如何根据抽速选择前级泵

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通过高真空泵抽的气体或蒸汽必须要经过前级泵的处理。此外，在高真空泵（扩散泵、涡轮分子泵）的运行中，一刻也不能超过最大许可前级压力。如果 Q 是高真空泵在进气压力 p_A 下以有效抽速 S_有效抽取的有效气体或蒸汽的速度，则该气体量也必须是前级泵在前级压力 pV 下以抽速 S_V 输送的气体量。有效气载Q 可通过下面的连续性方程式计算得出：

(2.41)

前级泵所需的抽速可通过下式计算：

(2.41a)

抽速计算示例

如果扩散泵的抽速为 400 l/s，则在使用冷阱时，有效抽速为产品目录中所示值的 50%。最大允许前级压力为 2 · 10^-1 mbar。前级泵所需的最低抽速取决于根据式 2.41a 计算得出的进气压力 p_A。

在 p_A = 1 · 10^-2 mbar 的进气压力下，产品目录中所示的高真空泵的抽速约为 100 l/s，取 50% 则为 50 l/s。因此，前级泵的抽速必须至少等于

在 p_A = 1 · 10^-3 mbar 的进气压力下，泵已达到 400 l/s 的额定抽速；现在有效抽速为 S_有效 = 200 l/s；因此，前级泵所需的抽速等于

如何根据压力范围选择前级真空泵

如果要使用高真空泵抽压力在 10^-3 ~ 10^-2 mbar 之间的蒸汽，则必须使用额定抽速为 12 m³/h 的前级泵，并且在 2 · 10^-1 mbar 的压力下，抽速必须为 9 m³/h。如果不用抽蒸汽，则在大多数情况下，会使用不带气镇的单级旋片泵。如果还需要抽（哪怕只是极少量的）蒸汽，则始终应使用带气镇的双级泵作为前级泵，该泵除起到气镇作用外，还可提供所需的 2 · 10^-1 mbar 的抽速。

如果高真空泵只在进气压力低于 10^-3 mbar 的条件下使用，则选用较小的前级泵就能满足要求；在本例中，可选用抽速为 6 m³/h 的泵。例如，如果连续进气压力还要更低，低于 10^-4 mbar，则可根据式 2.41a 计算前级泵所需的抽速，如下所示：

理论上，在这种情况下，可以使用抽速约为 1 m³/h 的更小前级泵。但在实际应用中，应安装稍大一些的前级泵，因为尤其是在启动真空系统时，可能会在短时间内产生大量气体。如果前级泵不能立即抽走这些气体，就会危及高真空泵的运行。如果始终在极低的进气压力下工作，则建议在高真空泵和前级泵之间安装一个缓冲空间（前级管路容器或缓冲罐），这样前级泵只需要运行很短时间。任何情况下，前级压力绝不能超过最大许可前级压力。

缓冲罐的大小取决于每单位时间要抽的气体总量。如果抽速极低，按照经验法则，在隔离前级泵的情况下，0.5 l 的缓冲罐允许 1 分钟的抽真空时间。

要找到规格最合适的前级泵，在很多情况下都可以使用图表法。使用该方法时，起始点为泵的抽速特性（根据式 2.41）。

很容易从泵的测量抽速（体积流量）特性推导出泵的抽速特性，图中所示为一台 6000 l/s 扩散泵（参见图 2.76 中的曲线 S）。要得出气载特性（图 2.76 中的曲线 Q），必须将 S 的每一个坐标值乘以其相应的 pA 值，并根据该值画出曲线。如果假定扩散泵的进气压力不超过 10^-2 mbar，则最大气载为 9.5 mbar · l/s

图 2.76 以图表法确定合适的前级泵时使用的图表。

a) 6000 l/s 扩散泵的抽速特性
b) 双级旋转滑阀泵的气载曲线系列（V.B. = 临界前级真空压力）

因此，前级泵的规格必须使泵能够在（前级泵的）进气压力（等于或最好低于扩散泵的最大许可前级压力）下处理此气载；对于该 6000 l/s 扩散泵，这个压力就是 4 · 10^-1 mbar。

考虑到双级滑阀泵的抽速特性后，计算每个泵的气载的方式与在图 2.76 a 中查找扩散泵的 Q 曲线时使用的方法相似。结果为图 2.76 b 中编号为 1–4 的 Q 曲线组，其中考虑了 4 个双级泵，其额定速度分别为 200、100、50 和 25 m³/h。该 6000 l/s 扩散泵的临界前级压力为 V.B. (p = 4 · 10^-1 mbar)。现在，最大气载Q = 9.5 mbar · l/s 显示为水平线 a。这条线与四条气载曲线相交。从右到左计数，与低于临界前级压力 4 · 10^-1 mbar 的进气压力相对应的第一个交点是与气载特性曲线 2 相交。这对应的是额定抽速 100 m³/h 的双级泵。因此，在上述假设条件下，此泵就是适合该 6000 l/s 扩散泵的正确前级泵。

但是，如果抽真空过程不太可能达到 9.5 mbar · l/ s 的最大气载，则当然可以使用更小的前级泵。例如，从图 2.76 b 中的线 b 可以清楚看出，它对应的最大气载仅为 2 mbar l/ s。在此情况下，选用 25 m3/h 的双级泵就能满足要求。

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