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真空泵相關選型與計算

文章出處:常見問題 責任編輯:東莞市海揚真空設備有限公司 發表時間:2019-05-20
  

真空泵選型前,我們必須弄清楚幾個基礎概念:

真 空 理論上是指容積里面不含有任何的物質。(現實中是不存在真正的真空的)通常把容器內氣壓低于正常大氣壓(101325 Pa)的都稱之為真空狀態。


真空度 表示處于真空狀態下的氣體稀簿程度,通常用壓力值來表示。實際應用中,真空度通常有絕對真空和相對真空兩種說法。從真空表所讀得的數值稱真空度。真空度數值是表示出系統壓強實際數值低于大氣壓強的數值,從表上表示出來的數值又稱為表壓強,業界也稱為極限相對壓強,即: 真空度=大氣壓強-絕對壓強(大氣壓強一般取101325Pa,水環式真空泵極限絕對壓強3300Pa;旋片式真空泵極限絕對壓強約10Pa)

極限相對壓強 相對壓強即所測內部壓強比“大氣壓”低多少壓強。表示出系統壓強實際數值低于大氣壓強的數值。由于容器內部空氣被抽,因此,內部的壓強始終低于容器外部壓強。所以當用相對壓強或者表壓強表示的時候,數值前面必須帶負號,表示容器內部壓強比外部壓強低。

極限絕對壓強 絕對壓強即所測內部壓強比”理論真空(理論真空壓強值為0Pa)”高多少壓強。它所比較的對象為理論狀態的絕對真空壓強值。由于工藝所限,我們無論如何都不能將內部壓強抽到絕對真空0Pa這個數值,因此,真空泵所抽的真空值比理論真空值要高。所以當用絕對真空表示時,數值前面無負號。

例如,設備的真空度標為0.098MPa,實際上是-0.098MPa

抽氣量 抽氣量是真空泵抽速的一個衡量因素。一般單位用L/S和m3/h來表示。是彌補漏氣率的參數。不難理解,理論下抽一個相同體積的容器,為什么抽氣量大的真空泵很容易抽到我們所需的真空度,而抽氣量小的真空泵很慢甚至無法抽到我們想要的真空度?   因為管路或者容器始終不可能做到絕對不漏氣(公眾號:泵管家),而抽氣量大的彌補了漏氣所帶來的真空度下降的因素,所以,大氣量的很容易抽到理想真空度值。這里建議,在計算出理論抽氣量的情況下,我們盡量選擇高一級的抽氣量的真空泵。抽氣量具體計算公式以下會介紹。


他們Pa, KPa, MPa, mbar, bar, mmH2O, Psi之間的換算方式如下表:

下面進入真空泵的選型。

 

1、工藝要求達到的真空度

真空泵的工作壓力應該滿足工藝工作壓力要求,選型時真空度要高于真空設備真空度的半個到一個數量級。(如:真空工藝要求100pa(絕對壓力)的真空度,選用真空泵的真空度至少要50pa-10pa)。一般如果要求絕對壓強高于3300Pa,則優先選擇水環式真空泵作為真空裝置,如果絕對壓強要求低于3300Pa,則不能選擇水環式真空泵,選擇旋片式真空泵或更高真空級別的真空泵作為真空獲得裝置。

2、工藝要求的抽氣量(抽氣速率)

真空泵要求抽氣速率(也就是要求真空泵在其工作壓力下,排出氣體、液體,固體的能力),一般單位:m3/h,L/S,m3/min。具體計算方法可以參考下面公式自行計算選型。當然,真空泵的選型是一個綜合過程,涉及到相關經驗等因素。

S=(V/t)×ln(P1/P2)

其中:S為真空泵抽氣速率(L/s)

V為真空室容積(L)

t為達到要求真空度所需時間(s)

P1為初始壓強(Pa)

P2為要求壓強(Pa)

 

3、判定被抽物體的成分

第一、被抽物體是氣體、液體還是顆粒,如果被抽氣體中含有水汽或少量顆粒性和粉塵等雜質,慎選旋片式真空泵,如果真空度要求較高,則應加過濾裝置加以過濾方能使用旋片式真空泵做真空獲得設備。

第二、要知道被抽物體是否有腐蝕(酸性還是堿性,PH值是多少?),若含有酸堿腐蝕或有機腐蝕等因素的氣體,應過濾或中和處理才能選旋片式真空泵。

第三、被抽物體是否對橡膠或者油品有污染?針對不同的被抽介質要選用相應的真空設備,如果氣體中含有大量蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體,應該考慮在泵的進氣口管路上安裝相應的輔助設備,如冷凝器,過濾器等(具體聯系我們相應技術工程人員)。

第四、 真空泵的噪音,振動,美觀的對工廠是否有影響。

第五、俗話說,便宜沒好貨。購買真空泵和真空設備時,還應優先考慮設備的質量、運輸及其維修和保養費用等。

 

真空泵的抽速和真空機組的配置

 

不同的真空系統要求的真空度不同。因此往往必須由一套真空機組來完成,即由工作在不同壓力范圍的真空泵串接起來。高真空一側的真空泵能達到系統要求的真空度,而低真空一側的真空泵是直排大氣的。顯然最簡單的真空機組就是一臺直排大氣的真空泵。但高真空系統一般需要三級機組,中真空一般需要二級機組。

 

一臺高真空泵和一臺低真空泵難于組成有效的高真空機組。這有幾方面的原因。流量的連續性就是其中之一。高真空泵都有前級耐壓的限制,即前級高于某一壓力,泵就不能正常工作。而當前級泵達到這一臨界壓力時,往往抽速會減小,這樣前級泵的排氣流量可能會小于主泵的排氣流量,這種流量的不一致破壞了流量連續性的要求,必然會引起真空機組不能正常工作。但如在高低真空泵之間再連接一臺中真空泵,便可起到承上啟下的作用,流量連續,而且各泵皆可工作在最佳狀態。羅茨泵能工作在中真空范圍,是最適合的,故又稱羅茨增壓泵,由于其壓縮比不高,正好可連接幾Pa至幾百Pa的范圍。當三級高真空機組進入較高的真空度時,由于主泵的排氣流量明顯減少,此時僅靠一臺較小的前級泵便可維持抽氣的連續性,在實際運用中這是經常采用的方法,這樣可減少機組的能耗。

 

高真空機組往往需要三級機組的另一個原因歸結于高真空泵的吸入壓力的限制。泵都有起始工作壓強,傳統的高真空泵都在幾Pa的范圍。因此前級泵必須預抽到這一壓力主泵才能開始工作。但直排大氣的前級泵抽至這一壓力往往需要較長的時間,因為隨著壓力降低泵的抽速在減小,特別是對于周期性抽氣的真空機組,對達到工作真空度的時間是有要求的,預抽時間越長,進入工作真空度的時間也越長,故增加一臺中真空泵與前級低真空泵配合,可在較短的時間達到主泵可以工作的壓力,這樣可以使系統盡快地進入工作壓力,保證了設備的使用效率。

 

羅茨泵和油增壓泵都可以作為中真空泵,分子增壓泵有極高的壓縮比,這除了使它能獲得清潔真空外還具有優異的高真空性能,同時在中真空范圍也有超強的抽氣能力。這就使分子增壓泵成為目前唯一兼有中高真空性能的真空泵,所以只需要與低真空泵配合便能組成性能堪比三級機組的高真空機組。具體地講由于分子增壓泵耐壓高,所以可使前級泵易于處于高流量狀態;而分子增壓泵吸入壓力高,減緩了前級泵的預抽負擔。分子增壓泵可以在100-50Pa工作,前級泵從大氣到這一壓力,基本遵從每經過時間壓力降低一個數量級的規律,因此,機組可以具有很高的抽氣效率。簡化高真空機組,取消羅茨泵是分子增壓泵的又一個優勢。對于較大型的高真空應用設備,也可適當加強前級泵的預抽能力,進一步縮短抽氣時間,由于預抽時間與整個排氣過程相比很短,所以前級泵的使用時間也很短,因此可以兼作多套設備的預抽作用,而這往往是非?,F實的。這就使規?;瘧玫恼婵諜C組得到大大的簡化。

 

在某些中真空應用中,需要進入10-1Pa范圍,這對羅茨泵的二級機組往往難于實現,而使用二級羅茨泵串接的三級機組可使真空度提高一個數量級而進入10-1Pa,所以中真空應用也常用三級機組。由于分子增壓泵在10-1Pa可以滿抽速,所以亦可以在三級中真空機組中取代兩級羅茨泵。一般地講,長時間工作在中真空的低端壓力范圍的羅茨泵,分子增壓泵可以完全取代。而長時間工作在中真空高端壓力范圍的羅茨泵相對而言應該較少,因為這一壓力范圍前級泵往往還具有強勁的抽速。

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