真空概念.docx

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真空概念

真空概念

　　真空是指定空间内低于大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子密度低于该地区的大气压的气体分子密度，不同的真空状态，就意味着该空间具有不同的分子密度。

标准大压（101325Pa）,标准大气压是指在海平面测量的压力，海拨越高，真空越低。

完全没有气体的空状称为绝对真空，绝对真空实际上是不存在的。

常见真空测量单位和单位的换算

1、用压力作测量单位（Pa）

　　　帕斯卡（Pa）是国际单位制中的压力的单位。

1个大气压等到于101325Pa，1Pa的压力就是

1牛顿的力压在1m2面积上。

（1Pa=1N/1m2）

2、真空表上的单位（MPa）　真空表是用来在一个指定范围内所抽空气的测量工具。

真空表上的数字是从0到-0.1Mpa，0代表一个大气压，表示一个指定的范围内与外界压力相等，达到-0.1时表示指定范围内的压力只有100Pa，这种真空表只能测量压力高于100Pa的真空度。

（1Mpa=106；1Kpa=1000pa；hpa=100pa）

3、毫米水银柱（mmHg）和乇（Torr）

　乇的定义1个大气压等于760乇，mmHg和Torr相差不大，严格来说mmHg和Torr只差700万分之一,所以1mmHg=1Torr。

101325Pa等于760Torr（1Pa=133.322Torr）真空区域的划分为实用便利起见,人们常把真空度粗划为几个区域。

　　• 低真空105～100Pa通常用液环式真空泵或往复式真空泵

　　• 中真空100～10-1Pa通常用罗茨真空泵+水环真空泵机组、旋片式。

　　• 高真空10-1～10-5Pa通常用旋片泵和滑阀泵以及机组

　　• 超高真空大于10-5Pa通常用扩散泵和分子泵

常用真空泵的分类

　　• 往复式真空泵

　　　 往复式真空泵又称活塞式真空泵，极限真空为2600Pa～1300Pa抽气量范围为200～800m3

/h，用于从密封的容器中抽除气体，被抽气体温度不得超过35°，应用于真空浸渍、钢水真空处理

、真空蒸馏、等方面抽吸气体。

缺点：

不适应抽吸有腐蚀性气体或含有颗粒状灰尘的气体，泵笨重

，易损件容易坏。

　　基本型号：

往复式真空泵型号主要分为W3、W4、W5。

（慢慢淘汰）

　　• 旋片式真空泵

　　　旋片式真空泵的极限真空为6X10-2Pa抽气量为2～100L/S，用于抽除密封容积中的干燥

气体或含有少量可凝性蒸汽的气体，用于后者时，需要使用该泵的气镇装置。

可以用作罗茨泵的前

级泵，适合于中小型的真空冶炼、真空焊接、真空处理、冷冻干燥、电子管、以及半导体器件、

电子束加工、电子显微镜等现代工业技术方面。

缺点：

旋片式真空泵只能在环境温度5～40°范围

内，此种泵对于抽除含氧过高的、有爆炸性的、对金属有腐蚀性的、对真空油起化学反应的以及

含有颗粒灰尘的气体是不适合的；把气体从一个容器输送到另一个容器作输送泵使用也是不适用

的。

　基本型号：

旋片式真空泵型号分为2X-2、2X-4、2X-8、2X-15、2X-30、2X-70、2X-100。

2表示

2级真空泵，X表示旋片泵，-4表示本型号的最大抽气量。

　　• 罗茨真空泵

　　　罗茨真空泵的极限压为5X10-2抽气量范围为30～1200L/S，罗茨真空泵是利用两个8字形

转子在泵壳保持一定的间隙，作高速反向旋转面产生吸气和排气，罗茨真空泵的最大优点是在较

低入口压力时具有较高的抽气速率，但它不能单独使用，必须有一台前级真空泵串联，待被抽系统

中的压力，被前级真空泵抽到罗茨真空泵允许起动的入口压力时罗茨泵才可以开始工作。

罗茨真

空泵不允许在高压差时工作，否则将会使罗茨真空泵过载或过热而损坏电机，因此使用罗茨空泵

必须合理的选用前级真空泵，并且安装必要的保护设备。

罗茨真空泵广泛用于真空冶金工业的真空

脱气、真空容炼、钢水真空处理、也可以用于化工、食品、医药、电机制造等工业的蒸馏、蒸发、

干燥等生产过程。

　　基本型号：

罗茨空泵型号分为ZJ-30、ZJ-70、ZJ-150、ZJ-300、ZJ-600、JZ-1200。

ZJ表示

罗次真空泵，-70表示最大抽气量（L/S）。

　　• 液环式真空泵

　　　液环式真空泵的极限压力为17000Pa～3300Pa抽气量范围为0.45～6000L/S,液环式真空泵

带有多个叶片的叶轮偏心的安装在泵体内，在泵体内注入一定量的液体（通常为水），叶轮旋转

时，水受离心力在泵体壁内形成一个液环，叶轮轮毂与水环之间形成一个月形空间，在前半转，两

叶片与水环之间的密封腔容积逐渐变大，产生负压，通过分配板的吸气口吸入气体。

在后半转，密

封腔容积逐渐变小，气体被压缩并由分配板的排气口排出，从而起吸排气作用。

在运行过程中，一

部分水会随气体排出，必须连续向泵内供水，以保持泵内液环稳定地工作。

具有结构简单、工作

可靠、使用方便、耐久性强、维修方便等特点，因为液环式真空泵是用水做工作液，所以可以抽吸

含有灰尘的气体和气水混合物。

经过改变材质可以抽吸有腐蚀性的气体。

有了以上的优点液环式

真空泵在工业应用最广。

广泛的应用于化工、石油、轻工、电子、包装、塑胶、造纸、制糖、吸

塑等行业。

基本型号：

水环式真空泵型号繁多，大概分为以下几种：

2BE1系列、2BEF系列、2BVF系列、SK系

列、2SK系列、SZ系列、2BE3系列。

2BE1系列

　　2BE1系列水环式真空泵是我公司引进德国西门子技术，开发的节能产品。

极限真空度可达到

　　113000Pa和3300Pa，抽气量为5.6～360m3/min。

　　2BE1系列特点：

（1）、2BEF系列泵轴是液环式真空泵中最粗，有效的保证在高真空中正常运行

，不会断轴。

（2）、小规格水环泵的泵盖与泵体采用拉杆连接，大规格水环泵的泵盖与泵体采用法

兰式联接，保证了大规格水环真空泵的整体刚性和抗震动能力。

（3）、当泵体带隔板时，一台真

空泵可以同时抽吸不同真空度的系统。

（4）、盘上装柔有性阀板，能有效地防止了排气过程中的

过压缩，使泵在不同的吸入压力下高效运行。

（5）、泵配有自动排水阀，避免了真空泵的过载起

动。

（6）、叶轮和轴采用热装过盈配合，同时叶轮和轴进行良好的热处理，叶片具有良好的韧性

，使叶片的抗冲力和抗弯力能得到根本的保证。

能适应载荷冲击波动的恶劣工况。

（7）、2BE1

103-0到2BE1253-0系列有四个轴承，前面有一个圆柱滚动轴承，后面也有一个圆柱滚动轴承，后

面还有二个定位的球轴承，2BE1303-0到2BE1706-1系列有三个轴承，前面有一个圆柱滚动轴承，

后面有二个圆柱滚动轴承，能够有效的延长了轴承的寿命，也有效的保证了泵在高真空运行时，轴

承不会发热。

广泛的应用于电力、化工、石油、矿山、造纸、制糖、造型、等行业。

2BE1系列传

动方式分为三种：

电机直联；皮带轮传动；减速机传动。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2BEF系列

　　2BEF系列小型液环式真空泵是我厂专为小型造纸厂和纸模厂设计的，它具有效率高，抽气量

大，维修简单方便。

极限真空可达到-0.09MPa,抽气量为4～18m3/min。

　　　2BEF系列特点：

（1）、用于脱水量较大的系统时，可以把泵侧的排水口打开，接上管道，

真接把水排入水沟，可减少泵叶轮的负荷，保证正常工作运行。

（2）、轴和叶轮采用了过盈配合

　（3）排气管上配有气水分离器，气水分离器的作用就是把气和水分开。

　　其余系列请参考各泵系列说明书

选用真空泵时，需要注意下列事项：

  1、真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。

如：

真空镀膜要求110-5mmHg的真空度，选用的真空泵的真空度至少要510-6mmHg。

通常选择泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。

   2、正确地选择真空泵的工作点。

每种泵都有一定的工作压强范围，如：

扩散泵为10-3~10-7mmHg，在这样宽压强范围内，泵的抽速随压强而变化，其稳定的工作压强范围为510-4~510-6mmHg。

因而，泵的工作点应该选在这个范围之内，而不能让它在10-8mmHg下长期工作。

又如钛升华泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作压强应小于110-5mmHg为好。

    3、真空泵在其工作压强下，应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。

    4、正确地组合真空泵。

由于真空泵有选择性抽气，因而，有时选用一种泵不能满足抽气要求，需要几种泵组合起来，互相补充才能满足抽气要求。

如钛升华泵对氢有很高的抽速，但不能抽氦，而三极型溅射离子泵，（或二极型非对称阴极溅射离子泵）对氩有一定的抽速，两者组合起来，便会使真空装置得到较好的真空度。

另外，有的真空泵不能在大气压下工作，需要预真空；有的真空泵出口压强低于大气压，需要前级泵，故都需要把泵组合起来使用。

   5、真空设备对油污染的要求。

若设备严格要求无油时，应该选各种无油泵，如：

水环泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。

如果要求不严格，可以选择有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、挡油阱等，也能达到清洁真空要求。

   6、了解被抽气体成分，气体中含不含可凝蒸气，有无颗粒灰尘，有无腐蚀性等。

选择真空泵时，需要知道气体成分，针对被抽气体选择相应的泵。

如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体，应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备，如冷凝器、除尘器等。

    7、真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。

如果环境不允许有污染，可以选无油真空泵，或者把油蒸气排到室外。

   8、真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。

若工艺过程不允许，应选择无振动的泵或者采取防振动措施。

    9、真空泵的价格、运转及维修费用。

水环式真空泵的选择 

一、泵类型的确定

　　泵的类型主要由工作所需的气量、真空度或排气压力而定。

 　　泵工作时，需要注意以下两个方面：

 尽可能要求在高效区内，也就是在临界真空度或临界排气压力的区域内运行。

应避免在最大真空度或最大排气压力附近运行。

在此区域内运行，不仅效率极低，而且工作很不稳定，易产生振动和噪音。

对于真空度较高的真空泵而言，在此区域之内运行，往往还会发生汽蚀现象，产生这种现象的明显标志是泵内有噪音和振动。

汽蚀会导致泵体、叶轮等零件的损坏，以致泵无法工作。

　　根据以上原则，当泵所需的真空度或气体压力不高时，可优先在单级泵中选取。

如果真空度或排气压力较高，单级泵往往不能满足，或者，要求泵在较高真空度情况下仍有较大气量，即要求性能曲线在较高真空度时较平坦，可选用两级泵。

如果真空度要求在－710mmHg以上，可选用水环－大气泵或水环－罗茨真空机组作为抽真空装置。

二、根据系统所需的气量选择真空泵 

　　初步选定了泵的类型之后，对于真空泵，还要根据系统所需的气量来选用泵的型号。

关于真空泵的抽速选择及抽气时间计算可参照我公司网页真空计算公式。

 　　面对各种型式的水环式真空泵及压缩机，我们特将其各自特点收集如下，以利于用户选型        

真空泵一览表

名称

型号

抽气速率L/s

极限真空Pa

配用功率kW

旋片真空泵

2X（Z）型旋片式真空泵

0.5～70

6´10-2

0.55～5.5

XD、X单级旋片真空泵

2.8～150

2´10-2

0.37～15

X型单级旋片真空泵

30～150

6

4～11

往复真空泵

W型往复真空泵

32～300

2000

4～30

55～600

5.5～45

罗茨真空泵

ZJ型罗茨真空泵

30～5000

5´10-2

0.75～55

70～3000

1.1～30

滑阀真空泵

H型滑阀真空泵

8～600

1

1.1～55

70～600

7.5～55

2H型滑阀真空泵

8～150

0.1

4～15

液环真空泵

2BE1、CBF水环式真空泵

2～450m3/min

3.3´ 103

7.5～710

2BE1型双级水环式真空泵

5～320m3/min

11～380

2BV型水环式真空泵

0.3～8.3m3/min

0.81～15

2SK型双级水环式真空泵

0.4～30m3/min

3.5´103

2.2～55

S、SK型水环式真空泵

0.67～25m3/min

（3.5～4）´103

1.5～55

SK型水环式真空泵

0.4～120m3/min

（8～15）´ 103

1.1～185

SZ、SK型水环式真空泵

1.5～27m3/min

（5～14）´ 103

5.5～75

SK、2YK型水环式真空泵

5～280m3/min

104

22～380

FSK型水环式真空泵

3～9m3/min

（5～14）´ 103

7.5～22

YL型液环式真空泵

5～25m3/min

9´104

30～132

真空泵机组

JZJ型罗茨、旋片真空泵机组

30～1200

（1～5）´10－2

1.3～26

JZJ1型罗茨、旋片真空泵机组

70～1200

（5～10）´ 10－2

4.3～22.5

JZJS型罗茨、水环真空泵机组

70～600

25～650

7～39.5

JZJ1S型罗茨、水环真空泵机组

150～600

9.7～24.7

JZJH型罗茨、滑阀真空泵机组

300～1200

10－1

11.5～26

2BW4型水环真空泵成套机组

10～95m3/min

103

45～185

真空表读数与真空度（Pa）该如何换算？

   我们经常接到电话，一些用户询问，真空表读数所反映的究竟是多少Pa。

能不能用直观的数字来显示？

（1）真空表上“0”表示正一个大气压,“-0.1”表示绝对真空。

真空表上的指示值不表示真空度的绝对值，只表示了真空度的相对值。

 真空度的换算；根据本表的刻度示值范围，真空度的绝对值与相对值可用下式换算：

 P=1×105（1-δ/0.1）P-真空度的绝对值（Pa）

  δ-真空表的刻度示值绝对值

 例一：

表的示值为O，则P=1×105（1-O/0.1）=1×105Pa=1个大气压

 例二：

表的示值为0.1，则P=1×105（1-0.1/0.1）=0Pa为绝对真空。

     （绝对真空是不存在的）

 例三：

表的示值为0.08，则P=1×105（1-0.08/0.1）=2×104Pa

   本产品的真空度指标值为＜267Pa，表示本产品在267Pa（表面示值约为0.0997，接近于-0.1）时的低真空度状态下仍能保证正常工作。

产品的真空度主要取决于配套真空泵的性能。

真空度计量单位换算如下：

  0.1Mpa=1×105Pa=760mmHg=1个大气压

  1乇=1mmHg=133.33Pa

  2乇=0.00026666Mpa≈267Pa

（2）真空表读数可以用直观的数字来显示。

但价格比较昂贵，一般适用于科研单位。

预备知识

真空技术初创于17世纪，当时，托里拆利（Torricelli）将一端密封的长管注满水银倒放在盛有水银的槽里时，发现了水银柱顶端产生了真空。

所谓真空是指给定空间内低于一个大气压强的气体状态。

在真空状态下，由于气体稀薄，分子之间或分子与其它质点之间的碰撞次数减小，分子在一定时间内碰撞于表面上的次数亦相对减小，这导致其有一系列新的物化特性，诸如热传导与对流减小，氧化作用小，气体污染小，汽化点降低，高真空的绝缘性能好等等，这些特征使得真空特别是高真空技术已发展成为先进技术之一，被广泛应用在工业生产、科学研究的各个领域中，尤其是在电子工业的生产中起着关键的作用。

表征真空状态下气体稀薄程度的物理量称为真空度。

单位体积内的分子数越少，气体压强越低，真空度越高。

习惯上采用气体压强高低来表征真空度。

在ＭＫＳ单位制中，压强单位为牛顿／米2（Ｎ／ｍ2），1牛顿／米2＝1帕斯卡（Ｐａｓｃａｌ），简称为帕（Ｐａ）。

由于习惯问题，历史上用毫米汞柱作压强单位来对真空度进行测量。

后经第十届国际计量大会决定，用“帕”定义标准大气压。

一标准大气压（ａｔｍ）＝1.0135×105（Ｐａ），标准大气压的1／760称为1托（Torr）。

以帕规定的标准大气压是严格的，在数值上与以汞柱规定的“标准大气压”几乎相等，故1毫米汞柱也就几乎等于1托。

1ｍｍＨｇ＝1.00000014托。

目前，ＭＫＳ单位制的应用处在推广和过渡阶段，考虑到习惯，有些真空测量仪器仍用Torr作单位来表征真空度。

各种单位之间的换算关系见表8.0-1。

真空度的划分（不同程度的低气压空间的划分）与真空技术的发展历史密不可分。

自从17世纪托里拆利获得托氏真空，到19世纪爱迪生（Ｅｄｉｓｏｎ）发明电灯泡的200多年间，真空技术经历了一个漫长的发展过程，此期间，人们只能获得105～103Ｐａ范围的粗真空及103～10－1Ｐａ范围的低真空。

到了本世纪初，随着电子管的研究与生产的发展，逐步能够获得并测量范围在10－1～10－6Ｐａ内的高真空；约至50年代，在表面物理和原子能科学等尖端技术的推动下，发展了范围在10－6～10－10Ｐａ内的超高真空；70年代进一步提高到低于10－10Ｐａ的极高真空。

当今的真空技术已能获得和测量从大气到10－15Ｐａ的宽达20个数量级的真空度范围，并随着某些新技术、新材料、新工艺的应用和开拓，将进一步接近理想的真空状态。

表8.0-1压强单位换算表

帕

（Pa）

托

（Torr）

微巴

（μtm）

大气压（atm）

工程

大气压

普西（Psi）

1帕

（1牛顿/米2）

1

7.5006

×10-3

10

9.8692

×10-6

1.0197

×10-5

1.4503

×10-4

1托

（1毫米汞柱）

133.32

1

1.3332

×103

1.3158

×10-3

1.3595

×10-3

1.9337

×10-2

1微巴

（1达因/厘米2）

10-1

7.5006×10-4

1

9.8692

×10-7

1.0197

×10-6

1.4503

×10-5

1大气压

1.0133

×105

760

1.0133×106

1

1.0332

14.696

1工程大气压（1千克力/厘米2）

9.8067

×104

735.56

9.8067

×105

9.6784

×10-1

1

14.223

1普西

（1磅/英寸2）

6.8948×103

51.715

6.8948

×104

6.8046

×10-2

7.0307

×10-2

1

1.高真空的获得

用来获得、改善和维持真空的装置简称为真空泵。

按照工作原理和应用范围的不同，其类型是多种多样的。

按照原理可分为：

①压缩型真空泵。

这类泵的机理是利用其内部的各种压缩机构将被抽容器中的气体压缩到排气口方向，排入大气中。

例如，旋片式机械泵、增压泵、油扩散泵及涡轮分子泵等。

②吸附型的真空泵。

这类泵的机理则是在封闭的真空系统中利用各种物理或化学表面（吸气剂）吸气的方法将被抽空间的气体分子吸附在固体表面上或变为固体。

例如吸附泵、溅射离子泵、钛升华泵及低温泵。

真空泵若按照应用范围分，则有低真空泵（包括中真空），例如旋片式机械泵、增压泵及吸附泵等；高真空泵（包括超高、极高真空），例如油扩散泵、涡轮分子泵、离子泵及低温泵等。

（1）机械真空泵

机械真空泵按改变空腔容积方式分，有活塞往复式、定片式和旋片式等。

它们的工作原理是建立在理想气体的波意尔马略特定律基础之上，即ＰＶ＝ＲＴ（Ｐ为压强，Ｖ为容器体积，Ｔ为绝对温度，Ｒ为常数），在等温过程中，一个容器内的体积和压强的乘积等于常数。

这样，只要使容器的体积在等温条件下不断扩大，就可不断降低容器的压强。

仅以旋片式泵为例，它的工作原理示意图如图8.0-1所示。

　　　　　　　　　　　　　　图8.0-1　旋片式机械泵工作原理示意图

　　旋片式机械泵的主体为圆柱形钢筒定子空腔，内有一转子，偏心安置在钢筒定子内旋转，转速一般为350～750转／分。

装在转子沟槽内的两旋片依靠弹簧力和离心力保持与泵体充分接触。

定子上有一个与被抽系统相连的进气口和一个附有单向活塞阀门的出气口。

工作原理可用图8.0-1（a）～（d）四个过程示意图描述。

当转子顺时针转动时，由进气口进入转子与定子之间部分空间Ｖ1的体积不断扩大，而出气口与转子、定子间的部分空间V2体积不断缩小，前者相当于扩大了真空室容积，所以相应的压强不断减小，而后者Ｖ2的体积缩小，其相应的气体压强最终大于大气压而被排入大气。

机械泵可以从大气压开始进行工作，常用来获得高真空泵的前级真空和高真空系统的预备真空。

上述单级泵一般所能达到的极限真空约为10－2Ｔｏｒｒ。

其抽速一般在每秒零点几升到几十升之间。

转子转速愈快，则抽速愈大，但在高的转速下保证密封极为困难。

为了保证不漏气，通常采用蒸汽压较低的机械泵油作密封填隙，并起润滑作用。

限制单级泵极限真空的因素如下：

①空腔内左右两侧空间之间的密封性。

在压强为10－2Ｔｏｒｒ时，密封处两端的压强差可达5个数量级，漏气量取决于该压强差，此时若要继续改善单级泵似乎无多大余地。

②排气口附近的“死角”空间。

如果进气口压强已经很低，以至泵内气体被压缩到“死角”空间处压强不足以顶开活塞，则气体不能排出泵外，构成极限压强。

可采用两个旋片泵串联结构的双级泵来降低后级泵的压强差及极限压强。

双级泵能达到的极限真空为10-3～10-4Ｔｏｒｒ数量级。

③泵油的饱和蒸汽压强，以及使用过程中油被玷污和裂变的情况。

机械泵运用时要求有一定的转向和转速，有的泵还要求通以一定的冷却水，以降低油的蒸汽压。

操作机械泵时要注意，泵启动时，先接通泵上附属电动机电源，等泵正常工作后再与被抽系统接通。

在工作结束时必须把大气放入Ｖ1。

因为机械泵工作时Ｖ1和被抽容器还处于真空状态，而泵的出气端始终是大气压，如工作后不及时放气，大气压就会由于连通管原理迫使叶片翻转，密封油随之冲入真空室而使系统污染，此即返油现象。

防止返油的办法可在停机械泵之前，用铁夹夹住泵与系统联接的橡皮管，然后再关掉电动机电源；或者采用电磁阀，它能在停泵时立即自动切断管路并对泵内灌入大气。

操作机械泵时还应注意，转子的转动方向一定要按箭头指示方向，不可反转。

机械泵对于各种气体应有相同的抽气速率。

但对于一些低沸点蒸汽如水蒸汽等，会在压缩过程中凝结为液体不能被排出，这使得密封油易受污染而导致蒸汽压提高，故机械