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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、測量真空、控制真空等元件組成。一個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組、真空測量裝置、連接導管、真空閥門、捕集器及其他真空元件、電氣控制系統(tǒng)構成。

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)域內的抽氣效率和提高系統(tǒng)的極限真空度,在前級機械泵與主泵之間增加了臺機械增壓泵(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間內達到工作真空度(或本底真空度),則可以采取加大系統(tǒng)的粗(預)抽能力的方法,如圖1-2所示,增加一臺粗抽泵(機械泵),與原有機械泵并聯(lián),這樣可以大大縮短系統(tǒng)的粗抽時間,使系統(tǒng)盡快達到主抽真空泵的啟動壓力。當系統(tǒng)內主泵開始正常工作后,則可以關閉其中一臺粗抽機械泵,以節(jié)省能源。為了減少系統(tǒng)內的油蒸氣返流污染,一般中小型容器及真空鍍膜設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)抽泵

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

圖1-1 大型擴散泵真空系統(tǒng)原理圖

1——真空室放氣閥； 2——真空測量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴散泵； 6——前級閥； 7——預抽閥； 8——真空膜盒繼電器； 9——羅茨泵； 10——電磁壓差閥； 11——機械泵

圖1-2 加大粗抽能力的大型擴散泵真空系統(tǒng)原理圖

1——真空室放氣閥； 2——真空測量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴散泵； 6——前級閥； 7——粗（預）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——機械泵（入口帶有電磁壓差閥）

圖1-3 擴散泵高真空系統(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——擴散泵； 8——前級真空閥； 9——電磁壓差閥； 10——機械泵； 11——預（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——前級真空閥； 7——熱偶真空規(guī)（測分子泵前級壓力）； 8——預抽閥； 9——電磁真空壓差閥； 10——機械真空泵

1.1.2.2維持泵

由于擴散泵和油增壓泵啟動時間長,在周期性操作的真空設備中,真空室裝料和卸料時,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管道閥門關閉,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)過一定時間主泵泵腔內的壓力增加,超過泵工作液的最大允許壓力而使泵油蒸氣氧化。為了解決這個問題,一個辦法是用前級泵繼續(xù)抽出主泵中的氣體,但此時主泵內排出的氣體量很小,出現(xiàn)前級泵“大馬拉小車”的現(xiàn)象,浪費能源。為此可采用另一個辦法,停止前級泵工作,關閉前級管道閥門,如圖1-5所示,在主泵出口處設置維持泵或儲氣罐(注:兩者不同時設置),這樣就可以保證既能排出主泵內的氣體,又可以節(jié)省能源消耗。儲氣罐不能做得很大,它只能用在以擴散泵為主泵的小型真空機組上,而維持泵可用在配置大型主泵的真空機組中。

圖1-5 帶有維持泵（或儲氣罐）的真空系統(tǒng)

1——真空室充氣閥； 2——真空測量規(guī)； 3——高真空閥； 4——冷阱； 5——油擴散泵； 6——維持泵； 7——儲氣罐； 8——真空規(guī)（測擴散泵前級壓力）； 9——前級閥； 10——預抽閥； 11——電磁壓差閥； 12——機械泵

1.1.2.3儲氣罐

小型擴散泵高真空抽氣機組通常配置有儲氣罐,設置在擴散泵和前級泵之間,貯存擴散泵排出的氣體。設置儲氣罐的原因有:

(1)系統(tǒng)防震的需要。真空系統(tǒng)工作時,某些工藝過程要求嚴格防震,因此真空室處在工作狀態(tài)中時,前級機械泵在一段時間內停止工作。在這段時間內,擴散泵排出的氣體全都貯存在儲氣罐中,用儲氣罐代替機械泵維持擴散泵正常工作。

(2)為了縮短工作周期。有些生產(chǎn)工藝要求在不關閉擴散泵加熱器的情況下,真空室放進大氣進行換取工件、裝料工作,而真空機組的前級泵兼作預抽泵用。裝料后,用機械泵預抽真空室,在這段時間內利用儲氣罐來維持擴散泵工作(作為前級泵用)。

(3)為防止真空室內瞬時大量放氣而影響擴散泵正常工作。真空工藝生產(chǎn)中的某段時間內放氣量特別大,但時間短。若按此時的最大排氣量配置前級機械泵很不經(jīng)濟;此時可在系統(tǒng)中配置前級儲氣罐,在最大放氣量時儲存一部分氣體,以避免擴散泵的前級壓力超過最大反壓力。

(4)用于穩(wěn)定擴散泵出口壓力。由于機械泵排氣是脈動的,雖然頻率不高,但是也會引起擴散泵出口壓力的波動。設置儲氣罐可減少這種波動。