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技術(shù)文章

　　水環(huán)泵和其它類型的機(jī)械真空泵相比有如下點(diǎn)：　　結(jié)構(gòu)簡單，制造精度要求不高，容易加工。　　結(jié)構(gòu)緊湊，泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，無須減速裝置。故用小的結(jié)構(gòu)尺寸，可以獲得大的排氣量，占地面積也小。　　壓縮氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度變化很小。　　由于泵腔內(nèi)沒有金屬磨擦表面，無須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤滑，而且磨損很小。轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之間的密封可直接由水封來完成。　　吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單，維修方便。　　水環(huán)泵也有其缺點(diǎn)：　　效率低，一般在30%左右，較好的可達(dá)50%。　　真空度低，這不僅是因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)上的限制，更重要的是受工作液飽和蒸氣壓的限制。用水作工作液，極限壓強(qiáng)只能達(dá)到2000~4000Pa。用油作工作液，可達(dá)130Pa。　　總之，由于水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，故可以抽除易燃、易爆的氣體。由于沒有排氣閥及摩擦表面，故可以抽除帶塵埃的氣體、可凝性氣體和氣水混合物。有了這些突出的點(diǎn)，盡管它效率低，仍然得到了廣泛的應(yīng)用。

術(shù)語解釋

　　1、真空的定義 　　真空系統(tǒng)指低于該地區(qū)大氣壓的稀簿氣體狀態(tài)　　2、真空度　　處于真空狀態(tài)下的氣體稀簿程度，通常用“真空度高”和“真空度低”來表示。真空度高表示真空度“好”的意思，真空度低表示真空度“差”的意思。　　3、真空度單位　　通常用托（Torr）為單位，近年上取用帕（Pa）作為單位。　　1托＝1/760大氣壓＝1毫米汞柱　　4、托與帕的轉(zhuǎn)換　　1托＝133.322帕　或　1帕＝7.5×10-3托　　5、平均自由程　　作無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的氣體粒子，相繼兩次碰撞所飛越的平均距離，用符號(hào)“λ”表示。　　6、流量　　單位時(shí)間流過任意截面的氣體量，符號(hào)用“Q”表示，單位為帕·升/秒（Pa·L/s）或托·升/秒（Torr·L/s）。　　7、流導(dǎo)　　表示真空管道通過氣體的能力。單位為升/秒（L/s），在穩(wěn)定狀態(tài)下，管道流導(dǎo)等于管道流量除以管道兩端壓強(qiáng)差。符號(hào)記作“U”。 U＝Q/（P2- P1）　　8、壓力或壓強(qiáng)　　氣體分子作用于容器壁的單位面積上的力，用“P”表示。　　9、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓　　壓強(qiáng)為每平方厘米101325達(dá)因的氣壓，符號(hào)：（Atm）。　　10、極限真空　　真空容器經(jīng)充分抽氣后，穩(wěn)定在某一真空度，此真空度稱為極限真空。通常真空容器須經(jīng)12小時(shí)煉氣，再經(jīng)12小時(shí)抽真空，后一個(gè)小時(shí)每隔10分鐘測(cè)量一次，取其10次的平均值為極限真空值。　　11、抽氣速率　　在一定的壓強(qiáng)和溫度下，單位時(shí)間內(nèi)由泵進(jìn)氣口處抽走的氣體稱為抽氣速率，簡稱抽速。即Sp＝Q/（P－P0）　　12、冷阱（水冷擋板）　　置于真空容器和泵之間，用于吸附氣體或捕集油蒸汽的裝置。　　13、氣鎮(zhèn)閥　　油封機(jī)械真空泵的壓縮室上開一小孔，并裝上調(diào)節(jié)閥，當(dāng)打開閥并調(diào)節(jié)入氣量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某一位置，空氣就通過此孔摻入壓縮室以降低壓縮比，從而使大部分蒸汽不致凝結(jié)而和摻入的氣體一起被排除泵外起此作用的閥門稱為氣鎮(zhèn)閥。14、真空冷凍干燥　　真空冷凍干燥，也稱升華干燥。其原理是將材料冷凍，使其含有的水份變成冰塊，然后在真空下使冰升華而達(dá)到干燥目的。　　15、真空蒸鍍　　在真空環(huán)境中，將材料加熱并鍍到基片上稱為真空蒸鍍，或叫真空鍍膜。　　16、真空干燥　　利用真空環(huán)境下沸點(diǎn)低的點(diǎn)來干燥物品的方法。　　17、真空系統(tǒng)常用名稱　?。?）主泵：在真空系統(tǒng)中，用于獲得所需要真空度來滿足定工藝要求的真空泵，如真空鍍膜機(jī)中的油擴(kuò)散泵就是主泵。（2）前級(jí)泵：用于維持某一真空泵前級(jí)壓強(qiáng)低于其臨界前級(jí)壓強(qiáng)的真空泵。如羅茨泵前配置的旋片或滑閥泵就是前級(jí)泵。　　（3）粗抽泵：從大氣壓下開始抽氣，并將系統(tǒng)壓力抽到另一真空泵開始工作的真空泵。如真空鍍膜機(jī)中的滑閥泵，就是粗油泵。

測(cè)量方式分類：

熱偶真空計(jì)

　　利用熱電偶的電勢(shì)與加熱元件的溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體的熱傳導(dǎo)有關(guān)的原理來測(cè)量真空度的真空計(jì)。

電離真空計(jì)

　　（又收熱陰極電離計(jì)）　　由筒狀收集極，柵網(wǎng)和位于柵網(wǎng)中心的燈絲構(gòu)成，筒狀收集極在柵網(wǎng)外面。熱陰極發(fā)射電子電離氣體分子，離子被收集極收集，根據(jù)收集的離子流大小來測(cè)量氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)。

復(fù)合真空計(jì)

　　由熱偶真空計(jì)與熱陰極電離真空計(jì)組成，測(cè)量范圍從大氣~10-5Pa。

冷陰極電離計(jì)

　　陽極筒的兩端有一對(duì)陰極板，在外加磁場作用，陽極筒內(nèi)形成潘寧放電產(chǎn)生離子，根據(jù)陰極板收集的離子流的大小來測(cè)定氣體壓強(qiáng)的真空計(jì)。

電阻真空計(jì)

　　利用加熱元件的電阻與溫度有關(guān)，元件的溫度又與氣體傳導(dǎo)有關(guān)的原理，通過電橋電路來測(cè)量真空度的真空計(jì)。

麥克勞真空計(jì)

　　（壓縮式真空計(jì)）　　將待測(cè)的氣體用汞（或油）壓縮到一極小體積，然后比較開管和閉管的液柱差，利用玻義爾定律直接算出氣體壓強(qiáng)的一種真空計(jì)。

B－A規(guī)電容薄膜真空計(jì)

　　這是一種陰極與收集極倒置的熱陰極電離規(guī)。收集極是一根細(xì)絲，放在柵網(wǎng)中心，燈絲放在柵網(wǎng)外面，因而減少軟X射線影響，延伸測(cè)量下限，可測(cè)超高真空。電容薄膜真空計(jì)將三種不同的規(guī)管綜合在個(gè)小型經(jīng)濟(jì)的規(guī)管中，測(cè)量過程壓強(qiáng)和基本壓強(qiáng)從5x10-10至1500毫巴。電容薄膜真空計(jì)由于具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量結(jié)果與氣體成分無關(guān)以及抗腐蝕、耐氣壓沖擊等一系列點(diǎn)，因而越來越受到人們的重視。以它取代水銀壓力計(jì)、油壓計(jì)、電阻真空計(jì)、熱偶真空計(jì)以至部分地取代電離計(jì)。

真空泵名稱解釋

水環(huán)真空泵

　　泵的葉輪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生水環(huán)。由于轉(zhuǎn)子偏心旋轉(zhuǎn)而使水環(huán)與葉片間容積發(fā)生周期性改變而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。

往復(fù)真空泵

　　利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行抽氣的機(jī)械真空泵。

油封機(jī)械真空泵

　　用油來保持密封的機(jī)械真空泵，可分為定片式、旋片式、滑閥式、余擺線式等。

羅茨真空泵

　　具有一對(duì)同步高速旋轉(zhuǎn)的鞋底形轉(zhuǎn)子的機(jī)械真空泵，此泵不可以單獨(dú)抽氣，前級(jí)需配油封、水環(huán)等可直排大氣的真空泵。

渦輪分子真空泵

　　有一高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，當(dāng)氣體分子與高速旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片相碰撞時(shí)就被驅(qū)向出氣口再由前級(jí)泵抽除。

油擴(kuò)散真空泵

　　擴(kuò)散泵噴口中噴出高速蒸汽流。在分子流條件下，氣體分子不斷地向蒸流中擴(kuò)散，并被蒸汽帶向泵出口處逐級(jí)被壓縮后再由前級(jí)泵排除。

低溫真空泵

　　利用20K以下的低溫表面凝聚吸附氣體的真空泵。

旋片式真空泵的工作原理說明

　　如圖為旋片泵的工作原理示意圖，旋片泵主要由定子、轉(zhuǎn)子、旋片、定蓋、彈簧等零件組成。其結(jié)構(gòu)是利用偏心地裝在定子腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子的外圓與定子的內(nèi)表面相切兩者之間的間隙非常?。┖娃D(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動(dòng)的借助彈簧張力和離心力緊貼在定子內(nèi)壁的兩塊旋片，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，始終沿定子的內(nèi)壁滑動(dòng)。　　兩個(gè)旋片把轉(zhuǎn)子、定子內(nèi)腔和定蓋所圍成的月牙型空間分隔成A、B、C三個(gè)部分，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，與吸氣口相通的空間A的容積不斷地增大，A空間的壓強(qiáng)不斷的降低，當(dāng)A空間內(nèi)的壓強(qiáng)低于被抽容器內(nèi)的壓強(qiáng)，根據(jù)氣體壓強(qiáng)平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進(jìn)吸氣腔A，此時(shí)正處于吸氣過程。B腔的空間的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時(shí)正處于壓縮過程。而與排氣口相通的空間C的容積進(jìn)一步地減小，C空間的壓強(qiáng)進(jìn)一步的升高，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)大于排氣壓強(qiáng)時(shí)，被壓縮的氣體推開排氣閥，被抽的氣體不斷地穿過油箱內(nèi)的油層而排至大氣中，在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，不斷地進(jìn)行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。　　排氣閥浸在油里以止大氣流入泵中，油通過泵體上的間隙、油孔及排氣閥進(jìn)入泵腔，使泵腔內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)的表面被油覆蓋，形成了吸氣腔與排氣腔的密封，同時(shí)油還充滿了一切有害空間，以消除它們對(duì)極限真空的影響。　　screen.width-333）this.width=screen.width-333">　　旋片泵工作原理圖　　1-泵體;2-旋片;3-轉(zhuǎn)子; 4-彈簧;5-排氣閥　　雙級(jí)旋片式真空泵由兩個(gè)工作室組成，兩室前后串聯(lián)，同向等速旋轉(zhuǎn)，Ⅰ室是低真空級(jí)，Ⅱ室是高真空級(jí)，被抽氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入Ⅱ室，當(dāng)進(jìn)入的氣體壓力較高時(shí)，氣體經(jīng)Ⅱ室壓縮，壓強(qiáng)急速增大，被壓縮的氣體不僅從排氣閥排出，而且經(jīng)過中壁通道，進(jìn)入Ⅰ室，在Ⅰ室被壓縮，從低級(jí)排氣閥排出；當(dāng)進(jìn)入Ⅱ室的氣體壓力較低時(shí)，雖經(jīng)Ⅱ室的壓縮，也推不開排氣閥排出，氣體全部經(jīng)中壁通道進(jìn)入Ⅰ室，經(jīng)Ⅰ室的繼續(xù)壓縮，由低級(jí)排氣閥排出，因此雙級(jí)旋片式真空泵比單級(jí)旋片式真空泵的極限真空高。　　screen.width-333）this.width=screen.width-333">　　雙級(jí)旋片式真空泵工作原理圖　　1-排氣閥;2-通道;3-低級(jí)排氣閥　　真空泵在真空系統(tǒng)中所起的作用 由于各種真空泵的性能除均能滿足對(duì)容器進(jìn)行抽真空的共同點(diǎn)之外，尚具有不同之處。因此在選用時(shí)必須明確泵在真空系統(tǒng)中所承擔(dān)的工作任務(wù)是十分重要的，泵在各種不同工作領(lǐng)域中所起的作用歸納起來主要有如下幾個(gè)方面：　1、主泵　所謂主泵就是對(duì)真空系統(tǒng)被抽容器直接進(jìn)行抽真空，以獲得滿足工藝要求所需真空度的真空泵?！?、粗抽泵　粗抽泵是指從大氣壓開始降低真空系統(tǒng)壓強(qiáng)達(dá)到另一抽氣系統(tǒng)可以開始工作的真空泵。　3、前級(jí)泵　前級(jí)泵是指用于使另一個(gè)泵的前級(jí)壓強(qiáng)維持在其高許可的前級(jí)壓強(qiáng)以下的真空泵。　4、維持泵　維持泵是指當(dāng)真空系統(tǒng)抽氣很小時(shí)，不能有效的利用主要前級(jí)泵。為此，在真空系統(tǒng)中另配一種抽氣速度較小的輔助前級(jí)泵來維持主泵的正常工作或維持已抽空的容器所需的低壓的真空泵。　5、粗真空泵或低真空泵　粗、低真空泵是指從大氣開始，降低被抽容器的壓強(qiáng)后工作在低真空或粗真空壓強(qiáng)范圍內(nèi)的真空泵?！?、高真空泵　高真空泵是指在高真空范圍工作的真空泵。　7、超高真空泵　超高真空泵是指在超高真空范圍工作的真空泵?！?、增壓泵　增壓泵通常指工作在低真空泵和高真空泵之間，用以提高抽氣系統(tǒng)在中間壓強(qiáng)范圍的抽氣量或降低前級(jí)泵抽氣速率要求的真空泵。

真空泵性能參數(shù)

　　真空泵種類 工作壓強(qiáng)范圍（Pa） 起動(dòng)壓強(qiáng)（Pa）　　活塞式真空泵 1×105～1.3×102 1×105　　旋片式真空泵 1×105—6.7×10-1 1×105　　水環(huán)式真空泵 1×105—2.7×103 1×105　　羅茨真空泵 1.3×103—1.3 1.3×103　　渦輪分子泵 1.3—1.3×10-5 1.3　　水蒸氣噴射泵 1×105—1.3×10 -1 1×105　　油擴(kuò)散泵 1.3×10-2—1.3×10 -7 1.3×10　　油蒸氣噴射泵 1.3×10—1.3×10 -2 <1.3×105　　分子篩吸附泵 1×105—1.3×10 -1 1×105　　濺射離子泵 1.3×10-3—1.3×10 -9 6.7×10-1　　鈦升華泵 1.3×10-2—1.3×10 -9 1.3×10-2　　鋯鋁吸氣劑泵 1.3×10—1.3×10 -11 1.3×10　　低溫泵 1.3—1.3×10-11 1.3—1.3×10-1

真空泵結(jié)構(gòu)化及分類概述

　　真空泵的好壞決定于其機(jī)械結(jié)構(gòu)和油的，使用真空泵時(shí)必須把它保護(hù)好。如果蒸餾揮發(fā)性較大的有機(jī)溶劑時(shí)，有機(jī)溶劑會(huì)被油吸收結(jié)果增加了蒸氣壓，從而降低了抽空效能，如果是酸性氣體，那就會(huì)腐蝕油泵，如果是水蒸氣就會(huì)使油成乳濁液而抽壞真空泵。因此使用真空泵時(shí)必須注意下列幾點(diǎn)：　　在蒸餾系統(tǒng)和真空泵之間，必須裝有吸收裝置。　　蒸餾前必須用水泵*抽去系統(tǒng)中有機(jī)溶劑的蒸氣。　　如能用水泵抽氣的，則盡量用水泵，如蒸餾物質(zhì)中含有揮發(fā)性物質(zhì)，可先用水泵減壓抽降，然后改用油泵。　　減壓系統(tǒng)必須保持密不漏氣，所有的橡皮塞的大小和孔道要合適，橡皮管要用真空用的橡皮管。磨口玻璃涂上真空油脂。　　根據(jù)使用的范圍和抽氣效能可將真空泵分為三類：　?。?）一般水泵，壓強(qiáng)可達(dá)到1.333~100kPa（10~760mmHg）為"粗"真空。　?。?）油泵，壓強(qiáng)可達(dá)0.133~133.3Pa（0.001~1mmHg）為"次高"真空。　?。?）擴(kuò)散泵，壓強(qiáng)可達(dá)0.133Pa以下，（10-3mmHg）為"高"真空。　　若要較低的壓力，那就要用到油泵了，好的油泵能抽到133.3Pa（1mmHg）以下。　　在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里常用的減壓泵有水泵和真空泵兩種，若不要求很低的壓力時(shí)，可用水泵，如果水泵的構(gòu)造好且水壓又高，抽空效率可達(dá)1067~3333Pa（8~25mmHg）。水泵所能抽到的低壓力理論上相當(dāng)于當(dāng)時(shí)水溫下的水蒸氣壓力。例如，水溫25℃、20℃、10℃時(shí)，水蒸氣的壓力分別為3192、2394、1197Pa（8-25mmHg）。用水泵抽氣時(shí)，應(yīng)在水泵前裝上安全瓶，以水壓下降，水流倒吸；停止抽氣前，應(yīng)先放氣，然后關(guān)水泵。

點(diǎn)

　?。?）在較寬的壓力范圍內(nèi)有較大的抽速；　　（2）轉(zhuǎn)子具有良好的幾何對(duì)稱性，故振動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子間及轉(zhuǎn)子和殼體間均有間隙，不用潤滑，摩擦損失小，可大大降低驅(qū)動(dòng)功率，從而可實(shí)現(xiàn)較高轉(zhuǎn)速；　　（3）泵腔內(nèi)無需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對(duì)真空系統(tǒng)的污染；　?。?）泵腔內(nèi)無壓縮，無排氣閥。結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，對(duì)被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感；　?。?）壓縮比較低，對(duì)氫氣抽氣效果差；　?。?）轉(zhuǎn)子表面為形狀較為復(fù)雜的曲線柱面，加工和檢查比較困難。

結(jié)構(gòu)

泵總體結(jié)構(gòu)型式

　　真空泵的泵體的布置結(jié)構(gòu)決定了泵的總體結(jié)構(gòu)。　　立式結(jié)構(gòu)的進(jìn)、排氣口水平設(shè)置，裝配和連接管路都比較方便。但泵的重心較高，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性差，故這種型式多用于小泵。　　臥式泵的進(jìn)氣口在上，排氣口在下。有時(shí)為了真空系統(tǒng)管道安裝連接方便，可將排氣口從水平方向接出，即進(jìn)、排氣方向是相互垂直的。此時(shí)，排氣口可以從左或右兩個(gè)方向開口，除接排氣管道一端外，另一端堵死或接旁通閥。這種泵結(jié)構(gòu)重心低，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定性好。一般大、中型泵多采用此種結(jié)構(gòu)。　　泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子軸與水平面垂直安裝。這種結(jié)構(gòu)裝配間隙容易控制，轉(zhuǎn)子裝配方便，泵占地面積小。但泵重心較高且齒輪拆裝不便，潤滑機(jī)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜。

泵的傳動(dòng)方式

　　真空泵的兩個(gè)轉(zhuǎn)子是通過一對(duì)高精度齒輪來實(shí)現(xiàn)其相對(duì)同步運(yùn)轉(zhuǎn)的。主動(dòng)軸通過聯(lián)軸器與電機(jī)聯(lián)接。在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布置上主要有以下兩種：其一是電動(dòng)機(jī)與齒輪放在轉(zhuǎn)子的同一側(cè)如圖。從動(dòng)轉(zhuǎn)子由電動(dòng)機(jī)端齒輪直接傳過去帶動(dòng)，這樣主動(dòng)轉(zhuǎn)子軸的扭轉(zhuǎn)變形小，則兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的間隙不會(huì)因主動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)變形大而改變，故使轉(zhuǎn)子之間的間隙在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均勻。這種傳動(dòng)方式的大缺點(diǎn)是：a.主動(dòng)軸上有三個(gè)軸承，增加了泵的加工和裝配難度，齒輪的拆裝及調(diào)整也不便；b.整體結(jié)構(gòu)不勻稱，泵的重心偏向電動(dòng)機(jī)和齒輪箱一側(cè)。