GIS真空泵抽真空機(jī)組/如何正確的選擇

一、泵的抽速定義為在一定的吸入壓力下，單位時間通過泵口被抽除的氣體的體積。一個完正的真空系統(tǒng)，不論是為了何種應(yīng)用，都應(yīng)有一個需要抽成真空的容器或室體，一套真空機(jī)組，也可能是一臺真空泵，還有連接管道、閥門、冷阱等。而管道、閥門、冷阱等作為組成真空系統(tǒng)的部件，對氣體的流動都有一定的阻礙作用。反過來說它們對氣體的流動都有一定的通導(dǎo)能力，這種能力稱之為流導(dǎo)。這在氣體的流動中是一個很重要的概念，它的定義為單位壓差下的流量。氣體的自然流動總是從高壓流向低壓，上述任一部件，當(dāng)兩端的壓力分別為P₁ 、P₂時，而流過的氣體量為Q，則該部件流導(dǎo)

                          （1）

不同的真空系統(tǒng)部件的流導(dǎo)可以通過計算、模擬、測量等方法確定它除了與幾何形狀有關(guān)外，還與氣體的流動狀態(tài)有關(guān)。不同部件的流導(dǎo)是可以進(jìn)行串并聯(lián)的。 

真空泵是為了抽除真空容器內(nèi)的氣體，但往往泵的抽氣口不能直接與被抽容器相連接，由于工藝上的需要或是降低有油蒸汽污染的真空機(jī)組的污染程度，必須通過冷阱、閥門管道才能與被抽氣容器連接，由于每種真空部件都有確定的流導(dǎo)，所以可以說泵必須通過一定的流導(dǎo)才能與被抽容器連接，如圖所示，圖中泵與真空室之間的連接管道可以包括冷阱和閥門等。假定泵與真空室之間的流導(dǎo)為U，則泵必須通過流導(dǎo)U才能對真空室抽氣，其抽氣能力要受到限制，此時對容器的抽氣作用真正有意義的應(yīng)是真空室抽氣口處的有效抽速S₀。如泵的標(biāo)稱抽速為S，那么根據(jù)氣體作穩(wěn)定流動時流量守恒的定律可以導(dǎo)出S₀，S和U之間滿足的關(guān)系   

                             （2）                               （3）

上式稱之為真空基本方程，它是真空系統(tǒng)設(shè)計中所依據(jù)的基本規(guī)律。

根據(jù)真空基本方程，可從數(shù)學(xué)上得到兩個的結(jié)果，即當(dāng)流導(dǎo)U非常大時，真空室的有效抽速S₀可以近似等于泵的抽速S；當(dāng)泵的抽速S非常大時，或者流導(dǎo)U非常小時，真空室的有效抽速S₀近似等于流導(dǎo)U。上述結(jié)果從物理上可能更易理解，從真空室抽氣口抽除的氣體必須經(jīng)過流導(dǎo)U（即管道、閥門等）才能被真空泵抽除，只不過被抽除的氣體從真空室抽氣口向泵口運(yùn)動過程是從高壓向低壓的流動，而從泵口被抽除是從低壓向高壓的基于某種抽氣原理的強(qiáng)制流動。如流導(dǎo)U非常大，即通過它的氣體量不受限制，那么泵的抽氣能力就決定于自身的抽速大小，這與泵口直接與真空室相連接是一樣的。但如果泵的抽速非常大，這也就是相對于泵的抽速流導(dǎo)U非常小，此時泵的實(shí)際抽氣能力并不決定于它的抽速大小而決定于氣體通過流導(dǎo)U的能力，流導(dǎo)的數(shù)值恰為泵的有效抽速S₀。

為了盡量發(fā)揮泵的抽氣能力，大限度的加大流導(dǎo)U是有效的方法，但往往難于實(shí)現(xiàn)。而一味增大泵的抽速更不切實(shí)際。所以采用晝量大的流導(dǎo)和選用晝量大的抽速的泵就非常值得權(quán)衡。從真空基本方程可以知道，有效抽速S₀隨S或U都是單調(diào)遞增的函數(shù)。真空基本方程描述的內(nèi)容并不深奧，但也沒有淺顯到可以作為每個人的常識，所以在不少的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶往往忽略流導(dǎo)對泵抽速的限制，而造成真空技術(shù)應(yīng)用的效果大受影響。

二、對于一個沒有漏氣，也沒有放氣的真空系統(tǒng)如真空室體積為V，真空室有效抽速為S₀，則隨著抽氣的過程，真空室內(nèi)壓力隨時間遵從如下的變化規(guī)律 

                                （3）

其中P₀為t=0時的壓力，即起始壓力，稱為時間常數(shù)。

以上規(guī)律揭示，每經(jīng)過約的時間，真空室內(nèi)壓力降低一個數(shù)量級，顯然越小，壓力下降越快，當(dāng)V一定時，有效抽速S₀越大，才能越小。

然而沒有一個真空系統(tǒng)是不漏氣，不放氣的，即使真的不漏氣，放氣總是存在的，實(shí)際上（3）式反映的是泵在抽除真空室內(nèi)空間氣體的過程中壓力的變化規(guī)律。當(dāng)壓力較高時，系統(tǒng)的漏氣量和放氣量相對空間的氣體量較小時，其影響可以忽略，可以認(rèn)為近似滿足不漏氣和不放氣的條件，也就是（3）的規(guī)律能近似成立。當(dāng)壓力較低時，系統(tǒng)的漏氣量和放氣量不可忽略甚至成為主要的氣體負(fù)載時，（3）的規(guī)律就要發(fā)生偏離，表現(xiàn)在壓力下降變?yōu)榫徛话惆l(fā)生這一轉(zhuǎn)變的壓力在0.5Pa左右，因此一個真空系統(tǒng)典型的抽氣過程先是壓力下降很快，到某一壓力開始變慢。由于一個合格的真空系統(tǒng)對其漏率有嚴(yán)格的要求，所以放氣是影響系統(tǒng)壓力降低的主要因素，而放氣是一個緩慢的過程，即使采用烘烤等強(qiáng)化措施，要達(dá)到某一預(yù)定的壓力，往往要經(jīng)過很長的時間。