高真空抽气机组的常用配置

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学 作者:张以丞

        高真空抽气机组分子流状态下工作,与低真空机组相比,其特点是工作压力较低(10-2~10-6Pa)、排气量小、抽速大。机组的主泵通常为扩散泵、扩散增压泵、分子泵、钛升华泵、低温冷凝泵等。这些泵不能直接对大气工作,因此需要配置预抽泵和前级泵、有些扩散泵高真空抽气机组还配有前级维持泵或贮气罐,以防止系统内的气压波动,改善机组的抽气性能。

预抽泵

        预抽泵(粗抽泵)主要用来抽除真空室中的大量气体,使真空室内的气体压力由大气压力降到主泵能够启动工作时的真空度,因此,要求预抽泵所达到的压力要小于主泵的启动工作压力,机组所选用预抽泵的抽速大小由粗抽时间决定。为了提高真空机组的利用率,预抽泵可以兼做前级泵用,两种不同抽气功能之间靠真空阀门来分隔和切换。

维持泵

        由于扩散泵和油增压泵起动时间长,在周期性操作的真空设备中,当真空室装料和卸料的时候,往往为了缩短工作周期而不停止主泵,将高真空阀门和前级管道阀门关闭,使主泵仍处于工作状态。由于阀门等总是有极少量的漏气以及阀门和泵内的表面放气,经过一定时间后,主泵泵腔内的压力增加,超过泵工作液的最大允许压力而使泵油蒸气氧化。为了解决这个问题,一个办法是用前级泵继续抽出主泵中的气体,但此时主泵内排出的气体量很小,出现前级泵大马拉小车现象, 浪费能源。为此可采用另一个办法,停止前级泵工作,关闭前级管道阀门,在主泵出口处设置维持泵或储气罐,这样就可以保证即能排出主泵内的气体,又可以节省能源消耗。储气罐不能做得很大,它只能用在以扩散泵为主泵的小型真空机组上。而维持泵可用在配置大型主泵的真空机组中。

贮气罐

      小型扩散泵高真空抽气机组通常配置有贮气罐, 设置在扩散泵和前级泵之间, 贮存扩散泵排出的气体, 设置贮气罐的原因有:

系统防震的需要

        真空系统工作时,某些工艺过程要求严格防震,因此需要在真空室处在工作状态中时,前级机械真空泵在一段时间内停止工作。在这段时间内,扩散泵排出的气体全都贮存在贮气罐中, 用贮气罐代替机械泵维持扩散泵的正常工作。

为了缩短工作周期

        有些生产工艺要求在不关闭扩散泵加热器的情况下,真空室放进大气换取元件、装料。而真空机组的前级泵兼做预抽泵用。装料后,用机械泵预抽真空室,在这段时间内利用贮气罐来维持扩散泵工作(作为前级泵用)。

为防止真空室内瞬时大量放气影响

        扩散泵正常工作真空工艺生产中的某段时间内放气量特别大,但时间短。若按此时的最大排气量配前级机械泵很不经济,此时可在系统中配置前级贮气罐,在最大放气量时贮存一部分气体,以避免扩散泵的前级压力超过最大反压力。

用于稳定扩散泵出口压力

       由于机械真空泵的排气是脉冲的,虽然频率不高(一般为7次/s左右),但是也会引起扩散泵出口压力的波动,设置贮气罐可减少这种波动。

超高真空抽气机组

        超高真空机组工作在10-6~10-10Pa 的超高真空压力范围,除了要求真空室的材料出气率很低、漏气率很小、能经受200~450℃高温烘烤外,对机组的要求还有:

(1) 主泵的极限真空度要高,至少在10-7~10-8Pa以上;

(2) 在超高真空的工作压力范围内主泵具有一定的抽速;

(3) 机组的主泵或主泵进气口以上部分能承受200~450℃的高温烘烤;

(4) 来自主泵的返流气体(包括工作液蒸汽及解析的气体)的分压力要足够低;

(5) 对被抽气体选择性强的主泵, 要配备足够大的辅助泵;

(6) 机组主泵进气口以上的管道、阀门等部件,材料的选择和密封要特别慎重。一般采用出气率较低的不锈钢和采用金属密封结构和密封材料。

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