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1.1真空系統(tǒng)的形式與組成

1.1.1真空系統(tǒng)的形式

用于滿足某種真空工藝要求,具有獲得并測(cè)量、控制有特定要求真空度的系統(tǒng)稱為真空系統(tǒng)。

真空系統(tǒng)是由真空容器和獲得真空、測(cè)量真空、控制真空等元件組成。一個(gè)比較完善的真空系統(tǒng)由真空室、能滿足系統(tǒng)真空度要求所需的真空泵或真空機(jī)組、真空測(cè)量裝置、連接導(dǎo)管、真空閥門、捕集器及其他真空元件、電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。

典型的真空系統(tǒng)如圖1-1~圖1-4所示。圖1-1所示為大型擴(kuò)散泵抽氣系統(tǒng),其被抽容器的容積較大,為了提高中真空壓力區(qū)域內(nèi)的抽氣效率和提高系統(tǒng)的極限真空度,在前級(jí)機(jī)械泵與主泵之間增加了臺(tái)機(jī)械增壓泵(羅茨泵)。如果被抽容器的體積很大,工藝又要求在盡量短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到工作真空度(或本底真空度),則可以采取加大系統(tǒng)的粗(預(yù))抽能力的方法,如圖1-2所示,增加一臺(tái)粗抽泵(機(jī)械泵),與原有機(jī)械泵并聯(lián),這樣可以大大縮短系統(tǒng)的粗抽時(shí)間,使系統(tǒng)盡快達(dá)到主抽真空泵的啟動(dòng)壓力。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)主泵開始正常工作后,則可以關(guān)閉其中一臺(tái)粗抽機(jī)械泵,以節(jié)省能源。為了減少系統(tǒng)內(nèi)的油蒸氣返流污染,一般中小型容器及真空鍍膜設(shè)備等多采用以分子泵為主泵的抽氣系統(tǒng)。小型分子泵高真空抽氣系統(tǒng)如圖1-4所示。

1.1.2真空系統(tǒng)的組成

1.1.2.1粗(預(yù))抽泵

預(yù)抽泵(粗抽泵)主要用來抽除真空室中的大量氣體,使真空室內(nèi)的氣體壓力由大氣壓力降到主泵能夠啟動(dòng)工作時(shí)的真空度,因此,要求預(yù)抽泵所達(dá)到的壓力應(yīng)小于主泵的啟動(dòng)工作壓力。機(jī)組所選用的預(yù)抽泵的抽速大小由粗抽時(shí)間決定。為了提高真空機(jī)組的利用率,預(yù)抽泵一般兼作前級(jí)泵用。用真空閥門分隔和切換兩種不同的抽氣功能。

圖1-1 大型擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)原理圖

1——真空室放氣閥； 2——真空測(cè)量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴(kuò)散泵； 6——前級(jí)閥； 7——預(yù)抽閥； 8——真空膜盒繼電器； 9——羅茨泵； 10——電磁壓差閥； 11——機(jī)械泵

圖1-2 加大粗抽能力的大型擴(kuò)散泵真空系統(tǒng)原理圖

1——真空室放氣閥； 2——真空測(cè)量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴(kuò)散泵； 6——前級(jí)閥； 7——粗（預(yù)）抽閥； 8——真空膜盒繼電器； 9——羅茨真空熱處理爐泵； 10——旁通閥；

11，12——機(jī)械泵（入口帶有電磁壓差閥）

圖1-3 擴(kuò)散泵高真空系統(tǒng)原理圖

1——真空室； 2——電離真空規(guī)； 3——熱偶真空規(guī)； 4——放氣閥； 5——高真空閥； 6——冷阱； 7——擴(kuò)散泵； 8——前級(jí)真空閥； 9——電磁壓差閥； 10——機(jī)械泵； 11——預(yù)（粗）抽閥

圖1-4 分子泵高真空系統(tǒng)原理圖

1——放氣閥； 2——熱偶真空規(guī)； 3——電離真空規(guī)； 4——高真空閥； 5——分子泵； 6——前級(jí)真空閥； 7——熱偶真空規(guī)（測(cè)分子泵前級(jí)壓力）； 8——預(yù)抽閥； 9——電磁真空壓差閥； 10——機(jī)械真空泵

1.1.2.2維持泵

由于擴(kuò)散泵和油增壓泵啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng),在周期性操作的真空設(shè)備中,真空室裝料和卸料時(shí),往往為了縮短工作周期而不停止主泵,將高真空閥門和前級(jí)管道閥門關(guān)閉,使主泵仍處于工作狀態(tài)。由于閥門等總是有極少量的漏氣和表面放氣,經(jīng)過一定時(shí)間主泵泵腔內(nèi)的壓力增加,超過泵工作液的最大允許壓力而使泵油蒸氣氧化。為了解決這個(gè)問題,一個(gè)辦法是用前級(jí)泵繼續(xù)抽出主泵中的氣體,但此時(shí)主泵內(nèi)排出的氣體量很小,出現(xiàn)前級(jí)泵“大馬拉小車”的現(xiàn)象,浪費(fèi)能源。為此可采用另一個(gè)辦法,停止前級(jí)泵工作,關(guān)閉前級(jí)管道閥門,如圖1-5所示,在主泵出口處設(shè)置維持泵或儲(chǔ)氣罐(注:兩者不同時(shí)設(shè)置),這樣就可以保證既能排出主泵內(nèi)的氣體,又可以節(jié)省能源消耗。儲(chǔ)氣罐不能做得很大,它只能用在以擴(kuò)散泵為主泵的小型真空機(jī)組上,而維持泵可用在配置大型主泵的真空機(jī)組中。

圖1-5 帶有維持泵（或儲(chǔ)氣罐）的真空系統(tǒng)

1——真空室充氣閥； 2——真空測(cè)量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴(kuò)散泵； 6——維持泵； 7——儲(chǔ)氣罐； 8——真空規(guī)（測(cè)擴(kuò)散泵前級(jí)壓力）； 9——前級(jí)閥； 10——預(yù)抽閥； 11——電磁壓差閥； 12——機(jī)械泵

1.1.2.3儲(chǔ)氣罐

小型擴(kuò)散泵高真空抽氣機(jī)組通常配置有儲(chǔ)氣罐,設(shè)置在擴(kuò)散泵和前級(jí)泵之間,貯存擴(kuò)散泵排出的氣體。設(shè)置儲(chǔ)氣罐的原因有:

(1)系統(tǒng)防震的需要。真空系統(tǒng)工作時(shí),某些工藝過程要求嚴(yán)格防震,因此真空室處在工作狀態(tài)中時(shí),前級(jí)機(jī)械泵在一段時(shí)間內(nèi)停止工作。在這段時(shí)間內(nèi),擴(kuò)散泵排出的氣體全都貯存在儲(chǔ)氣罐中,用儲(chǔ)氣罐代替機(jī)械泵維持?jǐn)U散泵正常工作。

(2)為了縮短工作周期。有些生產(chǎn)工藝要求在不關(guān)閉擴(kuò)散泵加熱器的情況下,真空室放進(jìn)大氣進(jìn)行換取工件、裝料工作,而真空機(jī)組的前級(jí)泵兼作預(yù)抽泵用。裝料后,用機(jī)械泵預(yù)抽真空室,在這段時(shí)間內(nèi)利用儲(chǔ)氣罐來維持?jǐn)U散泵工作(作為前級(jí)泵用)。

(3)為防止真空室內(nèi)瞬時(shí)大量放氣而影響擴(kuò)散泵正常工作。真空工藝生產(chǎn)中的某段時(shí)間內(nèi)放氣量特別大,但時(shí)間短。若按此時(shí)的最大排氣量配置前級(jí)機(jī)械泵很不經(jīng)濟(jì);此時(shí)可在系統(tǒng)中配置前級(jí)儲(chǔ)氣罐,在最大放氣量時(shí)儲(chǔ)存一部分氣體,以避免擴(kuò)散泵的前級(jí)壓力超過最大反壓力。

(4)用于穩(wěn)定擴(kuò)散泵出口壓力。由于機(jī)械泵排氣是脈動(dòng)的,雖然頻率不高,但是也會(huì)引起擴(kuò)散泵出口壓力的波動(dòng)。設(shè)置儲(chǔ)氣罐可減少這種波動(dòng)。