真空熔爐設(shè)計(jì)[含CAD高清圖紙和說(shuō)明書(shū)]

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Zr 基非晶合金具有較高的屈服強(qiáng)度和硬度, 遠(yuǎn)高于晶態(tài)合金。鑄態(tài) 非晶合金的屈服強(qiáng)度為1.56GPa, 斷裂強(qiáng)度為1.65 Gpa； (x=7.5%12.5%)塊體非晶合金的壓縮斷裂強(qiáng)度和硬度分別1.731.86 GPa 和693824 HV, 并隨Ti含量的增加而提高；經(jīng)高強(qiáng)脈沖電流預(yù)處理的 大塊非晶在不發(fā)生晶化的條件下其抗壓強(qiáng)度最高達(dá)2.02GPa。可見(jiàn)Zr基大塊非晶合金的強(qiáng)度仍有進(jìn)一步提高的潛力。對(duì)非晶合金的動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)表明, 在高應(yīng)變速率(10/s)下, 屈服強(qiáng)度對(duì)應(yīng)變速率不敏感。Bruck 等人發(fā)現(xiàn), 試樣的長(zhǎng)徑比對(duì) 非晶合金的壓縮屈服強(qiáng)度有較大影響。但在動(dòng)態(tài)載荷作用下,壓縮強(qiáng)度對(duì)長(zhǎng)徑比的變化不敏感。大塊非晶合金的強(qiáng)度還受制備方法的影響。如采用壓鑄法和銅模法制備的Zr-Al-Ni-Cu 非晶合金的彎曲強(qiáng)度, 前者要比后者高得多, 這是由于這兩種方法在冷卻過(guò)程中造成的殘余應(yīng)力差別很大的緣故。Liu 等研究了一系列試驗(yàn)環(huán)境下的拉伸和壓縮行為, 結(jié)果表明試驗(yàn)環(huán)境并不影響塊狀非晶合金的強(qiáng)度和韌性。1.2.1.3 塑性和韌性室溫下非晶合金一般呈現(xiàn)脆性斷裂特征, 塑性變形量主要由應(yīng)力狀態(tài)決定。在拉伸條件下, 非晶合金的變形局限于一狹窄的剪切帶內(nèi), 塑性變形也集中于剪切帶內(nèi), 而在試樣其他部分仍保持剛性狀態(tài)。在彎曲條件下可產(chǎn)生多個(gè)剪切帶, 相應(yīng)地增大了伸長(zhǎng)率。Conner 等人和Gilbert 等人最早對(duì)塊狀 非晶合金的斷裂韌性()進(jìn)行了測(cè)試。采用三點(diǎn)彎曲法, 試樣的厚度為2.2mm,測(cè)得約55。相當(dāng)于高強(qiáng)鋼和Ti 合金的水平。2001 年,Xing采用真空吸鑄法制備出3mm 的非晶合金, 壓縮時(shí)的塑性變形為4.9%左右。2005 年, Jayanta研制出具有超高強(qiáng)度和較高塑性的CuZr 非晶合金材料, 斷裂強(qiáng)度達(dá)2265 MPa, 同時(shí)具有一般非晶材料中不具備的加工硬化效應(yīng)和極大的延展性(延展率達(dá)20%)；隨后,Wang在2007 年研制出非晶合金, 它在室溫條件下同時(shí)具有超高塑性, 延展率達(dá)160%。1.2.2 耐腐蝕性能在腐蝕過(guò)程中, 由于晶體具有晶界、位錯(cuò)和偏析等缺陷, 不易生成穩(wěn)定的鈍化膜, 成為腐蝕的源區(qū)。非晶合金沒(méi)有這些缺陷和不均勻性, 能夠形成均勻鈍化膜, 因此, 非晶合金具有良好的耐腐蝕性能。Zr 基非晶合金比晶體合金更耐腐蝕, 它的耐腐蝕性是不銹鋼的100 倍, 有“超不銹鋼”的美譽(yù)。含有少量鈮或鈦的 非晶合金, 在NaC1 溶液中的具有良好的抗腐蝕性能。 鑄態(tài)非晶合金在水中具有良好的耐腐蝕性能, 但隨水溫的升高, 其耐腐蝕性能有所下降, 這主要是由于在室溫時(shí), 非晶合金表面形成一層致密的保護(hù)膜, 而隨著水溫的升高膜越來(lái)越厚并形成多孔結(jié)構(gòu)。1.2.3 加工性能非晶合金的塑性變形量受溫度和應(yīng)力狀態(tài)影響很大, 在溫度低于玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg 時(shí), 非晶合金以剪切方式變形。由于多數(shù)塊狀非晶合金都存在大的過(guò)冷液相區(qū), 當(dāng)過(guò)冷液體的黏度達(dá)到Pas 數(shù)量級(jí)時(shí), 過(guò)冷液體形成類似于氧化物玻璃的無(wú)序結(jié)構(gòu), 表現(xiàn)為牛頓流動(dòng)狀態(tài), 可在較寬的應(yīng)變率范圍內(nèi)發(fā)生黏性流動(dòng), 獲得極高的塑性形成能力。1.3 真空獲得設(shè)備發(fā)展概述1.3.1 真空技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介隨著真空技術(shù)在各行各業(yè)應(yīng)用的日益寬泛和不可或缺,人們對(duì)實(shí)現(xiàn)和保證真空狀態(tài)下工藝過(guò)程的重復(fù)性可靠性及其技術(shù)進(jìn)步,已在不斷地提出新的要求。這其中對(duì)真空成套設(shè)備,特別是對(duì)真空獲得設(shè)備的性能、性價(jià)比和服務(wù)最為關(guān)切,當(dāng)然還有工藝軟件、管理技術(shù)等。真空獲得技術(shù)是一切真空應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ),真空獲得設(shè)備關(guān)系到所有真空應(yīng)用設(shè)備的運(yùn)行和使用。真空獲得設(shè)備行業(yè)如何適應(yīng)我們不斷發(fā)展的真空事業(yè),如何滿足人們?cè)谛阅?、性價(jià)比和服務(wù)方面不斷提出的新要求?本文試圖通過(guò)對(duì)我國(guó)真空設(shè)備行業(yè)制造的,在應(yīng)用中量大面廣的水環(huán)泵、旋片泵、滑閥泵、羅茨泵、擴(kuò)散泵等泵種的產(chǎn)能和質(zhì)量分析對(duì)比,給出其量和質(zhì)的基本狀況以及面對(duì)國(guó)內(nèi)外激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所應(yīng)采取的對(duì)策1.3.2 綜合評(píng)價(jià)我們真空設(shè)備行業(yè)制造的系列低端真空獲得設(shè)備產(chǎn)品在量的方面能夠滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需求,如往復(fù)泵、水環(huán)泵、滑閥泵、旋片泵、羅茨泵和擴(kuò)散泵等。這些泵種的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)近10年來(lái)有了一定程度的提高,在性能方面也基本上能夠滿足不同工藝過(guò)程的要求,目前在國(guó)內(nèi)有較高的市場(chǎng)占有率,在35年內(nèi)會(huì)有一定的生命力。這些泵種必須進(jìn)一步改進(jìn)和創(chuàng)新,提高其關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo),如抽速與效率、極限壓力、返油率、噪聲、要降低能耗以取悅用戶、要減輕重量以降低成本。特別是要積極開(kāi)展可靠性或壽命的實(shí)驗(yàn)研究,要有效開(kāi)展減振、降噪、消煙等研究,以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,這些都是未來(lái)與外商品牌爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額最主要的戰(zhàn)場(chǎng)。配套附件研發(fā)和備件供應(yīng)是主機(jī)成熟的標(biāo)志,如油霧撲集器、消音器、冷阱等。在國(guó)外這部分配套附件和易損備件的銷(xiāo)售收入接近主機(jī)銷(xiāo)售收入的60%,利潤(rùn)空間大,又能滿足客戶需求,還能使主機(jī)性能得以充分發(fā)揮。我們應(yīng)該重視配套附件研發(fā)和供應(yīng),并把這一工作列到主機(jī)的工作序列中去。目前我國(guó)中外企業(yè)在生產(chǎn)品種上,除分子泵、少量的離子濺射泵外,其他高端真空獲得設(shè)備基本上是空白,如低溫泵、各式干泵等。我們可能有35年較為寬松的時(shí)空環(huán)境來(lái)研發(fā)高端真空獲得設(shè)備或提高其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。面對(duì)IT行業(yè)不斷增長(zhǎng)的巨大需求,有條件的單位應(yīng)早做打算。綜合上述,我認(rèn)為未來(lái)35年是決定我國(guó)真空獲得設(shè)備制造行業(yè)各個(gè)企業(yè)命運(yùn)走向的關(guān)鍵時(shí)段。2 鋯基非晶合金真空熔煉壓力熔滲爐真空系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 工作原理及主要技術(shù)性能指標(biāo) 真空感應(yīng)熔煉技術(shù)：利用電磁感應(yīng)與渦流熱的原理將金屬原材料融化，同時(shí)利用感應(yīng)熔煉的電動(dòng)力效應(yīng)與攪拌原理使合金各組分分布均勻。 壓力熔滲技術(shù)：使鎢絲與塊體非晶合金復(fù)合材料之間的界面處于理想狀態(tài)。 快速凝固技術(shù)：制備鎢絲增強(qiáng)的塊體非晶合金基復(fù)合材料。本系統(tǒng)為三室立臥組合全不銹鋼式結(jié)構(gòu)。主要由“真空獲得及測(cè)量系統(tǒng)”,“感應(yīng)熔煉澆鑄系統(tǒng)”,“壓力熔滲系統(tǒng)及介質(zhì)冷卻快淬系統(tǒng)”,“電控系統(tǒng)”，“工作氣體充氣排氣系統(tǒng)”，“工作臺(tái)架系統(tǒng)”、“冷卻水系統(tǒng)”等組成。1極限真空度：熔煉室：610-4Pa（冷態(tài)）；熔滲室：610-4Pa（冷態(tài)）；快淬室610-1Pa；漏率10-8Pa.L/s；2感應(yīng)熔煉坩堝容量：10Kg(Fe)；采用電動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)澆鑄方式；3單爐每次產(chǎn)量5只鑄件；4感應(yīng)熔煉最高加熱溫度：1300；采用熱電偶測(cè)溫；5感應(yīng)熔煉電源：60Kw/4KHz(IGBT)，風(fēng)冷； 6熔滲室內(nèi)保溫爐加熱均溫區(qū)高度300mm；熔滲室保溫電阻爐加熱電源: 20KW低壓直流加熱電源；熔滲室加熱器采用鉬片電熱元件；鉬+不銹鋼組合金屬筒屏蔽保溫；7熔滲室加熱溫度：10002；PID控溫；溶滲室保護(hù)性氣氛壓力最大50Bar;溶滲室上蓋電動(dòng)升降。8熔滲室保護(hù)氣氛：氬氣，通過(guò)氬氣瓶向熔滲室充氣；排氣時(shí)，氣體排入儲(chǔ)氣罐；9熔滲室設(shè)有保護(hù)性的安全閥及由壓力傳感器和充排氣系統(tǒng)組成的壓力自動(dòng)控制系統(tǒng)；10鑄模管內(nèi)部尺寸：30300；鑄模管石英件一套，鑄模管對(duì)開(kāi)金屬模一套；11控制模式分為手動(dòng)繼電控制及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，兩種模式可切換；相關(guān)工藝參數(shù)及曲線可存儲(chǔ)及打印；12.重要冷卻部位單獨(dú)設(shè)有水流保護(hù)聯(lián)鎖裝置；2.2 真空獲得系統(tǒng)2.2.1 真空機(jī)組選用原則1、真空泵的工作壓強(qiáng)應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強(qiáng)要求。如：真空鍍膜要求110-5mmHg的真空度，選用的真空泵的真空度至少要510-6mmHg。通常選擇泵的真空度要高于真空設(shè)備真空度半個(gè)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。2、正確地選擇真空泵的工作點(diǎn)。每種泵都有一定的工作壓強(qiáng)范圍，如：擴(kuò)散泵為10-310-7mmHg，在這樣寬壓強(qiáng)范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強(qiáng)而變化，其穩(wěn)定的工作壓強(qiáng)范圍為510-4510-6mmHg。因而，泵的工作點(diǎn)應(yīng)該選在這個(gè)范圍之內(nèi)，而不能讓它在10-8mmHg下長(zhǎng)期工作。又如鈦升華泵可以在10-2mmHg下工作，但其工作壓強(qiáng)應(yīng)小于110-5mmHg為好。3、真空泵在其工作壓強(qiáng)下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過(guò)程中產(chǎn)生的全部氣體量。4、正確地組合真空泵。由于真空泵有選擇性抽氣，因而，有時(shí)選用一種泵不能滿足抽氣要求，需要幾種泵組合起來(lái)，互相補(bǔ)充才能滿足抽氣要求。如鈦升華泵對(duì)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(duì)稱陰極濺射離子泵）對(duì)氬有一定的抽速，兩者組合起來(lái)，便會(huì)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(yù)真空；有的真空泵出口壓強(qiáng)低于大氣壓，需要前級(jí)泵，故都需要把泵組合起來(lái)使用。5、真空設(shè)備對(duì)油污染的要求。若設(shè)備嚴(yán)格要求無(wú)油時(shí)，應(yīng)該選各種無(wú)油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴(yán)格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達(dá)到清潔真空要求。6、了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無(wú)顆?；覊m，有無(wú)腐蝕性等。選擇真空泵時(shí)，需要知道氣體成分，針對(duì)被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進(jìn)氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。7、真空泵排出來(lái)的油蒸氣對(duì)環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無(wú)油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。8、真空泵工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)工藝過(guò)程及環(huán)境有無(wú)影響。若工藝過(guò)程不允許，應(yīng)選擇無(wú)振動(dòng)的泵或者采取防振動(dòng)措施。9、真空泵的價(jià)格、運(yùn)轉(zhuǎn)及維修費(fèi)用。2.2.2 真空泵工作壓力范圍根據(jù)設(shè)計(jì)要求真空室冷態(tài)極限真空為610-4 Pa，該真空爐真空系統(tǒng)為高真空系統(tǒng)。表1為目前各種真空泵的工作壓力范圍，可獲得要求極限真空的泵有油擴(kuò)散泵、鈦泵、渦輪分子泵、低溫泵。鈦泵和低溫泵通常用在超高真空，在超高真空范圍，低溫泵是可以取代其它類泵的一種清潔抽氣設(shè)備。另外鈦泵由于鈦升華有污染，低溫泵在低溫下工作，因此這兩種泵都不適合作為此真空爐的主泵，此外這兩種泵價(jià)格也比較昂貴。油擴(kuò)散泵抽氣速率大，也可滿足真空度的要求，缺點(diǎn)是有返油，使用起來(lái)也比較麻煩。表1各種真空泵工作壓力范圍我國(guó)分子泵的抽速有110、150、450、550、600、1200、1600和3500等多種規(guī)格，國(guó)際上渦輪分子泵抽速?gòu)?0已發(fā)展到25000（日本）甚至達(dá)40000（俄羅斯）。此真空爐用分子泵為主泵可滿足設(shè)計(jì)要求，分子泵工作環(huán)境清潔，無(wú)油，能耗低，啟?？?，缺點(diǎn)是應(yīng)避免抽除帶粉塵、腐蝕性或爆炸性氣體，價(jià)格較貴。因此，該真空爐以分子泵為主泵，設(shè)計(jì)的真空系統(tǒng)如圖1所示。1 旋片泵、 2 放氣閥、3羅茨泵 、4預(yù)抽泵閥I、5前級(jí)泵閥I、6分子泵I、7 高真空閥、8除塵器、9 熔煉室 、10 真空規(guī) 、11放氣閥I、 12壓力表閥、13壓力表、14 真空規(guī)II（ZDF-IV復(fù)合真空計(jì)）、15 真空規(guī)閥II 、16 放氣閥II、17 熔滲室、18預(yù)抽泵閥II、19高真空閥、20分子泵II、 21前級(jí)泵閥II、 22羅茨泵II 、23前級(jí)管道放氣閥、24旋片泵II、 25放氣閥、26旁通閥III 、27高真空閥 、28羅茨泵III 、29前級(jí)泵閥III 、30 前級(jí)管道放氣閥III、 31 2X-70旋片式真空泵、32 真空規(guī)III、 33高壓閥圖1 真空獲得系統(tǒng)真空獲得方案簡(jiǎn)圖2.2.3 旋片泵工作原理及其型號(hào)確定2.2.3.1 旋片泵簡(jiǎn)介旋片式真空泵是利用轉(zhuǎn)子和可在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動(dòng)的旋片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以獲得真空的一種變?nèi)輽C(jī)械真空泵。當(dāng)采用工作液來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑并填充泵腔死隙，分隔排氣閥和大氣時(shí)，即為通常所稱的油封旋片真空泵。無(wú)工作液時(shí)，即為干式旋片真空泵。在油封旋片真空泵中，國(guó)內(nèi)習(xí)慣上稱帶傳動(dòng)的為旋片真空泵，而把泵與電動(dòng)機(jī)直接連接或用聯(lián)軸器連接的稱為直聯(lián)旋片真空泵。在每種泵中，又有單級(jí)和雙級(jí)之分。在單級(jí)泵中，由于選用的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)不同，泵的極限壓力和用途也不同。它們的共同特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用方便，能從大氣壓力下起動(dòng)，可直接排人大氣，偏心質(zhì)量較小，維護(hù)簡(jiǎn)便，雙級(jí)系的極限壓力為6x10一2一lxro一ZPa，一種單級(jí)泵可達(dá)4Pa左右，另一種單級(jí)泵為50200Pa左右。自1909年蓋德(W.Gaede)發(fā)明旋片泵并取得德國(guó)專利，1936年又發(fā)明氣鎮(zhèn)泵，1941年取得專利以來(lái)，旋片真空泵得到廣泛應(yīng)用和不斷完善。20世紀(jì)60年代末，國(guó)際上出現(xiàn)了提高轉(zhuǎn)速，直聯(lián)的小型化趨勢(shì)，70年代初出現(xiàn)了直聯(lián)系列產(chǎn)品，到80年代初，又推出了改進(jìn)的系列產(chǎn)品，有多種可供用戶選配的附件，可以保護(hù)泵或保護(hù)環(huán)境，泵本身結(jié)構(gòu)也有改進(jìn)而使可靠性提高。在泵的結(jié)構(gòu)方面，為了能在停泵時(shí)防止返油，有的設(shè)有能自動(dòng)切斷油路的止回閥，有的設(shè)有進(jìn)氣通道截止閥，有的為了能在泵開(kāi)氣鎮(zhèn)運(yùn)轉(zhuǎn)突然停電時(shí)自動(dòng)切斷氣路來(lái)保持泵口處于真空狀態(tài)而設(shè)有油泵和控制結(jié)構(gòu)。在附件方面，有消霧器、氣味過(guò)濾器、阻擋碎玻璃等雜物用的擴(kuò)口過(guò)濾器、灰塵過(guò)濾器、蒸汽凝結(jié)阱、化學(xué)阱，有控制泵溫以提高水蒸氣抽除率和保護(hù)泵的溫控水量調(diào)節(jié)閥。到了20世紀(jì)80年代末90年代初，又推出了油過(guò)濾器，能監(jiān)視油溫、油壓、油質(zhì)等的電子顯示器，甚至可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)，進(jìn)行自動(dòng)控制，采用強(qiáng)制潤(rùn)滑和風(fēng)冷，使泵的連續(xù)工作人口壓力達(dá)10kPa，甚至更高，同一臺(tái)系的適用范圍因而更大。雙級(jí)旋片真空泵，可以廣泛用于冰箱，空調(diào)機(jī)，燈泡、日光燈、瓶膽生產(chǎn)和電子、冶金、醫(yī)藥、化工、濾油機(jī)、印刷機(jī)械、包裝機(jī)等工業(yè)，可作為擴(kuò)散泵、羅茨泵、分子泵等的前級(jí)泵，供電子儀器、醫(yī)療儀器等配套和試驗(yàn)研究應(yīng)用。由于直聯(lián)泵沒(méi)有帶傳動(dòng)摩擦的粉塵的污染，體積小，重量輕，材料節(jié)約，功能日趨完善，更被廣泛推廣應(yīng)用。2.2.3.2 旋片泵結(jié)構(gòu)及工作原理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(guò)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(guò)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(kāi)排氣閥，被抽的氣體不斷地穿過(guò)油箱內(nèi)的油層而排至大氣中，在泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不斷地進(jìn)行著吸氣、壓縮、排氣過(guò)程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的。排氣閥浸在油里以防止大氣流入泵中，油通過(guò)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。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)，室是低真空級(jí)，室是高真空級(jí)，被抽氣體由進(jìn)氣口進(jìn)入室，當(dāng)進(jìn)入的氣體壓力較高時(shí)，氣體經(jīng)室壓縮，壓強(qiáng)急速增大，被壓縮的氣體不僅從高級(jí)排氣閥排出，而且經(jīng)過(guò)中壁通道，進(jìn)入室，在室被壓縮，從低級(jí)排氣閥排出；當(dāng)進(jìn)入室的氣體壓力較低時(shí)，雖經(jīng)室的壓縮，也推不開(kāi)高級(jí)排氣閥排出，氣體全部經(jīng)中壁通道進(jìn)入室，經(jīng)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2.2.3.3 旋片泵型確定號(hào)2XT-70機(jī)械泵一臺(tái) 2XT-30機(jī)械泵一臺(tái)TRP-48機(jī)械泵一臺(tái)2.2.4 羅茨泵工作原理及其型號(hào)確定用于較高真空的羅茨真空泵(機(jī)械增壓泵)不能直排大氣，如直排大氣會(huì)造成羅茨真空泵吸氣口與排氣口壓差太大，從而使羅茨真空泵過(guò)載，如單純加大羅茨真空泵電機(jī)功率又會(huì)造成羅茨真空泵過(guò)熱以致羅茨真空泵轉(zhuǎn)子之間的微小間隙很快因熱膨脹而卡死。為保證羅茨真空泵能達(dá)到較高真空必須保證羅茨真空泵轉(zhuǎn)子之間的間隙。所以羅茨真空泵使用時(shí)必須設(shè)有前級(jí)泵，用前級(jí)泵將系統(tǒng)內(nèi)壓力抽至一定范圍內(nèi)時(shí)再啟動(dòng)羅茨真空泵，如此可以避免羅茨真空泵過(guò)載。前級(jí)泵可以選用水(液)環(huán)式真空泵、旋片式真空泵、滑閥式真空泵、往復(fù)式真空泵等可直排大氣的真空泵。羅茨泵水環(huán)泵機(jī)組廣泛地用于化工、食品升華干燥、高空模擬試驗(yàn)等的抽真空系統(tǒng)中。這類聯(lián)合機(jī)組，大致有如下幾種類型。（1）羅茨泵水環(huán)泵：機(jī)組中水環(huán)泵的作用是造成羅茨泵所需的預(yù)備真空，因此要求該水環(huán)泵的最大允許排氣壓力，即是說(shuō)，一方面要盡量提高水環(huán)泵的極限真空，另一方面，也要設(shè)法提高羅茨泵的最大允許排氣壓力。 一般情況，單級(jí)水環(huán)泵極限真空度不高，而目前我國(guó)生產(chǎn)的羅茨泵要求的預(yù)真空又較高，故實(shí)際上不用單級(jí)水環(huán)泵作為羅茨泵的前級(jí)泵，而用能提高極限真空度的雙級(jí)水環(huán)泵作為前級(jí)泵使用，采用雙級(jí)水環(huán)泵，還可以提高機(jī)組的極限真空度。一臺(tái)羅茨泵的極限真空度是較低的，特別是當(dāng)它與水環(huán)泵組合運(yùn)行時(shí)，使用范圍受到限制，整個(gè)機(jī)組的極限真空度可能更低，但若用兩臺(tái)羅茨泵串聯(lián)再與水環(huán)泵組合，就能大大提高機(jī)組的極限真空度。故在這種類型里通常見(jiàn)到的是兩臺(tái)羅茨泵串聯(lián)后再用雙級(jí)水環(huán)泵作前級(jí)泵組成機(jī)組。（2）羅茨泵水環(huán)泵大氣泵機(jī)組：即使采用雙級(jí)水環(huán)泵，極限真空度的提高也只是在一定的范圍之內(nèi)，這是因?yàn)槭艿剿娘柡驼羝麎旱南拗啤Ｋh(huán)泵的理論極限壓力就是水的飽和蒸汽壓。如果考慮氣體返流等因素的影響，實(shí)際上水環(huán)泵的極限壓力顯著比該水溫上的飽和蒸汽壓力為高。為了提高前級(jí)泵的極限真空度，還可以使水環(huán)泵與大氣泵組合使用。見(jiàn)圖3-55這樣，串聯(lián)一級(jí)大氣泵后的極限真空度可達(dá)2030Torr,如果水環(huán)泵與二級(jí)大氣泵組合，則極限真空可達(dá)210Torr。（3）羅茨泵水環(huán)泵并聯(lián)機(jī)械真空泵：此機(jī)組主要用于需要處理大量水蒸汽，且極限真空度要求較高的抽真空系統(tǒng)，例如在真空干燥方面。要求處理大量水蒸汽的真空系統(tǒng)中，使用水環(huán)泵是較合適的，但由于其極限真空度不高，致使整個(gè)機(jī)組的極限真空度較低。雖然在要求真空度較高的抽真空系統(tǒng)中，需要極限真空較高的機(jī)械真空泵作為前級(jí)泵使用。但由于水環(huán)泵的耗電量大，效率很低，噪聲高，在需要長(zhǎng)時(shí)間的真空干燥系統(tǒng)中，用水環(huán)泵作為羅茨泵前級(jí)泵很不經(jīng)濟(jì)。在上述情況下，可將氣鎮(zhèn)機(jī)械真空泵與水環(huán)泵并聯(lián)，作為羅茨泵的前級(jí)泵。真空干燥時(shí)，先用水環(huán)泵進(jìn)行預(yù)抽，直至水蒸汽大量減少時(shí)，再開(kāi)動(dòng)氣鎮(zhèn)機(jī)械真空泵，切斷水環(huán)泵。如需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成干燥的場(chǎng)合，所需冷卻水和功率都較少，如圖3所示。2.2.4.2羅茨泵機(jī)組的運(yùn)行（1）機(jī)組前裝冷凝器為了盡量使機(jī)組的體積小些，可設(shè)法使待抽的蒸汽在進(jìn)入泵機(jī)組之前冷凝，這樣剩下來(lái)的就是非可凝性氣體和微量殘余蒸汽。氣體降溫后在相同壓力下體積也減小。所以冷凝后所需抽氣量減小，相應(yīng)地泵也可以選得小一些。采用哪種方式較經(jīng)濟(jì)？應(yīng)視其具體情況而定，舉例說(shuō)明如下：冷凝蒸汽有兩種方式：一種是安裝一臺(tái)冷卻裝置，另一種是在機(jī)組的高壓級(jí)中裝一臺(tái)冷凝器，以便能用普通的水冷卻。 其系統(tǒng)需要每小時(shí)抽除50kg的水蒸汽量，在吸入壓力為1Torr時(shí)的容積流量為50000m3/h。1)要抽吸上述的水蒸汽量，需要三個(gè)羅茨泵串聯(lián)，并用一臺(tái)水環(huán)泵作前級(jí)組成的機(jī)組，該機(jī)組的總功率90kW。2）為了使蒸汽在到達(dá)真空泵之前冷凝，就要在位于A處裝一個(gè)冷凝器和一個(gè)功率為30000kcal/h的冷卻裝置，如圖4所示。在1Torr的吸入壓力下，水蒸汽的冷凝溫度均為-19，為了能保證連續(xù)工作，應(yīng)取冷凝裝置的冷凝溫度為-25，且并聯(lián)安裝2臺(tái)冷凝器。根據(jù)非冷凝氣體的組成部分計(jì)算得，真空泵的抽氣量就可以降低到10002000m3/h，總機(jī)組（包括冷凝器的消耗功率）的功率同樣是90kW。3）先用羅茨泵抽出水蒸汽，并在45Torr壓力下進(jìn)行冷凝，該壓力下有的冷凝溫度約為36，于是可使冷凝器的冷凝溫度保持在3035之間，可用普通冷卻水冷卻。冷凝器設(shè)在B處。這時(shí)總功率的消耗為75kW左右。通過(guò)上述三組方式的比較可知，第三種方案最好，可減少15kW的動(dòng)力消耗。綜上所述，水蒸汽冷卻后只剩下非可凝性氣體。在壓力很低時(shí)，水蒸汽的比容相當(dāng)大，這些可凝性蒸汽冷凝后，泵所需要的抽氣量顯然就大為降低了。另外，不論蒸汽是否冷凝，在同樣壓力下只要?dú)怏w溫度降低，其容積流量就會(huì)減少。例如化工流程中200300溫度的氣體并不少見(jiàn)。若從300冷卻到50之后，干燥空氣的容積減少45%左右，這樣就可以選擇較小容量的抽氣真空泵機(jī)組裝置。（2）機(jī)組的操作順序：1）機(jī)組中無(wú)旁通閥時(shí)，應(yīng)先開(kāi)動(dòng)水環(huán)泵，被抽系統(tǒng)中的氣體由羅茨泵（氣體推動(dòng)羅茨泵轉(zhuǎn)子自行轉(zhuǎn)動(dòng)，如同流量計(jì)一般）進(jìn)入水環(huán)泵后再排至大氣，待水環(huán)泵的吸入壓力（如串聯(lián)有大氣泵，則為大氣泵的吸入壓力）達(dá)到羅茨泵的起初規(guī)定值時(shí)（即允許排氣壓力），始啟動(dòng)羅茨泵，機(jī)組正式運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始工作。2）機(jī)組中有旁通閥時(shí)，如圖所示，先啟動(dòng)水環(huán)泵，接著開(kāi)動(dòng)羅茨泵，此時(shí)，羅茨泵進(jìn)排氣壓差較大，旁通閥自動(dòng)開(kāi)啟，被抽容器中的氣體一部分經(jīng)過(guò)旁通閥進(jìn)入水環(huán)泵，另一部分在羅茨泵的作用下通過(guò)該泵也進(jìn)入水環(huán)泵，顯然抽氣速率增加，這樣很快達(dá)到羅茨泵的預(yù)真空，進(jìn)排氣壓差較小，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉（或人工關(guān)閉），機(jī)組正式工作。這種方法能大大縮短預(yù)抽時(shí)間，但設(shè)備較復(fù)雜。（3）機(jī)組羅茨泵前級(jí)泵性能關(guān)系機(jī)組的性能與羅茨泵的性能密切相關(guān)，而羅茨泵的性能又隨前級(jí)泵的不同而有所不同。1）由于羅茨泵的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與殼體之間存在著間隙，因此有返流存在，而這種返流受進(jìn)口壓力和出口壓力的影響，即使是同一臺(tái)羅茨泵，使用不同的前級(jí)泵時(shí)，其抽氣速率也會(huì)有所不同。羅茨泵的抽氣速率可由下式確定： 0(P2/P1/K)式中：0設(shè)計(jì)的抽氣速率；P1進(jìn)口壓力；P2出口壓力；K固有常數(shù)，由該泵轉(zhuǎn)子的形狀、間隙量、轉(zhuǎn)子圓周速度和出口壓力來(lái)確定。由上式可知，抽氣量受到出口壓力與進(jìn)口壓力之比的影響，亦即若增加前級(jí)泵的抽氣速率，那么羅茨泵的抽氣速率也會(huì)增大。（2）極限壓力由泵的抽氣速率，各間隙的返流量，泵體泄漏量及高真空側(cè)的放氣量所決定。即：P0(Q1+Q2+Q3)/式中：P0極限壓力； 抽氣速率； Q1返流量； Q2泄漏量； Q3放氣量。在這些參數(shù)中，Q1受排氣壓力即前級(jí)泵的極限壓力的影響很大，在用水環(huán)泵作前級(jí)泵時(shí)，羅茨泵的極限壓力隨水環(huán)的飽和蒸汽壓的不同而不同。圖6是用同一臺(tái)羅茨泵配不同的前級(jí)泵時(shí)的性能比較。從圖可見(jiàn)，前級(jí)泵的極限真空度愈高時(shí)，機(jī)組的極限真空度也隨之增高；兩級(jí)羅茨泵串聯(lián)使用，則能提高機(jī)組的極限真空度（實(shí)質(zhì)上就是前一個(gè)羅茨泵為后一個(gè)羅茨泵的前級(jí)泵），且性能曲線平緩擴(kuò)大，也即使用的范圍擴(kuò)大（由曲線1與2，曲線3與5的比較而得）。機(jī)組1、2的曲線大致相同。同樣，機(jī)組3、4、5的曲線也有相同之處。然而1、2機(jī)組曲線和3、4、5機(jī)組曲線卻是完全不同的兩組曲線。這說(shuō)明對(duì)于同一羅茨泵而言，選用不同的前級(jí)泵時(shí)，其機(jī)組的性能曲線有本質(zhì)的差異。由此可見(jiàn)，前級(jí)泵對(duì)機(jī)組性能有相當(dāng)大的影響。 （4）水環(huán)泵的選擇所謂水環(huán)泵就是用水作為液環(huán)的液環(huán)泵，用水作液環(huán)有很多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)廉、易得、不會(huì)污染環(huán)境等。但也有一個(gè)很大缺點(diǎn)，由于水的飽和蒸汽壓高，使得水環(huán)泵的吸入壓力也高。這時(shí)如改用飽和蒸汽壓低的液體作為液環(huán)，則可提高泵的極限真空度。如果某機(jī)組中羅茨泵最大允許的排氣壓力為10Torr，則用水作液環(huán)時(shí)還須加大氣泵才能作為該羅茨泵的前級(jí)泵，若改用礦物油作液環(huán)則不加大氣泵即可作為前級(jí)泵，這樣可以簡(jiǎn)化裝置。（5）機(jī)組性能與羅茨泵允許排出壓力機(jī)組的性能在很大程度上取決于羅茨泵的允許排出壓力。這種允許值越低，水環(huán)泵作為前級(jí)泵的可能性就越小。如果羅茨泵這種允許值為110Torr，而不論單、多級(jí)的水環(huán)泵極限壓力大大高于這個(gè)數(shù)值，因此就不可能單獨(dú)與這種羅茨泵組合使用，而需要加二級(jí)大氣泵。如果羅茨泵排出壓力允許值在100Torr以上，則前級(jí)的水環(huán)泵也可以作為羅茨泵的前級(jí)泵的前級(jí)泵，這就大大地?cái)U(kuò)充了前級(jí)泵的應(yīng)用范圍。（6）應(yīng)用實(shí)例某化纖產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程為：低分子高分子制成帶狀切片干燥（運(yùn)用羅茨泵水環(huán)泵機(jī)組進(jìn)行真空干燥）抽絲牽伸、加熱紡織成品。其中一個(gè)重要的工序是將555(mm)大小的切片進(jìn)行干燥，以便進(jìn)行抽絲，抽絲過(guò)程中理想的狀況是使水份含量為零，實(shí)際上由于不能達(dá)到這一目的，故要求水份含量不大于0.02%，如果水份超過(guò)這一要求，要高溫高壓下抽絲，會(huì)使高分子分解，影響產(chǎn)品的強(qiáng)度。在干燥這一工序中所應(yīng)用的羅茨泵水環(huán)泵機(jī)組的抽真空系統(tǒng)裝置如圖7所示。機(jī)組中各泵的技術(shù)參數(shù)如下表。名 稱抽 氣 速 率(m3/h)轉(zhuǎn)子直徑(mm) 轉(zhuǎn) 速(r/min)配用功率(kW) 羅茨泵140016014502.2羅茨泵220010229001.3雙級(jí)水環(huán)泵100前級(jí)葉輪為后級(jí)之半14505.5主要設(shè)備的功用簡(jiǎn)介如下：（1）真空閥關(guān)閉真空閥，機(jī)組停止運(yùn)行，可保持干燥系統(tǒng)一定的真空度。（2）自動(dòng)氣動(dòng)安全閥為防止機(jī)組突然停車(chē)時(shí)水環(huán)泵系統(tǒng)中的水向羅茨泵及真空干燥系統(tǒng)中倒灌。（3）壓差閥機(jī)組開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，先啟動(dòng)水環(huán)泵，在壓差閥兩端逐漸產(chǎn)生壓差，達(dá)到一定值時(shí)，閥自動(dòng)開(kāi)啟，使系統(tǒng)中大部分氣體經(jīng)此閥流進(jìn)水環(huán)泵。當(dāng)大氣逐漸通過(guò)大氣泵流進(jìn)水環(huán)泵，壓差閥兩端壓力又逐漸減小，以致關(guān)閥，于是大氣泵隨即開(kāi)始正常工作，壓差閥的作用是為了縮短大氣泵正常工作前的預(yù)抽時(shí)間。2.2.5 羅茨泵真空機(jī)組抽氣速率Qe=SP/T=SvPv/Tv (1)羅茨泵的有效壓縮比為羅茨泵進(jìn)出口壓力比,即Ke=Pv/P (2)羅茨泵的理論壓縮比Kth為羅茨泵的理論抽速與前級(jí)泵的抽速之比,即Kth=Sth/Sv (3)由(2)、(3)、式可得 (4)將(3)、(6)式代入(7)式可得 (5)羅茨泵的實(shí)際抽速與羅茨泵的理論抽速之比,即為羅茨泵的容積效率v,也即羅茨真空機(jī)組的容積效率。 (6)化簡(jiǎn)得 (7)相應(yīng)羅茨泵機(jī)組的抽速 (8)根據(jù)前級(jí)泵的進(jìn)口壓力Pv,羅茨泵在進(jìn)口壓力P下的有效抽速,通過(guò)(8)式可變換為下式計(jì)算當(dāng)已知前級(jí)泵的抽氣速率,此時(shí)機(jī)組的有效抽速 2.2.6 分子泵工作原理及其型號(hào)確定2.2.6.1 分子泵工作原理分子泵是用高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉輪將動(dòng)量傳給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流動(dòng)而抽氣的真空泵。 結(jié)構(gòu)和工作原理 1958年，聯(lián)邦德國(guó)的W.貝克首次提出有實(shí)用價(jià)值的渦輪分子泵，以后相繼出現(xiàn)了各種不同結(jié)構(gòu)的分子泵，主要有立式和臥式兩種,圖1為立式渦輪分子泵的結(jié)構(gòu)圖。渦輪分子泵主要由泵體、帶葉片的轉(zhuǎn)子(即動(dòng)葉輪)、靜葉輪和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。動(dòng)葉輪外緣的線速度高達(dá)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的速度(一般為150400米秒)。單個(gè)葉輪的壓縮比很小，渦輪分子泵要由十多個(gè)動(dòng)葉輪和靜葉輪組成。動(dòng)葉輪和靜葉輪交替排列。動(dòng)、靜葉輪幾何尺寸基本相同,但葉片傾斜角相反。圖2為20個(gè)動(dòng)葉輪組成的整體式轉(zhuǎn)子。每?jī)蓚€(gè)動(dòng)葉輪之間裝一個(gè)靜葉輪。靜葉輪外緣用環(huán)固定并使動(dòng)、靜葉輪間保持1毫米左右的間隙,動(dòng)葉輪可在靜葉輪間自由旋轉(zhuǎn)。 圖3為一個(gè)動(dòng)葉片的工作示意圖。在運(yùn)動(dòng)葉片兩側(cè)的氣體分子呈漫散射。在葉輪左側(cè)(圖3a),當(dāng)氣體分子到達(dá)A點(diǎn)附近時(shí)，在角度1內(nèi)反射的氣體分子回到左側(cè)；在角度1內(nèi)反射的氣體分子一部分回到左側(cè)，另一部分穿過(guò)葉片到達(dá)右側(cè)；在角度1內(nèi)反射的氣體分子將直接穿過(guò)葉片到達(dá)右側(cè)。同理，在葉輪右側(cè)(圖3b),當(dāng)氣體分子入射到B點(diǎn)附近時(shí)，在2角度內(nèi)反射的氣體分子將返回右側(cè)；在2角度內(nèi)反射的氣體分子一部分到達(dá)左側(cè)，另一部分返回右側(cè)；在2角度內(nèi)反射的氣體分子穿過(guò)葉片到達(dá)左側(cè)。傾斜葉片的運(yùn)動(dòng)使氣體分子從左側(cè)穿過(guò)葉片到達(dá)右側(cè)，比從右側(cè)穿過(guò)葉片到達(dá)左側(cè)的幾率大得多。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，氣體分子便不斷地由左側(cè)流向右側(cè)，從而產(chǎn)生抽氣作用。 性能和特點(diǎn) 泵的排氣壓力與進(jìn)氣壓力之比稱為壓縮比。壓縮比除與泵的級(jí)數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與氣體種類有關(guān)。分子量大的氣體有高的壓縮比。對(duì)氮(或空氣)的壓縮比為108109;對(duì)氫為102104；對(duì)分子量大的氣體如油蒸氣則大于1010。泵的極限壓力為10-9帕,工作壓力范圍為10-110-8帕,抽氣速率為幾十到幾千升每秒(1升10-3米3)。渦輪分子泵必須在分子流狀態(tài)(氣體分子的平均自由程遠(yuǎn)大于導(dǎo)管截面最大尺寸的流態(tài))下工作才能顯示出它的優(yōu)越性,因此要求配有工作壓力為110-2帕的前級(jí)真空泵。分子泵本身由轉(zhuǎn)速為1000060000轉(zhuǎn)分的中頻電動(dòng)機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)。2.2.6.2 分子泵的優(yōu)點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn) 由于渦輪分子在某些方面，要比低溫泵、離子泵和擴(kuò)散泵表現(xiàn)得更優(yōu)越。故在一般情況下，多選用渦輪分子泵。它的優(yōu)點(diǎn)有： （1）清潔，無(wú)油蒸汽返流 渦輪分子泵可不用任何阱，按操作規(guī)程工作，就能為被抽容器提供一個(gè)極為清潔的真空環(huán)境，且不含有任何碳?xì)浠衔?。由于現(xiàn)代的渦輪分子泵除大泵外很少用油潤(rùn)滑的了，對(duì)于小泵多用油脂潤(rùn)滑，也有用空氣軸承的，但磁懸浮軸承用得較多。近幾年來(lái)也有不少干式前級(jí)泵出現(xiàn)，使渦輪分子泵系統(tǒng)不存在油蒸汽返流，使它真正成為一種清潔的干式高真空泵（如圖4）。 圖4渦輪分子泵典型的殘余氣體的頻譜圖極限壓力為210-7Pa 圖4渦輪分子泵典型的殘余氣體的頻譜圖 圖4表明渦輪分子泵系統(tǒng)中不含有碳?xì)浠衔?，曲線上17和18為OH+和H2O+。 （2）使用方便 在許多應(yīng)用中，渦輪分子泵可不用高真空閥門(mén)或粗真空。只是簡(jiǎn)單地一按電鈕，泵便能開(kāi)始工作。從大氣壓力可降至極限壓力。這種系統(tǒng)可以通過(guò)渦輪分子泵進(jìn)行粗抽，可一直加速到工作速度為止。這樣就可以不用閥門(mén)、管道、阱、控制器等真空元件。同時(shí)也消除了這些元件所帶來(lái)的故障。因此渦輪分子泵系統(tǒng)所占的空間小，而且渦輪分子泵的安裝方向不受限制，可在任意方向安裝（用油潤(rùn)滑的泵除外，它只能在垂直5范圍內(nèi)工作）。這個(gè)特點(diǎn)，可用于安裝位置受限制的地方。 （3）氣體輸送能力強(qiáng) 大多數(shù)渦輪分子泵對(duì)于輸送輕氣體（如氫、氦）的能力很強(qiáng)。因而它非常適于超高真空下的工藝操作。對(duì)于那些富氫的工藝過(guò)程，氦質(zhì)譜檢漏儀等場(chǎng)合均可得到應(yīng)用。有專門(mén)設(shè)計(jì)用于抽除腐蝕性氣體的渦輪分子泵，適用于刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕，離子束加工，低壓化學(xué)氣相沉積，外延及離子注入等工藝操作。在這些工藝過(guò)程中，抽除的氣體會(huì)對(duì)低溫泵、離子泵、擴(kuò)散泵油等有腐蝕作用。甚至也會(huì)破壞標(biāo)準(zhǔn)的未加保護(hù)的渦輪分子泵。由于渦輪分子泵屬于傳輸型泵，被抽氣體可穿膛而過(guò)，不在泵內(nèi)積存。因而它適于氣體負(fù)荷高的工藝過(guò)程。如濺射、刻蝕等。 （4）適于超高真空應(yīng)用 一臺(tái)密封和除氣良好的渦輪分子泵，配以性能良好的雙級(jí)旋片泵（或同樣性能的干式前級(jí)泵），其極限真空一般可達(dá)到10-910-10Torr（即133.313.33nPa）之間。若一臺(tái)渦輪分子泵再串一臺(tái)渦輪分子泵，用金屬密封并除氣良好的泵，一般其極限壓力在110-10110-11Torr（即13.331.333nPa）之間。而且不像低溫泵或離子泵那樣，渦輪分子泵在超高真空條件下能滿抽速運(yùn)轉(zhuǎn)。這些性能再加上它有良好的清潔性（測(cè)不到碳?xì)浠衔铮?，顯然用戶會(huì)選擇渦輪分子泵用于高分辨率質(zhì)譜儀，分子束外延設(shè)備及超高真空分析儀器等設(shè)備上的。 （5）高壓力下性能良好 有些渦輪分子泵的入口壓力可在10-110-3Torr（即13.33Pa133.3mPa）之間運(yùn)行。在這個(gè)壓力范圍內(nèi)，離子泵不能應(yīng)用，對(duì)于低溫泵需要節(jié)流抽速或經(jīng)常再生，對(duì)擴(kuò)散泵的工作也會(huì)變得不穩(wěn)定。 （6）循環(huán)的時(shí)間短 多數(shù)渦輪分子泵，尤其小一些的，要達(dá)到正常的運(yùn)行速度的時(shí)間，一般需要13min。對(duì)于不同品種和型號(hào)的泵有所不同。并且能立即關(guān)閉，并可暴露大氣。這種快速循環(huán)特性在樣品輸入系統(tǒng)中很有用，尤其對(duì)手提式氦檢漏儀有用。 （7）正常使用時(shí)間長(zhǎng) 在某些應(yīng)用中，渦輪分子泵的正常使用時(shí)間要比其它泵優(yōu)越。因?yàn)樵谥貧怏w負(fù)荷和閥門(mén)漏氣的情況下，會(huì)引起低溫泵經(jīng)常不定時(shí)的再生或離子泵經(jīng)常修復(fù)，而渦輪分子泵使用還能消除因泵油對(duì)真空室的污染。2.2.6.3 分子泵型號(hào)確定 FF250-1600C分子泵 F400/3500分子泵3 熔煉室殼體計(jì)算 大多數(shù)真空室的殼體都是圓形的，原因是制造容易且強(qiáng)度好。真空室除用板材制造外，對(duì)于直徑較小的真空室筒體亦可用熱軋無(wú)縫鋼管制造。圓筒體焊制后應(yīng)進(jìn)行整形和矯直。本設(shè)計(jì)真空室殼體大小為800750mm，采用1Cr18Ni9Ti作為真空室材料。 計(jì)算殼體壁厚 圓筒殼體只承受外壓時(shí)，可按穩(wěn)定條件計(jì)算，其壁厚為：p外壓設(shè)計(jì)壓力MPa；真空容器選擇p=0.5MPa（加上水壓0.4MPa）；L圓筒長(zhǎng)度mm；L=750mm；Et材料溫度為t時(shí)的彈性模量MPa；查表得Et=1.8MPa；代入公式計(jì)算得 =5.84mm；壁厚附加量 ； (2.2)式中 鋼板的最大負(fù)公差附加量mm；查表取1mm；腐蝕裕度mm；查得為2mm；封頭沖壓時(shí)的拉伸減薄量；取值為1mm；圓筒的實(shí)際壁厚應(yīng)為 S=+C=5.84+1+2+1=9.84mm；取整為10mm； 對(duì)真空室殼體進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算 對(duì)真空室殼體強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)按薄殼理論進(jìn)行驗(yàn)算。所謂薄殼就是其厚度大大小于它的曲率半徑。即應(yīng)滿足 0.04 (2.3)則 = =0.01250.04 即滿足使用條件。4 熔滲爐的殼體設(shè)計(jì)與壁厚計(jì)算4.1 殼體壁厚計(jì)算設(shè)計(jì)壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。設(shè)計(jì)壓力從概念上說(shuō)不同于容器的工作壓力。工作壓力是由工藝過(guò)程決定的，在工作過(guò)程中工作壓力可能是變動(dòng)的，同時(shí)在容器的頂部和底部壓力也可能是不同的。容器的工作壓力既然可能是變動(dòng)的，所以將容器在正常操作情況下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱為容器的最大工作壓力。容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該高于其最大工作壓力。我們知道容器的最大工作壓力為1.8MPa，設(shè)計(jì)壓力一般取值為最高工作壓力的1.051.10倍。至于是取1.05還是取1.10，就取決于介質(zhì)的危害性和容器所附帶的安全裝置。介質(zhì)無(wú)害或裝有安全閥等就可以取下限1.05，否則就取上限1.10?？紤]到高溫等不確定因素，取上限值1.1.。的選擇: 焊縫區(qū)是容器上強(qiáng)度比較薄弱的地方。焊縫區(qū)強(qiáng)度降低的原因在于焊接時(shí)可能出現(xiàn)缺陷；焊接熱影響區(qū)往往形成粗大晶粒區(qū)而使強(qiáng)度和塑性降低；由于結(jié)構(gòu)鋼性約束造成焊接內(nèi)應(yīng)力過(guò)大。 焊接區(qū)強(qiáng)度主要決定于熔焊金屬，焊縫結(jié)構(gòu)和施焊質(zhì)量。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮母材的可焊性與焊接件的結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)暮笚l和焊接工藝，而后按焊接接頭型式和焊縫的無(wú)損探傷檢驗(yàn)要求，選取焊接接頭系數(shù)。推薦的焊接接頭系數(shù)如下：1、 雙面焊的對(duì)接焊縫： 100無(wú)損探傷 1.0 局部無(wú)損探傷0.852、 單面焊的對(duì)接焊縫： 100無(wú)損探傷 0.9 局部無(wú)損探傷0.8、雙面焊的對(duì)接焊縫：無(wú)無(wú)損探傷 0.8、單面焊的對(duì)接焊縫：無(wú)無(wú)損探傷 0.6JB 4732標(biāo)準(zhǔn)中要求受壓元件焊縫必須100無(wú)損檢測(cè)，所以本次設(shè)計(jì)取焊縫系數(shù)為1.00內(nèi)壁計(jì)算具體如下：筒內(nèi)要求工作壓力1.8MpaDi400mm設(shè)計(jì)壓力 P=1.11.8MPa =1.98MPa壁厚：在1.98MPa查壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)知，1Cr18Ni9Ti在400材料的許用應(yīng)力為 =108MPa 由公式計(jì)算內(nèi)壓圓筒壁厚為： = 6 mm 2)強(qiáng)度校核 內(nèi)壓筒壁校核公式 上述計(jì)算所以滿足要求容器內(nèi)壓圓筒最高許可工作壓力=4.2 筒體上部大法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算又計(jì)算式4-142得蓋厚其中t蓋的厚度mm其中Dc計(jì)算直徑mmp設(shè)計(jì)壓力MPa工作溫度下材料許用應(yīng)力MPa焊縫系數(shù)C壁厚附加量mmK結(jié)構(gòu)特征系數(shù)K=0.14（表4-262）所以mm所選法蘭蓋的厚度為36mm,滿足要求。采用M1690螺栓20個(gè)，低合金螺栓1Cr18Ni9Ti，200C以下許用應(yīng)力螺栓承受拉力： =所以上述計(jì)算滿足要求。5 真空室抽氣時(shí)間計(jì)算5.1 氣體沿管道流動(dòng)狀態(tài)及流導(dǎo)計(jì)算氣體分子平均自由程對(duì)于20 的空氣= =式中 平均自由程m n氣體分子數(shù)密度 氣體分子直徑m T氣體熱力學(xué)溫度K k玻耳茲曼常數(shù)， p氣體的壓力Pa氣體的內(nèi)摩擦（粘滯性）各層之間的遷移量是動(dòng)量，根據(jù)遷移方程列出內(nèi)摩擦方程 =由于麥克斯韋速度分布，方程式變?yōu)?式中 L內(nèi)摩擦力N 氣體分子的平均自由程m氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速度m/s 氣體的密度kg/取1.293 S面積 氣體的粘滯系數(shù)PasT氣體熱力學(xué)溫度K，去293K M氣體的摩爾質(zhì)量kg/mol，取0.29kg/mol 氣體分子直徑m，取m C肖節(jié)倫德常數(shù)K代入公式得氣體量 流量 Q=pS流阻 G氣體量Pa或PaLt時(shí)間sS抽速L/sp壓力PaQ流量PaL/sW流阻s/LV氣體體積L氣體沿管道流動(dòng)的狀態(tài)可分為4種：湍流、粘滯流、粘滯分子流和分子流。（1） 湍流：當(dāng)氣體壓力和流速較高時(shí)，氣體流動(dòng)是由慣性力在起作用，氣體流線不直，也不規(guī)則，而是出于漩渦狀態(tài)，即漩渦有時(shí)出現(xiàn)有時(shí)消失。管路中沒(méi)一點(diǎn)氣體的壓力和流速隨時(shí)間變化。氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度和方向與氣流的平均速度和氣流的方向大致相同。實(shí)驗(yàn)證明，管道中氣體的流量與氣體壓力梯度的平方根成正比，即。（2） 粘滯流：粘滯流出現(xiàn)于氣體壓力較高、流速較小的情況下，通常發(fā)生在低真空管路中。它的慣性力很小，氣體內(nèi)摩擦力起主要作用。流線的方向?yàn)橹本€，只是在管道的不規(guī)則處稍許玩去。管道中的氣體流量與壓力梯度成正比，即 。管壁附近的氣體幾乎不流動(dòng)，一層氣體在另一層氣體上滑動(dòng)，流速的最大值在管道的中心。氣體分子的平均自由程比管道截面線性尺寸小的多。（3） 分子流:分子流出現(xiàn)于管道壓力很低時(shí)，一般出現(xiàn)于高真空管道中。此時(shí)氣體分子的平均自由程（管道直徑），分子之間碰撞次數(shù)很少，主要與管壁發(fā)生碰撞。每次碰撞之后，分子向前或向后運(yùn)動(dòng)。經(jīng)數(shù)次后，部分分子有低壓端離開(kāi)管道；有的返回到高壓端。粘滯分子流：介于粘滯流和分子流之間的流動(dòng)狀態(tài)。Re2200 為湍流Re1200 為粘滯流 1200Re2200為湍流或粘滯流Re雷諾系數(shù)式中： w氣體流速m/s d管道當(dāng)量直徑，對(duì)于圓管道即為幾何直徑m 氣體密度 氣體粘滯系數(shù)kg/(ms)機(jī)械泵啟動(dòng)時(shí)管道中氣體流動(dòng)狀態(tài)為湍流羅茨泵啟動(dòng)時(shí)1200Re2200為湍流或粘滯流對(duì)于20空氣管道直徑d，通過(guò)的氣體流量為Q則=14.54則為湍流到粘滯流過(guò)渡狀態(tài)，此狀態(tài)時(shí)間甚短，常以湍流計(jì)算但由于時(shí)間過(guò)短則以粘滯流計(jì)算 =0.0478 式中 長(zhǎng)管對(duì)20空氣的流導(dǎo) d管道直徑 L管道長(zhǎng)度 管道中平均壓力， 分別為管道兩端氣體壓力分子泵啟動(dòng)時(shí)管道中氣體流動(dòng)狀態(tài)為分子流分子流時(shí)管道的流導(dǎo)長(zhǎng)度L20d的管道稱為短管。d為管道直徑。在分子流時(shí)其流導(dǎo)對(duì)于20的空氣式中 分子流時(shí)圓截面短管流導(dǎo)/s 分子流時(shí)20空氣圓截面短管流導(dǎo)/s圓孔流導(dǎo)/s圓孔面積