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真空泵的抽速和真空机组的配置

  不同的真空系统要求的真空度不同。因此往往必须由一套真空机组来完成,即由工作在不同压力范围的真空泵串接起来。

  高真空一侧的真空泵能达到系统要求的真空度,而低真空一侧的真空泵是直排大气的。显然最简单的真空机组就是一台直排大气的真空泵。但高真空系统一般需要三级机组,中真空一般需要二级机组。

  一台高真空泵和一台低真空泵难于组成有效的高真空机组。这有几方面的原因。流量的连续性就是其中之一。高真空泵都有前级耐压的限制,即前级高于某一压力,泵就不能正常工作。而当前级泵达到这一临界压力时,往往抽速会减小,这样前级泵的排气流量可能会小于主泵的排气流量,这种流量的不一致破坏了流量连续性的要求,必然会引起真空机组不能正常工作。但如在高低真空泵之间再连接一台中真空泵,便可起到承上启下的作用,流量连续,而且各泵皆可工作在最佳状态。罗茨泵能工作在中真空范围,是最适合的,故又称罗茨增压泵,由于其压缩比不高,正好可连接几Pa至几百Pa的范围。当三级高真空机组进入较高的真空度时,由于主泵的排气流量明显减少,此时仅靠一台较小的前级泵便可维持抽气的连续性,在实际运用中这是经常采用的方法,这样可减少机组的能耗。

  高真空机组往往需要三级机组的另一个原因归结于高真空泵的吸入压力的限制。泵都有起始工作压强,传统的高真空泵都在几Pa的范围。因此前级泵必须预抽到这一压力主泵才能开始工作。但直排大气的前级泵抽至这一压力往往需要较长的时间,因为随着压力降低泵的抽速在减小,特别是对于周期性抽气的真空机组,对达到工作真空度的时间是有要求的,预抽时间越长,进入工作真空度的时间也越长,故增加一台中真空泵与前级低真空泵配合,可在较短的时间达到主泵可以工作的压力,这样可以使系统尽快地进入工作压力,保证了设备的使用效率。

  罗茨泵和油增压泵都可以作为中真空泵,分子增压泵有极高的压缩比,这除了使它能获得清洁真空外还具有优异的高真空性能,同时在中真空范围也有超强的抽气能力。这就使分子增压泵成为目前唯一兼有中高真空性能的真空泵,所以只需要与低真空泵配合便能组成性能堪比三级机组的高真空机组。具体地讲由于分子增压泵耐压高,所以可使前级泵易于处于高流量状态;而分子增压泵吸入压力高,减缓了前级泵的预抽负担。分子增压泵可以在100-50Pa工作,前级泵从大气到这一压力,基本遵从每经过时间压力降低一个数量级的规律,因此,机组可以具有很高的抽气效率。简化高真空机组,取消罗茨泵是分子增压泵的又一个优势。对于较大型的高真空应用设备,也可适当加强前级泵的预抽能力,进一步缩短抽气时间,由于预抽时间与整个排气过程相比很短,所以前级泵的使用时间也很短,因此可以兼作多套设备的预抽作用,而这往往是非常现实的。这就使规模化应用的真空机组得到大大的简化。

  在某些中真空应用中,需要进入10-1Pa范围,这对罗茨泵的二级机组往往难于实现,而使用二级罗茨泵串接的三级机组可使真空度提高一个数量级而进入10-1Pa,所以中真空应用也常用三级机组。由于分子增压泵在10-1Pa可以满抽速,所以亦可以在三级中真空机组中取代两级罗茨泵。一般地讲,长时间工作在中真空的低端压力范围的罗茨泵,分子增压泵可以完全取代。而长时间工作在中真空高端压力范围的罗茨泵相对而言应该较少,因为这一压力范围前级泵往往还具有强劲的抽速。

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