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哪些真空泵可用于抽取不含可凝蒸汽的干燥气体?

对于要抽不含冷凝的气体混合物(例如空气)的应用,所要使用的泵可通过所需的工作压力以及被抽的气体量确定。本节将探讨如何选择所需的工作压力。选择泵的规格页面则介绍了如何选择所需的泵。 
每种真空泵都有一个独特的工作范围,在这个范围内的工作效率特别高。因此,下文描述了在以下各个压力区域中适合使用的泵。对于每个抽空过程,都必须首先排空容器。用于此操作的泵很可能与那些在明确的工作压力下执行工作过程的合适选择不同。在任何情况下,都应特别考虑到工作过程主要发生在哪个压力区域。 

粗真空 (1013 – 1 mbar) 

旋转泵的常见工作区域低于 80 mbar。在更高压力下,这些泵的功耗(参见图 2.11)和油耗会变得非常高。因此,如果要长时间在超过 80 mbar 的压力下抽取气体,则应使用喷射泵、水环泵或干旋片泵,尤其要根据经济性进行选择。旋片泵和滑阀泵特别适用于将容器从大气压力抽取至 80 mbar 以下的压力,此类泵能够在低压下持续工作。如果会在进口压力低于 40 mbar 时产生大量气体,建议使用串联的罗茨泵。这样当相关工艺对前级泵速有要求时,可以使用较小的旋片泵或滑阀泵。 

Fig . 2.11 Motor power of a rotary plunger pump (pumping speed 60 m3/h) as a function of intake pressure and operating temperature. The curves for gas ballast pumps of other sizes are similar.

图 2.11 滑阀泵的电机功率(抽速 60 m3/h)与进气压力和工作温度的函数关系图。其他规格的气镇泵的曲线与之相似。

1 工作温度曲线 1 - 89°F (32°C)
2 工作温度曲线 2 - 104°F (40°C)
3 工作温度曲线 3 - 140°F (60°C)
4 工作温度曲线 4 - 194°F (90°C)
5 绝热压缩的理论曲线
6 等温线压缩的理论曲线

中真空 (1 – 10-3 mbar)

如果真空容器仅需抽真空至中真空范围,或提供扩散泵离子溅射泵所需的前级压力,则单级和双级旋转泵可分别足以将压力抽至 10-1 和 10-3 mbar。如果是要抽到中真空范围,并且容器内的气体或蒸汽会不断发生变化且必须抽出容器,要选择合适类型的泵会变得更加困难。这里有一个重要提示。当接近其可达到的极限压力时,所有旋转泵的抽速均会迅速下降。因此,这些泵的正常工作压力区的下限值应当是泵仍能保持标称抽速大约 50% 时的压力。 

当需要在压力介于 1 ~ 10-2 mbar 之间抽除大量气体时,使用旋转泵作为前级泵的罗茨泵会具有理想的抽气性能。如果主工作区域高于 10-1 mbar,则单级旋转泵就足以满足要求。如果介于 10-1 ~ 10-2 mbar 之间,建议使用双级泵做前级泵。低于 10-2 mbar 时,单级旋片泵作为前级的的两级罗茨机组旋转泵抽速会下降。不过,在 10-2 ~ 10-4 mbar 之间,双级罗茨泵(或两个串联的单级罗茨泵)与作为前级泵的双级旋转片组合使用时,仍能实现非常高的抽速。反过来说,此压力区域是蒸气喷射泵的常见工作区域。在这个压力区域内工作时,蒸汽喷射泵会是非常经济的选择。作为前级泵,适合选择单级旋转正排量泵。如果维护需求很低且无阀操作非常方便(比如要将工作周期较短的小型容器抽取至约 10-4 mbar,或者要在无人看管的情况下使大型容器保持此压力数周),则前面提到的两级罗茨泵(带两级旋转泵作为前级泵)会是合适的组合。虽然这种组合没有相应的蒸汽喷射泵那样经济,但它可以在无需维护的情况下运行明显更长的时间。 

高真空 (10-3 ~ 10-7 mbar)

扩散泵离子溅射泵涡轮分子泵通常在 10-3 mbar 以下的压力区域工作。如果工作区域在工艺中会发生变化,则必须在容器上安装不同的抽气系统。还有一些特殊的扩散泵兼具扩散泵的典型特性(极限压力低,高真空区的抽速高)和蒸汽喷射泵的一些出色特性(中等真空区域的通量高,临界前级压力高)。如果工作压力区域介于 10-2 ~ 10-6 mbar 之间,通常会特别建议采用此类扩散泵。 

超高真空 (< 10-7 mbar)

要产生超高真空的压力,可将离子溅射泵、升华泵以及涡轮分子泵低温泵与合适的前级泵结合使用。对于特定超高真空过程,最适合选用的泵取决于多个条件(有关更多详细信息,请参阅无油真空页面)。

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真空技术图中常用符号的术语表,这些符号用于直观地表达泵的类型以及抽取系统中的部件

 

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