真空系统设计概述之已知条件

　　1。4真空系统设计概述
　　1。4。1真空系统设计的已知条件
　　在真空系统设计时，一般真空室是作为已知的被抽容器，然后据此选出适用的真空抽气系统。
　　1。4。1。1真空室的已知参数
　　真空室的已知参数有：真空室的体积、真空室内放气材料的表面积、各材料的放气速率、真空室的漏气率（量）、工作压力、要求达到的极限压力和抽气时间（预抽时间和达到极限压力的时间）等。
　　1。4。1。2真空室内的气源情况
　　（1）真空室内被抽气体成分和温度。
　　（2）真空室内材料的表面放气（表面解吸气体）。材料放气与真空室及其内部结构材料种类、温度、压力和抽气时间有关系。
　　（3）漏气，主要是通过真空室的密封处（动密封和静密封处）的漏气，还有真空室体渗透的气体。真空室的漏气率一般用压力增长率即升压率表示，国内对于真空炉一般取升压率为1。33Pah。
　　（4）真空室内耐火保温材料的放气。这种放气往往同体积有关，故需要单独计算。
　　（5）工艺过程中被处理材料放出的气体。它往往是真空系统排气的主要气体负荷，因此应当了解工艺过程中产生气体的特征。真空工艺过程中的气体负荷主要由如下过程产生：
　　1）溶解在金属中的气体直接排出（如氮和氢从熔融金属中排出；氢从固体钛中排出），原因是室内温度升高和压力降低，气体在金属中的溶解度下降，所放出的气体与时间和放气速率有关。放气速率受金属熔炼和表面处理方法的影响。
　　2）化学反应生成的气体化合物排出。如碳和溶解的氧生成氧化碳气体，或者碳还原金属氧化物生成氧化碳气体排出，这样产生的气体与压力、温度、时间和生产率都有关系。
　　3）化合物分解产生的气体排出。如氢化物、氮化物、氧化物等分解产生气体氢、氮和氧，分解出的气体与温度、压力、时间和生产率有关系。
　　此外，为了控制真空工艺的进行而引入的气体也需要由抽气系统排出。工艺过程中材料放气的计算比较复杂，目前还做不到精确的计算，只能根据试验值估算。
　　1。4。1。3真空室内的特殊要求
　　有些真空室有特殊的要求，例如在工艺过程中是否产生灰尘、金属喷溅、爆炸、腐蚀性气体和水蒸气等；真空室内是否有无油、无振动等特殊要求，在真空系统设计之前应了解清楚，以便在设计真空系统时考虑。
　　1。4。2真空系统设计计算的一般程序
　　真空系统设计计算的一般程序为：
　　（1）真空室内总放气量的计算。
　　（2）根据要求选择阀门、捕集器、除尘器、真空管道等真空元件，并进行流导计算。
　　（3）确定真空室的有效抽速。
　　（4）粗选主泵和粗配前级真空泵或粗选真空机组。
　　（5）绘制真空系统装配草图，确定各个部分的尺寸。
　　（6）精算各真空泵，使其满足给定的参数要求；如果达不到要求，就重新选泵和配泵，直到满足各参数要求为止。
　　（7）绘制真空系统装配结构图，尺寸要准确。
　　（8）拆零件图；绘制施工图纸。
　　以上设计计算步骤是标准设计不可缺少的。随着真空设备的不断发展，各种新型的真空机组不断出现，各种真空元件也逐渐标准化和系列化；随着计算机技术不断发展，有关真空系统设计的软件程序也在不断被开发出来，使得真空系统的设计过程变得越来越便捷。
　　1。4。3真空系统设计的基本原则及注意事项
　　1。4。3。1真空系统设计基本原则
　　（1）一般在高（超）真空系统中，除了有主抽系统外，还应有粗抽系统，即系统中除了有主抽及前级管路（主泵串联前级泵的管道）外，还应有一个预抽真空管道（真空室直通粗抽（前级）机械泵的管道）。特别是当选择蒸气流泵作为主泵（扩散泵或油增压泵）和机械泵作为前级泵的系统，必须要单独设计粗（预）抽管路。
　　（2）真空管道阀门的设置原则。在真空室和主泵之间设有高真空阀门（主真空阀），在前级管道上设有前级管道阀（低真空阀）；在粗（预）抽真空管道上设置粗（预）抽真空管道阀（低真空阀）。主泵上的高真空阀门，通常不能在阀盖下（抽气系统侧）为真空状态，而阀盖上（真空室侧）为大气压状态下开阀，需要通过电气联锁保证安全。前级管道阀和预真空管道阀要考虑阀本身能在大气压下开阀。以蒸气流泵为主泵的真空系统，主阀的阀板要盖向主泵，前级管道阀的阀板也要盖向主泵，预真空管道阀的阀板盖向真空室。
　　（3）真空系统中的辅助阀门的设置。在油封机械泵入口管道上，应设真空压差放气阀，当机械泵停止工作时，能立即打开此阀，将机械泵与被抽系统隔断，并在机械泵入口侧通入大气，防止机械泵油返流到管路中，因此该阀要和机械泵电气联锁。真空室上也要设置放气阀门，以方便真空室开启装料和取料。因真空室放气阀开启时的气体冲击力较大，所以该阀设置的位置要考虑到放气时对真空室的气体冲击，防止因冲力过大而破坏真空室内的薄弱构件。放气阀的大小与真空室的体积有关，要考虑放气时间不能太长，影响工作效率。
　　（4）流导设计。要保证真空系统中配置的真空阀门和管道及其他元件的流导足够大，应尽量使系统的抽气时间短，使用方便，安全可靠。例如，真空阀门、捕集器、除尘器等与真空泵等相互连接时，应尽量做到抽气管路短，管道流导大，导管直径一般不小于泵口直径，这是真空系统设计的一条重要原则。
　　（5）各真空元件间的连接应有互换性。系统中的各真空元件及其连接件（例如法兰）应采用标准尺寸，以保证元件有互换性，使得系统安装拆卸容易和检修操作方便。
　　1。4。3。2真空系统设计注意事项
　　（1）为了保证真空系统的工作可靠，要求系统安装前检测各真空泵的性能，确保各泵满足设计要求；各阀门运转灵活及漏气率合格；对各管路和各元件的连接处进行检漏，保证密封可靠；真空室的密封性能好。
　　（2）原则上讲，在真空系统设计中，应保证每一个封闭管路尺寸有一个可调尺寸。对于简单的低真空系统，这个可调尺寸可以采用软管连接。对于高真空（超高真空）系统，应提高真空元件尺寸精度和利用连接法兰上的密封橡胶圈来解决安装误差，在机械泵与高真空泵之间可采用波纹管连接以减少振动对真空室的影响，这样可以提高系统的强度和刚度，减少系统的占用面积，使系统整体更加美观。
　　（3）机械真空泵（包括罗茨泵）有振动。要防止机械泵振动波及整个真空系统，通常用软管减振。软管有金属和非金属的两种，不论采用哪种软管，要保证良好的密封性能和在大气压力作用下不被压瘪。
　　（4）真空系统建成后，应便于测量和检漏。生产实践表明，真空系统在工作过程中，经常容易出现漏气而影响生产。为了迅速找到漏孔，要进行分段检漏，因此每一个用阀门封闭的区间，至少要有一个测量点，以便测量和检漏。
　　（5）真空测量规管的位置要避免通过带有水套的壳体，因为水套结构的焊接工艺性较差。规管应设置在真空室的适当位置或主泵的入口管道上，而且要上下直立，不要横放。
　　（6）在真空系统设计中要做到系统的整个抽气过程能够程序自动控制和联锁保护。例如控制罗茨泵在1333Pa的入口压力下自动启动工作；控制油扩散泵的冷却水的水压保持在某一个压力上，当水压不足或断水时，扩散泵能够立即断电并发出警报，防止泵被烧坏；如果真空室（或主泵入口上方）因事故或故障而突然漏入大气，主泵口处的高真空阀门应自动关闭，使泵腔内保持真空状态，同时报警。