真空泵的選型及資料計算
2022-02-26由 農人潘興隆 發表于 農業
擴散泵為什麼不能單獨使用
第一部分：
選用真空泵時需要注意事項
1、真空泵的工作壓強應該滿足真空裝置的極限真空及工作壓強要求。如：真空鍍膜要求1×10-5mmHg的真空度，選用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常選擇泵的真空度要高於真空裝置真空度半個到一個數量級。
2、正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強範圍，如：擴散泵為10-3~10-7mmHg，在這樣寬壓強範圍內，泵的抽速隨壓強而變化，其穩定的工作壓強範圍為5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作點應該選在這個範圍之內，而不能讓它在10-8mmHg下長期工作。又如鈦昇華泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作壓強應小於1×10-5mmHg為好。
3、真空泵在其工作壓強下，應能排走真空裝置工藝過程中產生的全部氣體量。
4、正確地組合真空泵。由於真空泵有選擇性抽氣，因而，有時選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來，互相補充才能滿足抽氣要求。如鈦昇華泵對氫有很高的抽速，但不能抽氦，而三極型濺射離子泵，（或二極型非對稱陰極濺射離子泵）對氬有一定的抽速，兩者組合起來，便會使真空裝置得到較好的真空度。另外，有的真空泵不能在大氣壓下工作，需要預真空；有的真空泵出口壓強低於大氣壓，需要前級泵，故都需要把泵組合起來使用。
5、真空裝置對油汙染的要求。若裝置嚴格要求無油時，應該選各種無油泵，如：水環泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴格，可以選擇有油泵，加上一些防油汙染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達到清潔真空要求。
6、瞭解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆粒灰塵，有無腐蝕性等。選擇真空泵時，需要知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應該考慮在泵的進氣口管路上安裝輔助裝置，如冷凝器、除塵器等。
7、真空泵排出來的油蒸氣對環境的影響如何。如果環境不允許有汙染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。
8、真空泵工作時產生的振動對工藝過程及環境有無影響。若工藝過程不允許，應選擇無振動的泵或者採取防振動措施。
9、真空泵的價格、運轉及維修費用。
第二部分：水環式真空泵的選擇
一、泵型別的確定
泵的型別主要由工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。
泵工作時，需要注意以下兩個方面：
1。儘可能要求在高效區內，也就是在臨界真空度或臨界排氣壓力的區域內執行。
2。應避免在最大真空度或最大排氣壓力附近執行。在此區域內執行，不僅效率極低，而且工作很不穩定，易產生振動和噪音。對於真空度較高的真空泵而言，在此區域之內執行，往往還會發生汽蝕現象，產生這種現象的明顯標誌是泵內有噪音和振動。汽蝕會導致泵體、葉輪等零件的損壞，以致泵無法工作。
根據以上原則，當泵所需的真空度或氣體壓力不高時，可優先在單級泵中選取。如果真空度或排氣壓力較高，單級泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求效能曲線在較高真空度時較平坦，可選用兩級泵。如果真空度要求在－710mmHg以上，可選用水環－大氣泵或水環－羅茨真空機組作為抽真空裝置。
如果只作真空泵用，則選用單作用泵比較好。因為單作用泵的構造簡單，容易製造和維護，且在高真空情況下抗汽蝕性好。
如果僅作較大氣量的壓縮機使用，則選用雙作用的泵比較合適。因為雙作用泵的氣量大，體積小，重量輕，徑向力能得到自動平衡，軸不容易產生疲勞斷裂，泵的使用壽命較長。
二、根據系統所需的氣量選擇真空泵
初步選定了泵的型別之後，對於真空泵，還要根據系統所需的氣量來選用泵的型號。
水環泵
真空泵選擇相關計算公式
1
、玻義爾定律
體積V，壓強P，P·V＝常數
一定質量的氣體，當溫度不變時，氣體的壓強與氣體的體積成反比。
即P1/P2＝V2/V1
2、蓋·呂薩克定律
當壓強P不變時，一定質量的氣體，其體積V與絕對溫度T成正比：
V1/V2＝T1/T2＝常數
當壓強不變時，一定質量的氣體，溫度每升高（或P降低）1℃，則它的體積比原來增加（或縮小）1/273。
3、查理定律
當氣體的體積V保持不變，一定質量的氣體，壓強P與其絕對溫度T成正比，即：
P1/P2＝T1/T2
在一定的體積下，一定質量的氣體，溫度每升高（或降低）1℃，它的壓強比原來增加（或減少）1/273。
4、平均自由程：
λ＝（5×10-3）/P （cm）
5、抽速：
S＝dv/dt （升/秒）或 S＝Q/P
Q＝流量（託·升/秒） P＝壓強（託）V＝體積（升） t＝時間（秒）
6、通導：
C＝Q/（P2-P1） （升/秒）
7、真空抽氣時間：
對於從大氣壓到1託抽氣時間計算式：
t＝8V/S （經驗公式）
V為體積，S為抽氣速率，通常t在5~10分鐘內選擇。
8、維持泵選擇：
S維＝S前/10
9、擴散泵抽速估算：
S＝3D2 （D＝直徑cm）
10、羅茨泵的前級抽速：
S＝（0。1~0。2）S羅 （l/s）
11、漏率：
Q漏＝V（P2-P1）/（t2-t1）
Q漏－系統漏率（mmHg·l/s）
V－系統容積（l）
P1－真空泵停止時系統中壓強（mmHg）
P2－真空室經過時間t後達到的壓強（mmHg）
t－壓強從P1升到P2經過的時間（s）
12、粗抽泵的抽速選擇：
S＝Q1/P預 （l/s）
S=2。3V·lg（Pa/P預）/t
S－機械泵有效抽速
Q1－真空系統漏氣率（託·升/秒）
P預－需要達到的預真空度（託）
V－真空系統容積（升）
t－達到P預時所需要的時間
Pa－大氣壓值（託）
13、前級泵抽速選擇：
排氣口壓力低於一個大氣壓的傳輸泵如擴散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等，它們工作時需要前級泵來維持其前級壓力低於臨界值，選用的前級泵必須能將主泵的最大氣體量排走，根據管路中，各截面流量恆等的原則有：
PnSg≥PgS 或
Sg≥Pgs/Pn
Sg－前級泵的有效抽速（l/s）
Pn－主泵臨界前級壓強（最大排氣壓強）（l/s）
Pg－真空室最高工作壓強（託）
S－主泵工作時在Pg時的有效抽速。（l/s）
14、擴散泵抽速計算公式：
S＝Q/P＝（K·n）/（P·t）（升/秒）
式中：S－被試泵的抽氣速率（l/s）
n－滴管內油柱上升格數（格）
t－油柱上升n格所需要的時間（秒）
P－在泵口附近測得的壓強（託）
K－滴管係數（託·升/秒）
K＝V0·（L/n）·（Υ0/Υm）+Pa△Vt
其中V0－滴管和真空膠管的原始容積（升）
L－滴管刻度部分的長度（mm）
n－滴管刻度部分的格數（格）
Υ0－油的比重（克/釐米3）
Υm－汞的比重（克/釐米3）
Pa－當地大氣壓強（託）
△Vt－滴管的刻度上的一格的對應的容積（升/格）
15、旋片真空泵的幾何抽速計算公式：
S＝πZnLKv（D2-d2）/（24×104） （l/s）
式中：Z為旋片數，n為轉速（轉/分），L為泵腔長度，D為泵腔直徑，d為轉子直徑（cm），Kv為容積利用係數（一般取95％）。
16、O型橡膠槽深B＝0.7D
D為橡膠直徑，槽寬C＝1。6B
17、方形橡膠槽深B＝
0.8A
A為方形橡膠邊長，槽寬C＝1。67B
其它幾個公式：
◆
真空容器的排氣時間
對於低真空和中真空的排氣時間，當洩漏量較小時，真空裝置從壓強P1降低到P2所需的排氣時間為：
t＝2。3（V/S）lg（P1/P2）
式中
t
：
排氣時間，s
V:
真空裝置容積，L
S:
泵的有效抽氣速率，L/S
P1
,
P2
:
開始時容器的壓強和抽至所需的壓強，mmHg。
1。3倍
真空系統抽氣速率
Se
的計算方法：
◆
連續作業系統
計算真空系統的總洩漏量Qs。
根據真空系統的容積進行的洩漏量估算：
表
1
根據接頭密封長度進行的洩漏量估算：
表
2
計算總抽氣量Q
Q=Q1+Q2+Q3
Q： 總抽氣量，kg/h
Q1： 真空系統工作過程中產生的氣體量，kg/h
Q2： 真空系統的放氣量，kg/h
Q3： 真空系統總洩漏量，kg/h
3、計算
Se
：
Se
＝
QR(273+Ts)/PsM
R： 通用氣體常數 R＝8。31kJ /（kmol*K）
Ts：抽出氣體的溫度，C
Ps：真空系統的工作壓力，kPa，G
M：抽出氣體的平均分子量
Se：真空系統的抽氣速率，m3 / h
間歇作業系統
Se
＝
138V/t *lg(
P1/P2） m3 / h
真空泵的選用
1 根據真空系統的真空度和泵進口管道的壓力降，確定泵吸入口處的真空度（絕壓）
2
確定真空系統的抽氣速率
Se
3
將
Se
換算成泵廠規定條件下的抽氣速率
Se
’
一般可按照下式計算：
Se
’＝
Se
（
273+[Ts]
）
/
（
273+Ts
）
［Ts］：泵標準進氣溫度
4 根據抽氣速率和真空度要求，按照下式選擇確定真空泵的型別
要求真空泵的抽氣速率S滿足：
S >（20%-30%）
Se
’
真空預冷機故障分析以及維護保養
草莓鮮果預冷保鮮技術
真空預冷機特點及應用
00：11
真空預冷機裝櫃出貨
想了解更多精彩內容，快來關注農人潘興隆