真空系統抽氣時間的計算，真空系統抽氣時間的計算公式，真空系統的建設找哪家公司，大型真空泵負壓系統的設計改造。

1．真空系統的抽氣方程

真(zhen)空(kong)(kong)系(xi)統的(de)任務(wu)就是抽(chou)(chou)除被抽(chou)(chou)容器(qi)中的(de)各種(zhong)氣體(ti)。我們可(ke)以(yi)把(ba)被抽(chou)(chou)容器(qi)中所產生的(de)各種(zhong)氣體(ti)的(de)流量(liang)稱為(wei)真(zhen)空(kong)(kong)系(xi)統的(de)氣體(ti)負荷(he)。那么真(zhen)空(kong)(kong)系(xi)統的(de)氣體(ti)負荷(he)究(jiu)竟來(lai)自哪(na)些方面(mian)呢？或者說真(zhen)空(kong)(kong)室(shi)內究(jiu)竟有哪(na)些氣源呢？總起來(lai)說，可(ke)以(yi)歸納為(wei)下述(shu)幾個(ge)方面(mian)：

(1)被抽容器內原有的空間大氣，若容器的容積為Vm³，抽氣初始壓強為P_oPa，則容器內原有的大氣量為VP₀Pa·m³；

(2)被抽容器內一旦被抽空，暴露于真空下的各種材料構件的表面就將把原來在大氣壓下所吸收和吸附的氣體解析出來，這部分氣體來源我們稱之為放氣，單位時間內的放氣流量可以用Q_fPa·m³／s來示；

實驗表(biao)明，材料表(biao)面單(dan)位時(shi)間(jian)內單(dan)位表(biao)面積的放氣率q可以用式(27)的經驗公式來計(ji)算。

真空室內暴露于真空下的構件表面，可能有多種材料。所以總的表面放氣流量Q_f為式(49)。

(3)大氣通過容器壁結構材料向真空室內滲透的氣體流量，以Q_sPa·m³／s表示。滲透的氣流量即是大氣通過容器壁結構材料擴散到容器中的氣體流量。氣體的這種滲透是有選擇性的，例如：氫只有分離為原子才能透過鈀、鐵、鎳和鋁；氫對鋼的滲透將隨鋼中含碳量的增加而增加。氦分子能透過玻璃。氫、氮、氧和氬、氖、氦能透過透明的石英。一切氣體都能透過有機聚合物，如橡膠、塑料等。但是所有的隋性氣體都不能透過金屬。除了有選擇性之外，滲透氣流量Q_s還與溫度、氣體的分壓強有關。在材料種類、溫度和氣體分壓強確定時，滲透氣流量Q_s是個微小的定值。

(4)液體或固體蒸發的氣體流量Q_ZPa·m³／s。空(kong)氣中(zhong)水分或工藝(yi)中(zhong)的液體(ti)(ti)在(zai)真空(kong)狀態下蒸(zheng)發(fa)出來，這是在(zai)低真空(kong)范(fan)圍內常常發(fa)生的現象。在(zai)高真空(kong)條(tiao)件下，特別是在(zai)高溫裝(zhuang)置中(zhong)，固體(ti)(ti)和(he)液體(ti)(ti)都有一定(ding)(ding)的飽和(he)蒸(zheng)氣壓。當溫度一定(ding)(ding)時，材(cai)料(liao)的飽和(he)蒸(zheng)氣壓是一定(ding)(ding)的，因而蒸(zheng)發(fa)的氣流量也是個常量。

(5)大氣通過各種真空密封的連接處，通過各種漏隙通道泄漏進入真空室的漏氣流量Q_LPa·m³／s。對于確定的真空裝置，漏氣流量Q_L是個常數。漏氣流量通常可通過所說的壓升率，即單位時間內容器中的壓強增長率P_x來計算式(28)。

當真空泵啟動之后，真空系統即對被抽容器抽氣。此時，真空系統對容器的有效抽速若以S_e表示，容器中的壓力以P表示，則單位時間內系統所排出的氣體流量即是S_eP。容器中的(de)壓強變化率為dP/dt，容器內的(de)氣體減少量即(ji)是V dP/dt。根據動態(tai)平衡，可列出如下(xia)方程(29)。

這個方程稱為真空系統抽氣方程。式中V是被抽容器的容積，由于隨著抽氣時間t的增長，容器內的壓力P降低，所以容器內的壓強變化率dP/dt是個負值。因而V dP/dt是個負值，這表示容器內的氣體減少量。放氣流量Q_f，滲透氣流量Q_s，蒸發的氣流量Q_z和漏氣流量Q_L都是使容器內氣體量增多的氣流量。S_eP則是真空系統將容器內氣體抽出的氣流量，所以方程中記為一S_e>P。

對于一個設計、加工制造良好的真空系統，抽氣方程(29)中的放氣Q_f滲氣Q_s、漏氣Q_L和蒸氣Q_z的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)流量都是(shi)微小的(de)。因(yin)此抽氣(qi)(qi)(qi)(qi)初(chu)期(粗真(zhen)空(kong)和低真(zhen)空(kong)階(jie)段)真(zhen)空(kong)系統的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)負荷主要(yao)是(shi)容(rong)器(qi)內原有的(de)空(kong)間大氣(qi)(qi)(qi)(qi)。隨著容(rong)器(qi)中壓強的(de)降(jiang)低，原有的(de)大氣(qi)(qi)(qi)(qi)迅速減少，當抽空(kong)至1～10-1Pa時，容(rong)器(qi)中殘存(cun)的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)主要(yao)是(shi)漏放(fang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)，而且主要(yao)的(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)成(cheng)分是(shi)水(shui)蒸汽。如(ru)果用油封式機械泵抽氣(qi)(qi)(qi)(qi)，則試驗表明，在(zai)幾十～幾Pa時，還將出現泵油大量返流的(de)現象。

2．低真(zhen)空抽(chou)氣時間的計算

從大氣壓開始到0.5Pa范圍的抽氣，我們統稱為低真空抽氣階段。這一階段的抽氣通常用油封式機械真空泵或分子篩吸附泵來完成。一般來說，油封機械泵的特性是在大氣壓到10²Pa時抽速近似為常數，在10²～O.5Pa時抽速變化較(jiao)大，而(er)對于吸(xi)附(fu)泵，5A分子篩在室溫下(xia)由大氣(qi)壓(ya)到O.5Pa時對氮氣(qi)的(de)吸(xi)附(fu)速率近于常數(shu)；在液氮溫度下(xia)，由大氣(qi)壓(ya)到1Pa時，對氮氣(qi)的(de)吸(xi)附(fu)量(liang)近似于常數(shu)。因此，對于低真空階(jie)段(duan)抽氣(qi)可分為近似常抽速和變抽速兩種情況來分別考慮(lv)。

(1)近似常抽速時，抽氣時間的計算

油封機械泵在大氣壓到10²Pa范圍內抽(chou)(chou)速近(jin)似為(wei)常抽(chou)(chou)速。在這一階段抽(chou)(chou)氣(qi)(qi)過程(cheng)(cheng)中(zhong)，系(xi)統內的(de)(de)(de)壓強較高，排氣(qi)(qi)量較大(da)，即使系(xi)統內有些(xie)微小的(de)(de)(de)漏(lou)氣(qi)(qi)和(he)放氣(qi)(qi)，影響也(ye)不(bu)大(da)，可以忽略漏(lou)氣(qi)(qi)、放氣(qi)(qi)、蒸發和(he)滲透的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)流(liu)量。忽略這些(xie)微小的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)流(liu)量之后(hou)，抽(chou)(chou)氣(qi)(qi)方程(cheng)(cheng)(29)變為(wei)(30)。

①不考慮(lv)管道影響(xiang)和漏放氣時抽氣時間的計算

通常，被抽容器的出口到真空泵入口之間有連接管路。連接管路的影響是使得系統對真空容器的有效抽速S_e低于真空泵的抽速S_p這(zhe)說明管路對于氣(qi)體流動具(ju)有阻力，這(zhe)種影響從真(zhen)空(kong)技術基本方(fang)程(2a)即(ji)可看(kan)出。

我們先從最簡單的(de)情況來研究，假定(ding)真空泵(beng)的(de)入口直接(jie)連(lian)到容器出(chu)口上進行抽空，如(ru)圖8所示，此時沒有(you)連(lian)接(jie)管路或是連(lian)接(jie)管路很短，其影響可(ke)以忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)。微小(xiao)的(de)漏、放(fang)氣流量等也(ye)忽(hu)略(lve)不(bu)計(ji)，則求解抽氣方程(31)。

由式(32)可得出(chu)容器內壓強P隨抽空時間t的(de)變化關系式(33)。

式(shi)中各符(fu)號的(de)意義(yi)同(tong)式(shi)(32)，式(shi)(32)是抽(chou)氣時間計算的(de)最基本的(de)公式(shi)。

②不考慮(lv)(lv)管道影(ying)響而考慮(lv)(lv)漏(lou)放(fang)氣(qi)時抽氣(qi)時間的計(ji)算

對于任(ren)何一個被抽容(rong)器(qi)不可能沒有(you)漏氣(qi)(qi)和放氣(qi)(qi)，當被抽容(rong)器(qi)內的壓(ya)強較低(di)，真(zhen)空系統(tong)的排(pai)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)量(liang)不是很大時(shi)，就必須(xu)考慮漏、放氣(qi)(qi)等氣(qi)(qi)流(liu)(liu)量(liang)對抽氣(qi)(qi)過(guo)程的影(ying)響，此時(shi)抽氣(qi)(qi)時(shi)間的計算式為(34)。

③考慮管道影響和漏放氣(qi)(qi)時，抽氣(qi)(qi)時間(jian)的計算

實際上(shang)真空(kong)泵對容器的(de)抽氣都是通(tong)過連接(jie)管(guan)(guan)路(lu)進行的(de)。由于管(guan)(guan)路(lu)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)，泵對容器的(de)有(you)效抽速(su)降低了，延(yan)長了抽氣時(shi)(shi)間。因此在這種情(qing)況下需要考慮管(guan)(guan)道的(de)影(ying)(ying)響(xiang)。此時(shi)(shi)抽氣時(shi)(shi)間的(de)計(ji)算(suan)式為(35)。

真空泵對容器的有效抽速s可以利用真空技術基本方程(2)求出。計算時需先求出真空泵入口到容器出口之間連接管路的流導C，而流導C又與氣流狀態有關，所以要根據不同的氣體流動狀態,選擇適宜的流導計算公式計算連接管路的流導C。計算出連接管路的流導C，由泵的實際抽速S_p，即可通過真空技術基本方程(2)求出泵對容器的有效抽速S_e。再利用式(35)即可求出對于容積為Vm³的容器(qi)，從壓強P0降低到(dao)P的抽氣(qi)時間t。

(2)變抽速時抽氣(qi)時間的(de)計算

大多數真空(kong)(kong)泵的抽速(su)(su)都隨其(qi)入(ru)口壓強的變化(hua)而變化(hua)，尤(you)其(qi)是機械真空(kong)(kong)泵，當其(qi)入(ru)口壓強低于10Pa時，泵的抽速(su)(su)隨其(qi)入(ru)口壓強的變化(hua)更(geng)為(wei)顯著。圖(tu)9是某些真空(kong)(kong)泵的抽速(su)(su)特性(xing)曲線(xian)示意(yi)圖(tu)。

①分段計算法

在一般情況下，計算變抽速時的抽氣時間需要首先知道泵的抽速與其入口壓強的關系。如圖10所示。假定需要求容器內的壓力由P₀降低到P的抽氣時間，則可以將P₀到P這個壓強區段分成n段。段效愈多，計算的抽氣時間愈接近變抽速的實際。設相應每段的抽氣時間為t₁，t₂…t_i…t_n取每段的平均抽蘧為S₁，S₂，…S_i…S_n，用(yong)相(xiang)應的公(gong)式(36)進行(xing)各個壓力區(qu)段的抽氣(qi)時間計(ji)算，然后(hou)求(qiu)其代(dai)數和(he)即得總的抽氣(qi)時間t。

②經驗系數計算法

油封機械真空泵的實際抽速S隨其入口壓強的降低而降低。研究其抽速特性曲線發現，其實際抽速S與其名義抽速S_p的近似關系(xi)是(46)。式中系(xi)數K在不同(tong)壓力區間的取值如表2。

因此(ci)抽氣時間的計算可用式(37)。

應用該式計算(suan)抽(chou)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)時，實際(ji)上相當于把從大(da)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)到1Pa的(de)抽(chou)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)計算(suan)分(fen)成為五個(ge)區(qu)強(qiang)區(qu)段，對應每一個(ge)壓(ya)(ya)(ya)(ya)強(qiang)區(qu)段，根(gen)據表(biao)2所給出(chu)的(de)K值(zhi)分(fen)別(bie)計算(suan)各壓(ya)(ya)(ya)(ya)強(qiang)區(qu)段的(de)抽(chou)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)，然(ran)后將五個(ge)壓(ya)(ya)(ya)(ya)強(qiang)區(qu)段的(de)抽(chou)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)相加即(ji)得從大(da)氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)到1Pa的(de)總的(de)抽(chou)氣(qi)(qi)時間(jian)(jian)。