真空泵如何选型?
1.首先应该充分了解被抽气体成分。如气体中含不含可凝蒸气、有无颗粒灰尘、有无腐蚀性、爆炸性等。如果气体中含有蒸气、颗粒、及腐蚀性气体,应该考虑在泵的进气口管路上安装辅助设备,如冷凝器、除尘器等。如抽取气体还有腐蚀性,则须选用不锈钢材质。若抽取的气体具有爆炸性,则应该选择水环式真空泵并且配防爆电机,因为水环式真空泵整个工作过程是等温的。
2.真空设备或者零部件对油污染的要求。若设备严格要求无油时,应该选各种无油泵,如:水环式真空泵、分子筛吸附泵、溅射离子泵、低温泵等。若要求不严格,可以选择有油泵,并且加上一些防油污染措施,如加冷阱、障板、挡油阱等,也能达到清洁真空要求。
3.真空泵排出来的油蒸气对环境的影响如何。如果环境不允许有污染,可以选无油真空泵如水环式真空泵,或者把油蒸气排到室外。
4.如有多台大型水环式真空泵同时工作,循环液应该进行冷却,否则影响真空度。冷却装置可以配备冷却塔,同时须配增压泵对管路加压。
5.真空泵的工作压强应该满足真空设备的极限真空及工作压强要求。通常选择真空泵泵的真空度要高于真空设备真空度半个到一个数量级。
6.真空泵在其工作压强下,应能排走真空设备工艺过程中产生的全部气体量。
7.真空泵工作时产生的振动对工艺过程及环境有无影响。若环境不允许,应选择无振动的泵或者采取减震措施。
凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵,称为机械真空泵。
机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下:
一、变容真空泵
它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。气体在排出泵腔前被压缩。这种泵分为往复式及旋转式两种。
1、往复式真空泵 :利用泵腔内活塞往复运动,将气体吸入、压缩并排出。又称为活塞式真空泵。
2、旋转式真空泵 : 利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。它大致有如下几种分类:
1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙,减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。这种泵通常带有气镇装置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
2)液环真空泵 将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。当它旋转时,把工作液体抛向泵壳形成与泵壳同心的液环,液环同转子叶片形成了容积周期变化的几个小的旋转变容吸排气腔。工作液体通常为水或油,所以亦称为水环式真空泵或油环式真空泵。
3)干式真空泵 它是一种泵内不用油类(或液体)密封的变容真空泵。由于干式真空泵泵腔内不需要工作液体,因此,适用于半导体行业、化学工业、制药工业及食品行业等需要无油清洁真空环境的工艺场合。
4)罗茨真空泵泵内装有两个相反方向同步旋转的双叶形或多叶形的转子。转子间、转子同泵壳内壁之间均保持一定的间隙。
二、动量传输泵
它依靠高速旋转的叶片或高速射流,把动量传输给气体或气体分子,使气体连续不断地从泵的入口传输到出口。这类泵可分为以下几种形式:
1、分子真空泵 :它是利用高速旋转的转子把动量传输给气体分子,使之获得定向速度,从而被压缩、被驱向排气口后为前级抽走的一种真空泵。这种泵具体可分为:
1)牵引分子泵气体分子与高速运动的转子相碰撞而获得动量,被驱送到泵的出口。
2)涡轮分子泵 靠高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合来实现抽气的。这种泵通常在分子流状态下工作。
3)复合分子泵它是由涡轮式和牵引式两种分子泵串联组合起来的一种复合型的分子真空泵。
按其工作原理,基本上分为气体输送泵和气体捕集泵两种类型。
一、气体输送泵包括:1、液环真空泵(水环式真空泵)2、往复式真空泵3、旋片式真空泵4、定片式真空泵5、滑阀式真空泵6、余摆线真空泵7、干式真空泵8、罗茨真空泵9、分子真空泵10、牵引分子泵11、复合式真空泵12、水喷射真空泵13、气体喷射泵14、蒸汽喷射泵15、扩散泵等
二、气体捕集泵包括:吸附泵和低温泵等。
ZJ型罗茨真空泵是一种旋转式变容真空泵,须有前级泵配合方可使用,在较宽的压力范围内有较大的抽速,对被抽除气体中含有水蒸汽等不敏感,可获得高真空。
W3为往复式真空泵(简称往复泵) 又名活塞式真空泵,属于低真空获得设备,为单级抽气,极限压力2000Pa(15托)。
罗茨真空泵主要由一对同步高速旋转的“8”字形转子与两个半圆形的泵腔组成。该泵不能单独排气,必须与前级泵(如滑阀泵、旋片泵、水环泵、油环泵等)串联使用。泵的极限压力由前级泵决定,对小量灰尘不敏感。
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真空泵名称和代号:1往复真空泵 W,2旋片式真空泵 X,3滑阀真空泵 H,4罗茨真空泵(机械真空泵)ZJ,5溅射离子泵L 6分子泵F,7 油扩散真空泵K,8油扩散喷射泵(油增压泵)Z。1~5的真空泵规格或主参数是抽气速率,6~8是泵进气口径。
示例:W-35B,往复式真空泵,抽速35L/s,第二次改型设计;
2X-15A,双级旋片式真空泵,抽速为15L/s;
K-800,油扩散泵,进气口径800mm
Z-400,油增压泵,朝气口径400mm
变容积式真空泵的工作原理和优缺点
(1)往复真空泵、旋片真空泵、滑阀真空泵、罗茨真空泵是靠活塞往复运动或旋转将气体吸
入、压缩并排出。它们的优点是新投入使用的泵真空度相对比较高,但是活塞是运转部件,因此活塞的磨损是避免不了的,随着检修次数的增加工作真空度将不断下降,直至满足不了生产的要求。此类泵工作噪音大,耗油量大,故障率高也是其致命的缺点,一般都需要开一台备用一台,这无形中增加了设备投资与运行费用。另外如果用此类泵抽吸水蒸汽等可凝性气体,将使润滑油乳化,因此只能应用在抽吸不凝性(空气类)气体,也不能抽吸带有颗粒状的介质,这也就限制了其适用范围。
(2)水环真空泵是靠装在泵壳内的带有多叶片的偏心转子旋转,把水抛向泵壳形成与泵壳同
心的水环,水环与转子叶片形成了容积周期变化从而将气体吸入、压缩并排出。它的优点是低真空时抽气量大、可以直接抽吸水蒸汽等可凝性气体。它的缺点是真空度低;不能抽吸带有颗粒状的介质;转子高速旋转不易做防腐处理,因此不能抽吸具有腐蚀性的介质。
罗茨真空泵不能单独使用,必须配上前级泵组成机组,使用前级真空泵是为了降低罗茨真空泵的排出压力,由于罗茨真空泵的压缩比是有限的,所以选择前级真空泵的抽速是重要的,罗茨真空泵的最大压缩比是随排出压力而变化的,在高排出压力下,最大压缩比最多大3:1,而最高压缩比是在排出压力为1到10mbar之间(1 mbar=0.75Torr)可达50:1,甚至更高些。
因此,雅之雷德提醒:选择前级泵的抽速,要根据罗茨真空泵的长期工作压力范围考虑。
例如有一系统用罗茨真空泵机组抽气,要求在1 mbar入口压力时有600升/秒的抽速,并长期工作,问应选择多大抽速的前级泵。
先假定用30升/秒的前级泵时,压缩比K=600:30=20得出K=20时最大排出压力为30 mbar。
由此得出,当选用30升/秒前级泵时,在入口压力低于1.5 mbar以下工作是可行的,但高于1.5 mbar入口压力工作时就选用大一些前级泵了。该例中,工作真空度1 mbar低于1.5 mbar,所以30升/秒的前级泵可以满足上述真空系统的抽气要求。
另外应当考虑的是,对预抽时间的要求问题,如果正常工作时间远比预抽时间长,可选较小的前级泵假如真空室较大,而且要求很快预抽,就要用较大的前级泵,有时为了更好发挥设备的效率,机组装有较大的预抽泵,在正常工作后停掉它,而用较小的前级泵维持,这样做是为了节约功率。
对罗茨真空泵机组的极限压力的要求,也是选择前级泵的必须考虑的,对极限真空度要求较高(达1X10-3Pa~1X10-2 Pa压力)一般选用双级旋片式油封机械泵或双级滑阀机械泵作为前级泵。极限真空度要求在(1X10-2 Pa~1X10-1Pa)之间可选用单级油封机械泵作为前级泵,极限真空度要求在133~1333Pa之间可选用往复式真空泵或液环式真空泵作为前级泵。
当选用往复式或液环式粗真空泵作为罗茨真空泵的前级泵时,前级泵的抽速一般为罗茨真空泵的1/2-1/4,不能太大,否则将使压缩比过大,造成罗茨真空泵的排气温度高而不能正常工作。
选用前级泵时还必须考虑被抽气体中是否有腐蚀性介质,是否含有可凝性气体,是大量的还是微量的。如果含有腐蚀性气体,就不能选用油封机械泵,油封机械泵还不适宜抽除含有大量可凝性蒸汽的气体,否则将会使密封液很快乳化,抽除含有微量可凝性蒸汽的气体时,也必须采用带有气镇装置的油封机械泵作为前级泵。
为了获得在低入口压力(1~100pa)时的高的抽气速率,可用一台罗茨真空泵作为另一台罗茨真空泵的前级泵组成的三级或四级机组,此时罗茨真空泵之间的抽速比一般在2~5之间。