真空技术的发展史
真空技术
真空技术是建立低于大气压力的物理环境,以及在此环境中进行工艺制作、物理测量和科学试验等所需的技术。真空技术主要包括真空获得、真空测量、真空检漏和真空应用四个方面。在真空技术发展中,这四个方面的技术是相互促进的。
真空是指低于大气压力的气体的给定空间,即每立方厘米空间中气体分子数大约少于两千五百亿亿个的给定空间。真空是相对于大气压来说的,并非空间没有物质存在。用现代抽气方法获得的最低压力,每立方厘米的空间里仍然会有数百个分子存在。气体稀薄程度是对真空的一种客观量度 ,最直接的物理量度是单位体积中的气体分子数。气体分子密度越小,气体压力越低,真空就越高。但由于历史原因,量度真空通常都用压力表示。
远在1643年,意大利物理学家托里拆利发现,真空和自然空间有大气和大气压力存在。他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞,并倒立于汞槽中时,发现管中汞面下降,直至与管外的汞面相差76厘米时为止。托里拆利认为,玻璃管汞面上的空间是真空,76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。
1650年,德国的盖利克制成活塞真空泵。1654年,他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验:用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空,然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球,始终未能将两半球分开。这个著名的试验又一次证明,空间有大气存在,且大气有巨大的压力。为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献,以往习用的真空压力单位就是用他的名字命名的。
19世纪中后期,英国工业革命的成功,促进了生产力和科学实验发展,同时也推动了真空技术的发展。1850年和1865年,先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵,从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真空计(1874)。压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。
20世纪初,真空电子管出现,促使真空技术向高真空发展。1935~1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。
1940年以后,真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面,真空技术开始成为一个独立的学科。第二次世界大战期间,原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要,又进一步促进了真空技术的发展。
在地球上,通常是对特定的封闭空间抽气来获得真空,用来抽气的设备称为真空泵。早先制成的真空泵,抽气速度不大,极限真空低,很难满足生产和科学试验的需要。后来相继制成一系列抽气机理不同的真空泵,抽速和极限真空都得到不断的提高。如低温泵的抽气速率可达60000升/秒,极限真空可达千亿分之一帕数量级。
为了保证真空系统能达到和保持工作需要的真空,除需要配备合适的、抽气性能良好的真空泵以外,真空系统或其零部件还必须经过严格的检漏,以便消除破坏真空的漏孔。低(粗)真空、中真空和高真空系统一般用气压检漏 ;对于超高真空系统,在采用一般检漏法粗检以后,还要采用灵敏度较高的检漏仪,如卤素检漏仪和质谱检漏仪来检漏。
随着真空获得技术的发展,真空应用日渐扩大到工业和科学研究的各个方面。真空应用是指利用稀薄气体的物理环境完成某些特定任务。有些是利用这种环境制造产品或设备,如灯泡、电子管和加速器等。 这些产品在使用期间始终保持真空;而另一些则仅把真空当作生产中的一个步骤,最后产品在大气环境下使用,如真空镀膜、真空干燥和真空浸渍等。
真空的应用范围极广,主要分为低真空、中真空、高真空和超高真空应用。低真空是利用低(粗)真空获得的压力差来夹持、提升和运输物料,以及吸尘和过滤,如吸尘器、真空吸盘 。
中真空一般用于排除物料中吸留或溶解的气体或水分、制造灯泡、真空冶金和用作热绝缘。如真空浓缩生产炼乳,不需加热就能蒸发乳品中的水分。
真空冶金可以保护活性金属,使其在熔化、浇铸和烧结等过程中不致氧化,如活性难熔金属钨、钼、钽、铌、钛和锆等的真空熔炼;真空炼钢可以避免加入的一些少量元素在高温中烧掉和有害气体杂质等的渗入,可以提高钢的质量。
高真空可用于热绝缘、电绝缘和避免分子电子、离子碰撞的场合。高真空中分子自由程大于容器的线性尺寸,因此高真空可用于电子管、光电管、阴极射线管、X 射线管、加速器、质谱仪和电子显微镜等器件中,以避免分子、电子和离子之间的碰撞。这个特性还可应用于真空镀膜 ,以供光学、电学或镀制装饰品等方面使用。
外层空间的能量传输与超高真空中的能量传输相似,故超高真空可用作空间模拟。在超高真空条件下,单分子层形成的时间长(以小时计),这就可以在一个表面尚未被气体污染前 ,利用这段充分长的时间来研究其表面特性,如摩擦、粘附和发射等。
远在1643年,意大利物理学家托里拆利发现,真空和自然空间有大气和大气压力存在。他将一根一端封闭的长玻璃管灌满汞,并倒立于汞槽中时,发现管中汞面下降,直至与管外的汞面相差76厘米时为止。托里拆利认为,玻璃管汞面上的空间是真空,76厘米高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。
1650年,德国的奥托·冯·格里克制成活塞真空泵。1654年,他在马德堡进行了著名的马德堡半球试验:用真空泵将两个合在一起的、直径为14英寸(35.5厘米)的铜半球抽成真空,然后用两组各八匹马以相反方向拉拽铜球,始终未能将两半球分开。这个著名的试验又一次证明,空间有大气存在,且大气有巨大的压力。为了纪念托里拆利在科学上的重大发现和贡献,以往习用的真空压力单位就是用他的名字命名的。
19世纪中后期,英国工业革命的成功,促进了生产力和科学实验发展,同时也推动了真空技术的发展。1850年和1865年,先后发明了汞柱真空泵和汞滴真空泵,从而研制成了白炽灯泡(1879)、阴极射线管(1879)、杜瓦瓶(1893)和压缩式真空计(1874)。压缩式真空计的应用首次使低压力的测量成为可能。
20世纪初,真空电子管出现,促使真空技术向高真空发展。1935~1937年发明了气镇真空泵、油扩散泵和冷阴极电离计。这些成果和1906年制成的皮拉尼真空计至今仍为大多数真空系统所常用。
1940年以后,真空应用扩大到核研究(回旋加速器和同位素分离等)、真空冶金、真空镀膜和冷冻干燥等方面,真空技术开始成为一个独立的学科。第二次世界大战期间,原子物理试验的需要和通信对高质量电真空器件的需要,又进一步促进了真空技术的发展。
奥托·冯·格里克(德语:Otto von Guericke,1602年11月20日~1686年5月11日)德国物理学家、政治家,他出生在马德堡贵族家庭,就读于莱布尼兹和莱顿大学。他曾在军队中以工程师身份服役,曾于1646年~1676年间任马德堡市市长。这时他一方面从政,一方面从事自然科学的研究。他于1650年发明了活塞式真空泵,并利用这一发明于1657年设计并进行了著名的马德堡半球实验,展示了大气压的大小并推翻了之前亚里士多德提出的“自然界厌恶真空”(horror vacui)的假说。
编辑本段一、奥托·冯·格里克
2、生平
1602年,奥托·冯·格里克,生于德国马德堡,家庭颇富裕。15岁时进莱尼兹大学学习法律,20岁毕业,他于研究法律之余,对于实验及数学等,也有浓厚的兴趣。格里克大学毕业后,曾先后赴英、法两国留学,23岁时才回到故乡。当时的欧洲正卷入战争的漩涡之中,马德堡被攻占后,全市烧毁一空,格里克被敌人所捕,经瑞典朋友的资助,始得赎身出狱。后来,在瑞典国王的帮助下,收复了马德堡市。1646年,格里克被选为该市市长。格里克就任之后,兢兢业业地工作,不遗余力地架建桥梁,建造要塞。此外,他亲自动手种田,以生产当时奇缺的粮食。
3、自然科学的贡献
格里克仍不忘研究自然科学,在真空的研究中取了可喜的成就。当时的科学界,创造真空是一个重要课题,格里克根据吸取式抽水机的原理,经过精心设计和试验,终于制造了活塞式抽气机。1663年,格里完成了《论真空》著作手稿,该书在1672年出版。格里克最初在装葡萄酒的木桶里装满了水,用黄铜泵把水抽到另一个桶里,被抽水的木桶是密封的,只有一个抽水管口,三个强壮的助手用力拉动活塞,慢慢地把桶内取的水抽出。随着水被抽出就可以听到一些声音,桶内剩下的水似乎在剧烈地沸腾。由于木桶漏气,随着空气进入木桶,这种声音逐渐地停止了。后来用铜制的球形容器代替木桶,再进行上述实验。开始时,活塞很容易拉动,后来,随着容器里的水越来越少,就越来越难拉动活塞了。当抽成真空后,打开活塞时,空气迅猛地挤进球内,其激烈的程度几乎可以把靠近的一个人拉进铜球里。
二、实验探索
1、发明抽气机
格里克经历了一系列的实验探索,终于发明了抽气机。有了抽气机,他又做了许多关于真空和大气压强的实验。他发现,真空里的火焰会熄灭;鸟在真空里,难过地张开大嘴,拼命吸气,一会儿便死去;鱼也会在真空中死去;葡萄在真空中能保持六个月不变质等等。格里克曾将含有空气的猪膀胱,放入抽气机的钟罩里去,然后将钟罩中的空气抽去,便见到膀胱逐渐膨胀以至破裂。他又在玻璃容器中装入一只正在发出声音的钟,当将容器里的空气抽出后,就听不到声音了。由此证实,声音不能在真空里传播。格里克还曾在一根十米多长的管子上接一段玻璃管,玻璃管里注入水,然后顶端封闭,把它做成水式气压计,即以水柱代替托里拆利管中的水银柱,他观察到,在天气变化时,会发生水柱的高度变化,从而利用这个仪器作天气预报,他制作了一个小木人浮在这个仪器的水面,小木人的手指指出了各个位置上的空气压强。
2、 马德堡半球实验
最著名的实验是关于证明大气压强数值的实验,即马德堡半球实验。格里克制造了两个直径35.5厘米的空心铜半球,当把这两个半球密合在一起,将球中抽成真空。结果,用壮马十六匹分成两队拉,也未能拉开两个半球。此项实验是1654年在皇帝和帝国国会众多的观众面前做的,为了纪念格里克的故乡,所以把金属半球称为“马德堡半球”。 他研究大气压强是独立进行的,待他证明了大气压强的存在以后,才知道托里拆利在11年以前已经用实验完成了这一发现。奥托·格里克对真空和大气压强的研究,开始是出于好奇心,他不信诡辩和争论中的优美语言,并断言“雄辩术、优雅的语言和争论的技巧,在自然科学的领域中是没有用处的”。起初他用黄铜制成了简单的水泵,当他用这种水泵去抽葡萄酒桶内的水时,听到了水沸腾的噪声。当用这种水泵去抽用钢做的球形容器中的水时,由于钢球放气听到了惊人的霹雳声。后来他发明了活塞式抽气泵,做了许多关于真空和大气压强的实验。最精彩的实验是用马德堡半球显示大气压力的表演。
1686年格里克在汉堡逝世,享年八十四岁。
托里拆利用汞柱倒置的方法使玻璃管的上方出现真空,人们称之为托里拆利真空,可以说这是最早获得真空的方法。他的发现传开后,人们又做了许多实验来研究这个现象。例如,1647年有一位法国物理学家叫罗伯维尔(G.Roberval),做了一个有趣的实验,他从鲤鱼肚里取出鱼鳔,尽可能将里面空气排尽,再把开口扎紧,放在托里拆利真空区内,结果鱼鳔膨胀起来。这个实验令人信服地说明了,大气压下留在鱼鳔中的残余空气,当外部气压减小到零时,会膨胀为很大的体积。不久有人著书评述了这个实验,认为空气具有弹性,就好像海绵或羊毛一样,受到压力会收缩,压力减轻会膨胀。
德国人格里克在事先不知道托里拆利实验的情况下也发现了真空。他的经历饶有兴趣。有一天,他让家人用唧筒抽酒桶中的水,在抽的过程中唧筒脱落了,他们用布条重新绑好,由于填塞过严,桶口封住了,结果把桶内的空气也抽掉了,只听得里面一片沸腾的噪音。格里克从这件事得到启发,就用铜球壳代替木桶,让家人再用唧筒抽。家人越抽越费劲,最后只听嘭的一声,铜球塌瘪了。
1654年,格里克为了向公众演示抽气实验,他安排了两个引人注目的表演。由于他那时是德国马德堡市的市长,所以这两个实验也叫马德堡半球实验。实验之一,两个严密对接的半球形金属壳,中间抽空后,用16匹马也没有将两金属壳拉开。实验之二,一对抽空的半球吊在支架上,可以承受非常大的负荷。格里克没有对吸力的起因提供解释,他的贡献,主要是发明了真空泵。马德堡市长的新奇实验轰动了德国,当消息传到英吉利海峡对岸时,引起一番波澜,又有人做了许多新奇实验。其中一位就是大名鼎鼎的玻意耳。
普旭(Busch)是一家在全球范围内提供真空泵、鼓风机和压缩机的生产厂家。到2015年为止, 普旭在全球范围内拥有3000名员工。 广泛的真空泵系列、专业的真空知识、在真空系统建造方面的丰富经验以及广泛的服务网路,使得普旭(Busch)完全有能力为客户提供理想并完善的真空解决方案。
基本介绍公司名称 :普旭真空设备国际贸易(上海)有限公司 外文名称 :Busch 总部地点 :德国马尔堡 成立时间 :1963年 经营范围 :真空泵及真空系统 公司性质 :德国独资 员工数 :3000余名 基本情况,中国公司,产品介绍, 基本情况 普旭(Busch) 是真空泵、鼓风机以及压缩机的厂商之一。产品系列涵盖了广泛套用于所有工业领域的真空和正压技术解决方案。凭借在真空泵及低压泵制造领域 50 多年的经验,普旭(Busch)可提供种类齐全的产品,为全球提供广泛的工业真空技术。 普旭(Busch)创建于 1963 年,总部位于德国马尔堡。普旭(Busch)在德国、瑞士、美国、英国、韩国、捷克共拥有 6 家现代化制造工厂,连同遍布于 43 个主要工业国家的 61 家分公司及完善的经销服务网路为全球用户提供专业服务。 中国公司 普旭真空设备国际贸易(上海)有限公司是德国普旭(Busch)在中国的全资子公司,成立于 2001 年 8 月,位于上海。装备精良的维修车间配有先进的成套进口设施用于净化(除污)、检测、维修及测试。另设有真空系统制造和调试车间,可以自主完成系统设计、组装和调试,以确保为客户量身定制的系统达到普旭(Busch)全球的标准。同时,宽敞的室内仓库备有充足的产品和配件库存,保证及时现货供应,满足客户的需求。分别在北京、广州、成都、武汉设有办事处。 产品介绍 油润滑旋片真空泵 旋片技术简化了真空泵的工艺结构。油润滑旋片设计,辅以完美的制作材料,配以最先进的精密制造,确保其在持续运行时可以获得稳定的高真空。高效的抽气系统和集成式回油管路结合先进的排气过滤器能确保排气洁净无油污染。当配备气镇阀(可选)时,可处理更大容量的蒸汽。当关闭真空泵时,入口法兰内的单向阀可防止空气回流至真空仓内。泵体由一台法兰连线的标准电机直联驱动,电机能效等级为 IE2。 爪式真空泵及压缩机 爪式真空泵的两个爪形转子在缸体内以彼此相反的方向旋转。空气和工艺气体被爪型转子吸入后压缩并排放。爪型转子之间既不会互相接触,也不会与其运转所在的缸体发生接触。爪型转子与缸体之间的紧密间隙既对其密封性进行了最佳化,又保证了持续的高抽速。同步齿轮确保了转子精确的同步运转。普旭(Busch)的 Mink 爪式真空泵一台法兰连线的异步电机直联驱动,电机能效等级为 IE2。 Mink
乾式螺杆真空泵-工业 COBRA Industry 乾式螺杆真空泵能高效运行于众多工业领域。该型号展现了在无油真空技术所拥有的多年经验,采用传统轴承系统,是加工技术套用的理想之选。 COBRA Industry 乾式螺杆真空泵-半导体 COBRA Semicon 乾式螺杆真空泵为工艺严苛的半导体、太阳能、平板显示器生产及镀膜行业提供有效的解 COBRA Semicon 决方案。具有不同版本:DS(行业标准、气密、传统轴承系统)、BA(气密、悬挂式轴承系统、气冷型)、BC(气密、悬挂式轴承系统、水冷型)。所有这些真空泵都是专为半导体行业的复杂套用而设计的。 罗茨真空泵 Panda 与 Puma 罗茨泵是无油运行的真空泵,需配合前级泵使用,适用于所有需要大吸气量的粗真空和高真空套用。此类加强型真空泵大大提高了前级泵的输出。
Puma/Panda 系列类型真空泵:WP/WPA(工业用、标准型)、WV(工业用、带旁通阀)、WY(半导体、气密)、WZ(半导体、带旁通阀、气密)。 乾式旋片真空泵及压缩机 Seco 真空泵的工作方式基于成熟的旋片技术原理。由于使用自润滑旋片,因此无需工作液润滑。完全采用无油乾式压缩的方式。通过完美匹配的材料、腔体内的特殊石墨旋片、有效的排热和先进的精密加工工艺,得以实现连续运行时的高真空。 Seco 罗茨风机 Tyr 三叶罗茨风机依照罗茨系统原理工作:两个平行的转子在泵体内以相反的方向运转。泵送介质被密封在转子和泵腔之间,并通过转子的旋转运动,将其压缩后泵送至排气口。风机入口配备有集成消音功能的进气过滤器。而被压缩介质经风机排放之前,它也将由排气消音器处理后排出。驱动设备由电机及三角皮带构成。三角皮带的驱动方式可使风机转速得到精确的调节以配合生产工艺。 液环真空泵及压缩机 液环真空泵通常将水用作工作介质。偏置叶片在部分填充液体的泵腔中旋转。叶片的旋转运动所产生的离心力使泵腔内的液体形成液环。气体在各叶片和液环之间的空间传递。由于叶轮偏置,空间增大,生产气体通过吸入槽吸入;随着叶轮继续旋转,空间减小,从而使气体被压缩并通过排出槽排出。真空泵可采用水循环的开环或闭环进行操作。 侧流风机 Samos Samos 侧流风机根据脉冲原理工作,旋转叶轮产生的动能被传送到泵送介质并转化成压力。直接安装在驱动电机轴上的叶轮和铝外壳形成的侧通道使得介质在其中被压缩,然后通过压力侧的消音器排出。直接安装在驱动电机轴上的叶轮和铝外壳形成的侧通道使得介质在其中被压缩,然后通过压力侧的消音器排出。 涡旋真空泵 Fossa 涡旋真空泵主要由固定涡旋盘与驱动涡旋盘构成。驱动涡旋盘在固定涡旋盘中转动,产生一个旋转输送动作,将气体从涡旋盘外缘吸入,然后将其在两个涡旋盘间压缩并输送至涡旋盘中央。 涡轮分子真空泵 普旭(Busch)涡轮分子真空泵 TM 1100-2200 A 采用涡轮机工作原理。快速旋转的涡轮叶片在定子叶片之间转动。这种转动将动能传至真空泵内无序的气体颗粒,进而将气体分子从进气口通过压缩传送至真空泵的排气口。 Turbo 扩散真空泵 Rangu Rangu 扩散真空泵的基本组件是一个圆柱形泵和可加热底部。可加热的油作为泵的工作液。油蒸汽上升进入喷嘴系统,经过几道蒸汽流阶段后在高压下排出系统。工业废气中的分子被这些蒸汽流捕获下移,流向前级泵出口。油蒸汽在水冷式泵机组内凝结,直接返回机组底部。借助其多阶段、创新的喷嘴理念,Rangu 扩散真空泵可以提供极高且稳定的抽速。 真空系统 真空系统 通过全面了解影响选择的因素,寻找最适合具体套用的真空解决方案。普旭的系统工程师在设计过程中考虑各方面要求,根据其在全球众多安装项目中获取的经验,为客户量身定制真空系统。
采用干式真空泵,泵内不仅不存在润滑油,而且亦不存在废液处理的问题。但是泵腔内没有油,就使得泵腔内部的间隙无法保持密封,而且还失去了用于控制温度的传热介质,这对干式真空泵带来很大的挑战。
早期的干泵是由几级罗茨型转子或几级爪型转子串联而成,它们在泵腔内没有任何接触,用同步齿轮带动二个平行的转子轴,由于泵腔内没有任何液体,所以内部间隙要尽可能保持很小,以减少气体的返流。但是这个很小的间隙对于工艺颗粒的堆积显得十分敏感,目前解决这个问题的办法就是:从泵的入口充入惰性气体将它冲刷掉,或者用惰性气体来稀释可凝性的腐蚀气体。
干泵在半导体行业应用成功,亦激励干泵制造商将干泵引入化学工业,虽然干泵价格昂贵,但运行成本较低,特别是没有废液处理问题,对环境和健康十分有利。目前各种类型的干泵很多,包括涡旋泵、隔膜泵、干式旋片泵、罗茨型干泵、爪式干泵和螺杆真空泵。在化工行业应用中占主导地位的是罗茨型干泵、爪式干泵和螺杆真空泵。
1 罗茨型干泵
罗茨型干泵是属于较大型的干式真空泵,在化学工业有着广泛应用。该泵是由三级三叶型罗茨转子串联组成,它们装在同一根轴上,各级转子之间由中隔板隔开,形成各级泵腔,上一级排气口连到下一级进气口,各级串联进行抽气。各级转子的直径和形状是相同的,各级转子的宽度向高压侧方向变窄,但是这种设计均需要级间冷却,亦即上一级排出的气体通过热交换器后冷却后再进入到下一级的入口,如图8所示。这种三叶型的罗茨型干泵虽然可以减少气体返流,但是被抽气体要经过曲折路程才能排出到泵外,容易造成工艺物料堆积在泵腔内,而且颗粒杂质也不容易直接排出到泵外。罗茨型干泵可以从大气抽到10Pa,抽速为(36~60)升/秒。
图8 罗茨型干泵
2 爪式干泵
爪泵在1930年就己经研究成功,并首次用于压缩机行业,这种爪式转子的特点是在高压下具有高的压缩比。爪式转子还具有两个功能:一是用来截获、输送以及压缩气体,另一个就是像阀门一样,在适当的时间打开和关闭吸气口和排气口。目前这种泵的设计结构大都是由一级罗茨转子与三级爪式转子串联而成,罗茨转子作为高真空级,爪形转子作为压缩排气级,如图9所示。
图9 单爪式泵
这种爪式干泵早期应用于半导体的溅射、刻蚀、离子注入及PCVD薄膜制备等领域时,由于在工艺过程中会生成大量微小颗粒或反应生成的腐蚀性介质,可以通过向泵口引入惰性气体进行清洗,以防止微小颗粒在泵腔内沉积,同时亦降低腐蚀性气体的浓度。爪型泵己经在化工行业的蒸发、蒸馏、干燥、浓缩等领域应用。这种爪型泵的极限压力为(1~10)Pa,抽速为(25~140)L/s。
3 螺杆真空泵
螺杆真空泵是20世纪90年代初出现的一种理想的泵种,具有抽速范围宽广、结构简单紧凑、泵腔内无摩擦组件、能耗低、无废液排放以及运行成本低等一系列优点,因而在半导体、光伏产业、化工、制药、石化、空间模拟、低压风洞等领域到广泛应用。
螺杆真空泵的工作原理:由一对同步齿轮带动逆向旋转的螺杆,在螺杆与螺杆之间、螺杆与泵腔之间均有一定的间隙,没有任何金属与金属之间的接触。于是螺杆在旋转过程中就将被抽气体从进气口吸入并排出到排气口,见图10。
图10 螺杆真空泵断面图
早期的螺杆真空泵是等螺距,为了降低能耗、降低泵腔内的温度,又开发了变螺距的螺杆真空泵。其中一种螺杆是由二段螺距大小不等的螺杆拼接而成,另外一种就是螺距连续变化的螺杆真空泵,螺杆是由一个整体材料加工制作而成,各种不同的螺杆设计见图11所示。
图11 各种不同的螺杆设计
变螺距真空泵的最大优点就是比等螺距螺杆真空泵节能30%,排气温度亦较低。图12和图13分别为等螺距与变螺距的P-V图。
图12 等节距螺杆P—V图
图13 变节距螺杆P—V图
与罗茨型干泵和爪式泵相比,螺杆真空泵被抽气体在泵内的路程很短(见图14、15、16),很少受到扰动,可以迅速排出,因而微小的颗粒杂质不易积累在泵内。
图14 多级罗茨式
图15 罗茨+爪式
图16 干式螺杆泵
另外,螺杆真空泵的抽速特性较好,有效工作压力范围很宽,在大气到100Pa时仍有较高抽速(见图17)。
图17 抽速特性比较
由于螺杆真空泵大多数是用于抽除腐蚀性或危险性气体,为了防止泵腔和螺杆被腐蚀或生锈并延长泵的使用寿命,根据不同的应用可选择下列不同的涂层:
PTFE(聚四氟乙烯)涂层:
●耐化学性能好;
●涂层寿命较短;
●熔点低于300℃;
●耐磨性较差。
NIFA涂层:
●2个涂层(Ni+PFA),第一层Ni(15~20)μm,第二层PFA(25~35)μm(可溶性聚四氟乙烯);
●对所有的化学物质均具有良好的耐腐蚀性;
●耐机械划伤的性能好;
●即使PFA涂层磨损,仍然有Ni涂层保护基体材料。
NIFLON涂层:
●1个涂层(PTFE溶于化学镀Ni)15~20μm;
●良好的耐磨性;
●对基材具有良好的结合力;
●对极大多数化学物质具有良好的耐蚀性;
●耐机械划伤;
尽管螺杆真空泵有涂层保护,但是仍然要避免腐蚀性介质冷凝在泵内,因此正确的操作使用和日常维护仍然十分重要——
在启动螺杆泵以前,首先要从泵的入口充入惰性气体,运行半小时,使泵腔内的温度升高,以防止被抽气体冷凝在泵腔内;
在螺杆泵停机以前,亦要从泵的入口充入惰性气体,运行半小时,以彻底清除泵腔内的残余物质;
如果工艺物质堆积在泵腔内,造成再启动困难或启动电流过大,则需要在停泵情况下,关闭主阀,打开排气口,用水蒸汽进行冲刷,直到泵可以灵活转动为止;
最后,由于螺杆泵在化工行业使用工况比较恶劣,必须根据使用说明书的要求进行日常维护。
结语
液环泵结构简单,运动部件少,操作、维护都十分简便,而且价格亦较低廉。螺杆真空泵虽然价格比较昂贵,但性能十分优越,运行费用亦低,不存在废液排放问题,既节能又环保。所以上述两种真空泵最适合于化工工艺应用。
真空包装它也被称为是减压包装,它的使用方法是将包装容器内的空气全部抽出,并且进行密封,让包装容器内处于高度的减压状态,空气非常的少,也就达到了低氧的效果,没有氧气微生物就没有办法在里面生存,从而实现果品的新鲜并不会发生腐蚀。那大家知道真空包装是哪个国家发明的吗?它的发展过程又是什么呢?今天小编就来给大家简单的讲一讲真空包装的发明史。
早在1643年,意大利物理学家托里拆利,发现真空和自然的空间有大气和大气压力存在,所以他不然开始了他的实验最开始他便将一根一端封闭的长玻璃管里面装满了汞,并把他倒立与汞槽中,最后,他惊奇的发现玻璃管中的拱面有下降的趋势,直至与玻璃管外的拱面相差76厘米,这时候托里拆利,他就认为,玻璃管汞上面的空间是真空,而七十六厘米的高的汞柱是因为存在大气压力的缘故。这样,意大利物理学家托尼拆逆就发现了真空的存在。
人类在没有找到真空以前也曾经设想出了一个的理想环境,他们把真空理解成为“什么物质都没有”,所以才用了这样一个词“真空”,但是人类始终没有找到这样一个环境,来证明他们的想法。而托里拆利的实验证明了真空的存在,并发现了大气压响,这是人类首次发现真空。
真空的发现,为人们带来了极大的便利,它的用途也有很多,比如,真空泵,真空包装。真空泵,它主要用于,医药,农药,化妆品,电子镀膜的行业。真空包装最主要的用途就是食品方面。能够帮助我们食品保鲜,不会腐蚀,能够长时间的保存我们的食品。
一、第一台真空泵的发明
托里拆利用汞柱倒置的方法使玻璃管的上方出现真空.人们称之为托里拆利真空.可以说这是最早获得真空的方法。他的发现传开后,人们又做了许多实验来研究这个现象。例如,1647年有一位法国物理学家叫罗伯维尔(G. Robenval ),做了一个有趣的实验,他从鲤鱼肚里取出鱼缥,尽可能将里面空气排尽,再把开口扎紧,放在托里拆利真空区内。结果鱼缥膨胀起来。这个实验令人信服地说明了,大气压下留在鱼缥中的残余空气,当外部气压减小到零时,会膨胀为很大的体积。不久有人著书评述了这个实验,认为空气具有弹性,就好像海绵或羊毛一样,受到压力会收缩,压力减轻会膨胀。
德国人格里克在事先不知道托里拆利实验的情况下也发现了真空:他的经历饶有兴趣。有一天,他让家人用唧筒抽酒桶中的水,在抽的过程中唧筒脱落了.他们用布条重新绑好,由于填塞过严,桶口封住了,结果把捅内的空气也抽掉了,只听得里面一片沸腾的噪音:格里克从这件事得到启发,就用铜球壳代替木捅.让家人再用唧筒抽、家人越抽越费劲.最后只听澎的一声,铜球塌瘪了。
1654年,格里克为了向公众演示抽气实验.他安排了两个引人注目的表演。由于他那时是德国马德堡市的市长,所以这两个实验也叫马德堡半球实验。实验之一,两个严密对接的半球形金属壳.中间抽空后.用16匹马也没有将两金属壳拉开。实验之二,一对抽空的半球吊在支架上,可以承受非常大的负荷、格里克没有对吸力的起因提供解释,他的贡献。主要是发明了真空泵。马德堡市长的新奇实验轰动了德国,当消息传到英吉利海峡对岸时.引起一番波澜,又有人做了许多新奇实验。其中一位就是大名鼎鼎的玻意耳。
二、开水瓶的发明
① 1892年,英国物理学家杜瓦在他的实验室做实验。实验中,他急需一种能使气体与外界隔绝并保持温度的容器。
②于是,他请玻璃技师为他吹了一个双层玻璃容器。
③可是,这个玻璃容器仍然不能达到他的实验要求,怎么办呢?
④经过反复实验,他发现在容器的内部涂上银,然后抽掉两层玻璃之间的空气,可使容器内的液体在一定时间内保温。
⑤人们把这种容器称为“杜瓦瓶”。
⑥“杜瓦瓶”后来慢慢进入家庭,用于热水保温。