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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(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(nèi)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(yù))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(nèi)主泵開始正常工作后,則可以關(guān)閉其中一臺粗抽機械泵,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工作時的真空度,因此,要求預(yù)抽泵所達到的壓力應(yīng)小于主泵的啟動工作壓力。機組所選用的預(yù)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(yù)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(yù)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(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(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——前級真空閥； 7——熱偶真空規(guī)（測分子泵前級壓力）； 8——預(yù)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(shè)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(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(nèi)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(guān)閉前級管道閥門,如圖1-5所示,在主泵出口處設(shè)置維持泵或儲氣罐(注:兩者不同時設(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(yù)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(shè)置在擴散泵和前級泵之間,貯存擴散泵排出的氣體。設(shè)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(nèi)停止工作。在這段時間內(nèi),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(guān)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(yù)抽泵用。裝料后,用機械泵預(yù)抽真空室,在這段時間內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)置儲氣罐可減少這種波動。