算。設圓

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為：C-134×10

m2/s式中p是管道中氣體的平均壓強，Pa。真空系統設計91◆5.2.1.2考慮管口影響時，圓管的流導在粘滯流條件下，氣流從大容積進入管口，

在管口處受到影響，這種影響破壞了粘滯流的應

有秩序，使管道的流導減小，這種影響常稱為管口效應。在工程計算中，

一般認為管道的長徑比

L/D<20

時，管口效應的影響在進行計算中不能

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

導用下式計算：Cw

=1.34×102

L+2.96

?0P-2Q

m2/s式

中

L和D分別為管道的長度和直徑，m;p

是

管道中氣流的平均壓強，Pa;Q是管道中的氣流量Pa·m2/s

·東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計92東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之5.2.2分子流時流導的計算◆

5.2.2.1

薄壁孔分子流時，對于室溫空氣，面積為A

m2的薄

壁孔的流導用下式計算：Cm=116A對于直徑為D

m的圓孔：Cm

=91D2真空系統設計m

3

S93式中，,是氣體分子熱運動平均速率；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，K

值的大小由實驗確定。由式(15)導出的圓管的流導為

(16)式中

L和D分別為圓管的長度和直徑，m。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆5.2.2.2不考慮管口影響時，圓管的流導不考慮管口影響時，在分子流條件下，任意截面形狀

管道的流道計算式可由克努森流導積分公式導出真空系統設計(15)94東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆5.2.2.3不考慮管口影響時，圓錐形管的流導式中D?為錐管大端直徑，m;D?為小端直徑，m;L

為

錐管軸線長度，m。對于圖5所示的截

圓錐形管道，其分子流

流導的計算式為真空系統設計圖5截圓錐形管道95東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆5.2.2.4考慮管口影響時，圓管的流導設圓管的長度為L,半徑為R,直徑為D=2R。

在分子流條件下，考慮管口影響時，圓管的流導幾率p,如下：L/R≤1.5

時，20+8L/R>1.5

時，p,20+10分+臺真空系統設計96L/R=13m

L/R>1.5時，Cμ=91D2

20+16分20*2

分·1]東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之因此，當考慮管口影響時，圓管對于室溫空

氣的流導計算式為：真空系統設計S9732東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆

5.2.2.5

真空閥門的分子流流導對于真空閥門的分子流流導計算可用下式：Cr=

Cfk·pr

m2/s式中Cm一閥門入口孔的分子流流導，m3/s;Pe一是閥門的流導幾率。真空系統設計98東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

5.2.2.6常用水冷障板的流導水冷障板的分子流流導的計算可用兩種方法。一種是利用“比流導”的數值進行計算，“比流導”指的是捕集器入口單位面積上的

流導，利用“比流導”數據進行計算可用下式：式中Cs是捕集器的比流導，m2/m2.s;其數值可

查有關資料；A

是捕集器的入口面積，m?。真空系統設計Cf=3mCs·AS99若冷凝劑用的是干冰(固體CO2),取1=1.2;若是液氮，則取1=1.7。第二種方法是用流導幾率進行計算，對于很多種結構形式的捕集器，其流導幾率值已有資料給出，

因而利用式(8)可方便地進行計算。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方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1。Cf=

Cs·A/真空系統設計3

mS100東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方5.2.3

粘滯—分子流時，圓管對于室溫空氣的

流

導

計

算◆粘滯—分子流時，圓管對于室溫空氣的流導計算

式是真空系統設計m3/s3S3m101S東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之在式(21)和(22)中，D

是管道直徑，m;L

是管道長度，m;P

中氣體平均壓強，Pa;函數J=f(D

P)的數值1。道DP(Pa·m)0.010.020.030.040.050.10.20.30.40.50.6J0.981.071.171.281.391.953.084.215.356.487.61真空系統設計表1J=f(DF)數值表102東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方5.2.4管路元件串、并聯時，流導的計算◆

5.2.4.1串聯管路的流導圖6所示的一段管路，是導管、閥門、捕集器三

個元件串聯。若C1、C2、C?分別是這三個元

件的流導，則它們串聯之后的整段管路的流導為1.

導管

2.閥門

3

.捕集器圖

6

串聯管道示意圖103真空系統設計式中C;是

第i個元件的流導。可見管路元

件串

聯

之

后，

整

個管

路的

流

導

等

于

各

元

件

流導的倒數的代數和的倒數。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆n個管道元件串聯后整個管路的流導為真空系統設計104東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆

5.2.4.2并聯管路的流導圖7所示的整段管路是三條導管的并聯，若

C?

、C?

、C?

分別是這三條導管的流導，則并聯

后組成的整段管路的流導C為C=

C?+

C?+C?2C?圖7并聯管道示意圖真空系統設計105東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆如果有n條管路并聯組成一段管路，則并聯

之后整段管路的流導為nC=

C?+C?+.

+

Cn

=i

=式中C;是第1個管道的流導。可見并聯管

路的

流導

等

于

各

并

聯

元

件

流

導

的

代

數

和

。真空系統設計106東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之氣

幼

七◆6.1

真空系統的抽氣方程◆6.2低真空抽氣時間的計算真空系統設計107東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方6.1

真空系統的抽氣方程6.1.1

真空室內的氣體來源(1)被抽容器內原有的空間大氣。若容器的容

積為Vm2,

抽氣初始壓強為Po

Pa,則容器內原有

的大氣量為VPoPa-m3;(2)被抽容器被抽空后各種材料的放氣。單位時

間內的放氣流量可以用QrPa·m2/s來示；實驗表明，材料表面單位時間內單位表面積的放

氣率q可以用下面的經驗公式來計算9

=

q?f?

十

qo

Pa·m3/(m2·s)真空系統設計108東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方式中

q?

是抽空1h后放氣速率，Pa-m2/(m2.s);qo

是抽空時

間無限長之后材料表面的放氣速率，Pa·m2/(m2·s);t是抽

空時間，h;β是與材料的種類及其預處理狀況有關的放氣時間指數。β值在0.5～2之間變化。真空室內暴露于真空下的構件表面，可能有多種材料，所以總的表面放氣流量Qr為：Qf=

≥A,i

q1

f?i

十

Q?

P

a

·

m

3

S式中，A;是第i種材料暴露在真空下的表面積，m2;q?;是第1

種材料在抽空1h后的表面放氣速率，Pa·m2/(m2·s);β;

是第

i種材料的放氣時間指數；Qo是抽氣時間無限長后總的放

氣

流

量

，Pa-m2/s;t是

抽

空

時間

，h。真空系統設計109東業大學首期《真空技術》

培訓班系列教程之(3)大氣通過容器壁結構材料向真空室內滲透的氣

體流量，以Q

、Pa-m2/s

表

示

。(4)液體或固體蒸發的氣體流量Q,Pa-m2/s。(5)大氣通過各種真空密封的連接處，通過各種漏

隙通道泄漏進入真空室的漏氣流量QPa-m2/s真空系統設計110東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆

6.1.2真空系統的抽氣方程當真空泵啟動之后，真空系統即對被抽容器抽氣。

此時，真空系統對容器的有效抽速若以Se表示，容器中的壓力以P表示，則單位時間內系統所排

出

的氣

體

流

量

即

是SeP。容

器

中

的

壓

強

變

化

率為dP/dt,容器內的氣體減少量即是VdP/dt。

根據動態平衡，可列出如下方程：v

d=-S*P

+

Qf+

Qs+

Q?+這個方程稱為真空系統抽氣方程。真空系統設計111東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆式中V

是被抽容器的容積，由于隨著抽氣時間t的

增長，容器內的壓力P降低，所以容器內的壓強變

化率dP/dt是個負值。因而VdP/dt是個負值，這表

示容器內的氣體減少量。放氣流量Q,

滲透氣流

量Q,,蒸發的氣流量Q,和漏氣流量Q?都是使容器內氣體量增多的氣流量。S.P則是真空系統將容器內氣體抽出的氣流量，所以方程中記為-S?P。真空系統設計112東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方6

.

2低真空抽氣時間的計算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，抽氣時間的計算油封機械泵在大氣壓到102Pa范圍內抽速近似為常抽速。抽氣方程為真空系統設計113東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆(1)不考慮管道影響和漏放氣時抽氣時間的計算

假定真空泵的入口直接連到容器出口上進行抽空，如圖8所示，則可以不考慮管道影響和漏真空系統設計放氣。114東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆則可得抽氣時間計算的最基本的公式1-￥Im。V是容器的容積，m3;Sp是真空泵的抽速，m2/s;P?

是抽氣開始時容器內的壓強，Pa;P是抽氣終了時

容器內的壓強，Pa;t是將容器內的壓強從P?降

低

到P的抽空時間，s。真空系統設計115東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆(2)不考慮管道影響而考慮漏放氣時抽氣時間

的計算t-￥imF式中P.是真空系統所能達到的極限真空度，Pa;

其余符號的意義同前。真空系統設計116東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之◆(3)考慮管道影響和漏放氣時，抽氣時間的計算式中S。是真空泵對容器的有效抽速，m2/s;其余符

號的意義同前。真空系統設計117東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆6.2.2變抽速時抽氣時間的計算大多數真空泵的抽速都隨其入口壓強的變化而變化，尤

其是機械真空泵，當其入口壓強低于10Pa時，泵的抽速隨

其入口壓強的變化更為顯著。圖9是某些真空泵的抽速

特性曲線示意圖。P

作a)2X

一雙級旋片泵H一滑閥泵γz

一余擺線真空泵

zPB—

水

蒸汽噴射泵(

5

級

)

ZJ一羅茨泵

z一油增壓泵

k一擴散泵

s—

鈦升華泵圖

9各種泵的特性曲線示意圖真空系統設計118東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(1)分段計算法在一般情況下，計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的關系。如圖10所示。假

定需要求容器內的壓力由Po降低到P的抽氣時間，則可以

將P?

到P這個壓強區段分成n段。段數愈多，計算的抽氣

時間愈接近變抽速的實際。設相應每段的抽氣時間為

t?,t?,…t.…tn,取每段的平均抽速為S?,S?…S,,…Sm

用相應

的公式進行各個壓力區段的抽氣時間計算，然后求其代

數和即得總的抽氣時間t。12·

·

·

+

tn=真空系統設計t=

t?+

t?+i=

1t;119東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方(2)經驗系數計算法油封機械真空泵的實際抽速S隨其入口壓強的

降低而降低。研究其抽速特性曲線發現，其實際

抽速S與其名義抽速Sp的近似關系是：式中系數K在不同壓力區間的取值如表2。表

2

系數

k

的值入口壓力P[Pa]10?-10?10?-103103-102102-1010-1K11,251,524真空系統設計120東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之因此抽氣時間的計算可用下式真空系統設計121東業大學首期

《真空技術》培訓班系列教程之方算

密

時◆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算7

.

2

.

4

墊

圈

密

封

的

機

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

接真空系統設計122東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方7.1

概述◆真空密封的意義真空系統是由真空泵、閥門、撲集器、導管等

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

過接頭發生漏氣，保證真空系統的密封質量。◆根據被連接件的相互關系，可以將真空密封分為兩大類：靜密封連接和動密封連接。密封種類的進一步劃分見圖1。真空系統設計123東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之真空密封連接橡膠軟件密封連接隔板密封磁連接分子運動密封連接減壓密封連接液體密封連接氣

塑

料

密

封

連

接橡膠圈密封連接觀察窗密封連接電輸入密封連接管接頭密封連接法蘭密封連接動密封連接非接觸密封連接

軟件變形密封連接靜密封連接可拆密封連接焊接永久密封連接封接真空系統設計圖1

真空密封連接的分類金屬軟件密封連接接觸密封連接1247

.

2

靜

密

封7.2.1

永

久

密

封

連

接◆永久密封連接用于不需經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械強度。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

脹系數要相近，線膨脹系數之差不大于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。東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方真空系統設計125東北大學首期《真空技術》培訓班系列教程之方◆必心摩建

準

封

和

必

健

密a.匹醒需割：匹配封接指的是膨脹系數相近的玻璃和金屬之間的封接，封接處內應力

小；b.

匹密題：非匹配封接指的是膨脹系數相差較大的玻璃和金屬之間的封接，封接處

內應力大，為了消除玻璃與金屬膨脹

系數相差較大而產生的內應力，

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應力.真空系統設計126東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之非匹配封接分為外封接(玻璃僅熔接在金屬管

壁外側),內封接(玻璃僅熔接在金屬管壁內側)和雙邊封接(玻璃從內、外二側包住金屬管壁)三種。圖2為雙邊密封。圖2

金屬管與玻璃管的非匹配封接(雙邊封接)真空系統設計金屬管玻璃管127焊接方法無壓焊接方法

加壓焊接方法氣焊

電弧焊

電子束焊

電阻焊

冷焊交流

直流

點焊

縫焊

對焊火花對煤鐓焊

·摩接焊圖

3用于真空密封的焊接方法東業大學首期《真空技術》培訓班系列教程之7.2.1.3

金屬與金屬封接◆

焊接方法(圖3)氬弧焊(氨弧焊)原子我焊

碳弧焊

合金焊條取代鎢電極的氬弧焊真空系統設計128◆

真空技術對焊縫的要求：

a.設計焊縫結構時，接頭必須焊透，應避免產生聚集污物的有害空間

。

真空技術中常見的焊

接結構如圖4所示。不正

確正

確(a)(b)(c》A(d)(心

】真空系統設計東業大學首期《真空技術》

培訓班系列教程之a—對焊5一疊焊c—丁字形焊接

d—

角焊

e-

邊緣焊接A一大氣

V一真空圖

4

焊縫結構比較129東業大學首期《真空技術》培訓班