9.2　真空系統(tǒng)設(shè)計中的主要參數(shù)

9.2.1　真空室的極限壓力

真空室所能達到的極限真空，由下式?jīng)Q定

（9-1）

式中　pj——真空室所能達到的極限真空，Pa；

        p0——真空泵的極限真空，Pa；

        pv——真空室內(nèi)材料的蒸氣壓，Pa；

        Q0——空載時，長期抽氣后真空室的氣體負荷（包括漏氣、材料表面出氣等），Pa·L/s；

        Sp——真空室抽氣口處泵的有效抽速，L/s。

真空室的極限真空通常總是低于真空抽氣機組的極限真空。兩者之差取決于Q0/Sp，在抽氣口處泵有效抽速一定的條件下，真空室的極限真空正比于真空室的漏氣和出氣。影響極限真空還有另外一個因素，即真空室內(nèi)材料的蒸氣壓。一般金屬材料在常溫下蒸氣壓很低，不會對極限真空產(chǎn)生影響，而有些有機材料蒸氣壓很高，在設(shè)計真空室時需要重視。

在設(shè)計真空系統(tǒng)時，對漏氣率要求主要由真空室的極限真空和工作壓力來確定。一般選取低于工作狀態(tài)下氣體負荷（工藝生產(chǎn)中放出的氣體量）的1/10。表9-1給出了各種真空裝置允許的漏氣量值。

注：此表為各類真空裝置允許漏氣量的統(tǒng)計值，僅供設(shè)計參考。

9.2.2　真空室的工作壓力

真空室正常工作時所需的工作壓力由下式?jīng)Q定：

（9-2）

式中　pg——真空室工作壓力，Pa；

        Q1——工藝生產(chǎn)過程中真空室的氣體負荷，Pa·L/s。

其余符號同公式（9-1）。

真空室的工作壓力一般高于其極限真空。工作壓力選擇得愈接近極限真空，真空抽氣設(shè)備的經(jīng)濟效率愈低。從經(jīng)濟方面考慮，最好在主泵的最大抽速或最大排氣量附近選擇工作壓力。一般工作壓力多半選擇在高于極限壓力半個到一個數(shù)量級。各類真空泵的工作壓力范圍見表9-2。工業(yè)常用真空泵最佳工作范圍見表9-3。

9.2.3　真空室抽氣口處泵的有效抽速

最簡單的真空抽氣系統(tǒng)如圖9-1所示。

真空室的氣體負荷Q通過流導為U的管道被真空機組或真空泵抽走。圖中S為真空室抽氣口的有效抽速，而p、pp分別為管道入口和出口壓力，Sp則為真空泵的抽速。依據(jù)流量的定義有

（9-3a）

泵出口壓力為pp，泵的抽速為Sp，泵抽走的氣體流量為

（9-3b）

管道入口壓力為p，有效抽速為S，通過入口的氣流量為

（9-3c）

在動態(tài)平衡時，流經(jīng)任意截面的氣體流量相等。由式（9-3a）、式（9-3b）及式（9-3c）得

（9-3d）

或

（9-3e）

在Sp為定值時，真空抽氣系統(tǒng)的有效抽速隨管道流導變化，三者關(guān)系如圖9-2所示。

由式（9-3d）和式（9-3e）可知，如果管道的流導很大，即U?Sp時，則S≈Sp，在此情況下，有效抽速S只受泵的限制。若U?Sp，則S≈U，在此情況下，有效抽速S就受到管道流導的限制。由此可見，為了提高泵的有效抽速，必須使管道流導盡可能增大，為此管道應該短而粗，尤其是高真空管道更應如此。在一般情況下，對于高真空管道，泵的抽速損失不應大于40%～60%，而對低真空管道，其損失允許5%～10%。

應用圖9-3的列線圖，可計算有效抽速。

例9-1　泵的抽速Sp為10L/s，管道的流導U為12L/S，求泵的有效抽速S。

解：在OA線上找到Sp為10L/s的一點，在OC線上找到U為12L/s的一點，兩點的連線交OB線一點，此點即為有效抽速S值。由圖可知S為5.5L/s。

為了了解機組的抽氣特性，可根據(jù)真空泵實測抽速曲線及各種壓力下流導計算值來繪制機組的有效抽速曲線圖。

例9-2　抽速為50L/s的油封機械泵和直徑3cm、長1000cm的抽氣管道組成的低真空抽氣機組，隨壓力而變化的有效抽速曲線由圖9-4給出。

解：

①根據(jù)真空泵產(chǎn)品目錄繪制真空泵實測抽速曲線Sp；

②根據(jù)公式（8-24）計算直徑3cm、長1000cm的管道在平均壓力分別為1Pa、10Pa、102Pa、103Pa、104Pa、105Pa時各點的流導U；

③根據(jù)公式（9-3e）計算對應壓力下的有效抽速S，見表9-4。

根據(jù)表9-4計算數(shù)據(jù)，繪制圖9-4。

從圖9-4中可見，該機組在104Pa以上工作時，由于管道流導U比真空泵抽速Sp大很多倍，真空泵抽速損失很小。因而，有效抽速近似等于真空泵的抽速。當真空泵在103Pa左右工作時，泵的抽速損失較多，以致使有效抽速下降到泵的抽速70%左右。真空泵在102Pa工作時，泵的抽速損失更大。由此可見，該機組在105～104Pa之間工作較為合適，在102Pa以下不宜使用。