第8章:真空技术 ◆81概述 ◆82真空的获得 8÷8.3真空的测量 A·8.4真空检漏技术
8.1 概述 8.2 真空的获得 8.3 真空的测量 8.4 真空检漏技术 第8章：真空技术
8.1概述 ◆真空概念 真空:一定空间内气体分子密度小于该地区大气 压下气体分子密度。并非指一定的空间内空无 物 ◆按真空度划分 105粗真空3×103中真空101高真空104超高真空107极高真空 ◆真空在低温中的应用 在气体液化、低温液体的贮运低温容器)以及减压 降温的控制中,都离不开真空技术
8.1 概述 真空概念 – 真空：一定空间内气体分子密度 小于 该地区大气 压下气体分子密度。并非指一定的空间内空无一 物 按真空度划分 105 粗真空 3×103 中真空 10-1 高真空 10-4 超高真空 10-7 极高真空 真空在低温中的应用 – 在气体液化、低温液体的贮运(低温容器)以及减压 降温的控制中，都离不开真空技术
西蒙氦液化系统 排放氦气 阀 氮气供给 至真空泵降 环境温度 低氢压力 至真空泵 液氮 真空层 N2 液氢空间 接受氮的厚壁容器 20.4K 杜瓦 图3.31西蒙液化系统 图3.32西蒙液化系统的T-s图 ◆1、He以环境温度和10~5MPa压力充入厚壁容器中; ◆2、用LN2冷却He至77K(TS图上2~3) ◆3、用L2冷却He至10K(TS图上35) 返回 ◆4、He绝热放气液化(TS图上5f)
1、He以环境温度和10~15MPa压力充入厚壁容器中； 2、用LN2冷却He至77K （T-S图上2~3） 3、用LH2冷却He至10K （T-S图上3~5） 4、He绝热放气液化 （T-S图上5~f） 西蒙氦液化系统 返回
8.2真空的获得 ◆真空的获得方法:机械、物理、化学、物 理化学 ◆获得真空的工具—真空泵: 机械泵机械的方法 扩散泵物理的方法 低温泵物理的方法 吸附泵物理、化学方法 返回
8.2 真空的获得 真空的获得方法：机械、物理、化学、物 理化学 获得真空的工具—真空泵： 机械泵 机械的方法 扩散泵 物理的方法 低温泵 物理的方法 吸附泵 物理、化学方法 返回
8.2.1机械泵 1两个主要作用 油 获得低真空 作为其它抽更高真空 泵(扩散泵、冷凝泵) 冷却水 的前级泵 ◆2旋片式机械泵 转子与泵体呈偏心 旋片靠弹簧紧贴在空 腔内表面 排气阀用油密封,防 图85旋片式机减泵结构示意图 止大气返流
8.2.1 机械泵 1 两个主要作用 – 获得低真空 – 作为其它抽更高真空 泵 (扩散泵、冷凝泵 ) 的前级泵 2 旋片式机械泵 – 转子与泵体呈偏心 – 旋片靠弹簧紧贴在空 腔内表面 – 排气阀用油密封，防 止大气返流
8.2.1机械泵 ◆3不宜抽水蒸汽 水蒸汽在压缩过程中会冷凝,形成的液体和油混 合残留在泵体内,产生的后果: 泵体中水蒸气压和被抽容器压力达到平衡时,泵就不起 抽气作用了; 水混入油后,使油含酸性,引起油胶化、泵的金属零件 氧化,损坏机械泵。 人:4极限真空 国产的双旋片机械泵的极限真空为0.67Pa ◆5机械泵的抽气速率 不是一个常数,随容器中的压力而变,达极限真 空时抽速为零。 返回
8.2.1 机械泵 3 不宜抽水蒸汽 – 水蒸汽在压缩过程中会冷凝，形成的液体和油混 合残留在泵体内，产生的后果： • 泵体中水蒸气压和被抽容器压力达到平衡时，泵就不起 抽气作用了； • 水混入油后，使油含酸性，引起油胶化、泵的金属零件 氧化，损坏机械泵。 4 极限真空 – 国产的双旋片机械泵的极限真空为0.67 Pa。 5 机械泵的抽气速率 – 不是一个常数，随容器中的压力而变，达极限真 空时抽速为零。 返回
8.22扩散泵 扩散泵是获得高真空2工作原理(参考) 的主要工具,是一种 当扩散泵油锅中的泵油在真空中 次级泵,需以机械泵 被加热到沸腾温度时,便产生大 作为前级泵。 量的油蒸气,油蒸汽经导管由各 1结构示意图 级喷嘴定向高速喷出。由于进扩 散泵的被抽气体的分压大于蒸汽 被抽空间 “飞,所以该气体 高速油蒸汽流 文到蒸汽流中。 量很大的油蒸汽 与向高速运动, 又反射回来, 童击,重新沿蒸 烟囱管 ,经多次碰撞 到达低真空 接前级泵(机械系)抽走。而油蒸 冷却水 扩散泵油 七被冷凝后返回 ^∧ 硅油,热稳定性 热。如此循环工 电炉加热器 和抗氧化能力好 勺目的
8.2.2 扩散泵 2 工作原理（参考） – 当扩散泵油锅中的泵油在真空中 被加热到沸腾温度时，便产生大 量的油蒸气，油蒸汽经导管由各 级喷嘴定向高速喷出。由于进扩 散泵的被抽气体的分压大于蒸汽 流中该气体的分压，所以该气体 分子就不断地扩散到蒸汽流中。 该气体分子被动量很大的油蒸汽 撞击，沿蒸汽流方向高速运动， 气体分子碰到壁后又反射回来， 再次受到蒸汽流撞击，重新沿蒸 汽流方向流向泵壁，经多次碰撞 后，被多级压缩，到达低真空 端，最后被前级泵抽走。而油蒸 汽在冷却的泵壁上被冷凝后返回 油锅中重新被加热。如此循环工 作，达到高真空的目的。 扩散泵是获得高真空 的主要工具，是一种 次级泵，需以机械泵 作为前级泵。 1 结构示意图
8.22扩散泵 2工作原理 油射流的形成 扩散泵底部的高真空油在经泵外电炉加热后,产生的油蒸 气沿着烟囱管传输到上部,经平行喷嘴向下喷出。由于前 级机械泵的抽空作用,喷嘴外的气体压强很低,压差使油 蒸气从喷嘴处定向髙速喷出,形成射流。 射流具有很强的带分子的能力 P-高的射流运动速度 蒸气流密度大 -油的分子量大 被抽分子一旦落入射流范围,便可从射流中获得向出口方 向运动的动量,迅速往下方飞去,因此在射流界面内被抽 气体分子不能长期滞留。 ◆被抽气体分子进入射流 由于被抽气体分子不能在射流中长期滞留,因此被抽气体 分子在射流中密度很小,射流界面上与界面内的被抽气体 分子密度差使气体分子不断向射流中扩散,进入射流后被 髙速流动的射流带至机械泵抽口附近,最终被机械泵抽
2 工作原理 油射流的形成 – 扩散泵底部的高真空油在经泵外电炉加热后，产生的油蒸 气沿着烟囱管传输到上部，经平行喷嘴向下喷出。由于前 级机械泵的抽空作用，喷嘴外的气体压强很低，压差使油 蒸气从喷嘴处定向高速喷出，形成射流。 射流具有很强的带分子的能力 – 高的射流运动速度 – 蒸气流密度大 – 油的分子量大 被抽分子一旦落入射流范围，便可从射流中获得向出口方 向运动的动量，迅速往下方飞去，因此在射流界面内被抽 气体分子不能长期滞留。 被抽气体分子进入射流 – 由于被抽气体分子不能在射流中长期滞留，因此被抽气体 分子在射流中密度很小，射流界面上与界面内的被抽气体 分子密度差使气体分子不断向射流中扩散，进入射流后被 高速流动的射流带至机械泵抽口附近，最终被机械泵抽 走 8.2.2 扩散泵
8.22扩散泵 3冷却水的作用 液氮冷却的冷阱 射流在往下运动过程 中,有冷却水冷却, 抽真空 油分子就被冷凝下来 容器 扩散泵 ,沿泵壁流回泵的底 部,继续循环使用。 4多级扩散泵 个喷嘴所能建立的 机械真空泵压缩比有时还嫌小, 真空阀 为了获得高的压缩比 ,近代泵内都有3-4个 喷嘴相串联,这种称 图8.3典型真空系统的基本部件 为三(四)级油扩散泵。 返回
8.2.2 扩散泵 3 冷却水的作用 射流在往下运动过程 中，有冷却水冷却， 油分子就被冷凝下来 ，沿泵壁流回泵的底 部，继续循环使用。 4 多级扩散泵 一个喷嘴所能建立的 压缩比有时还嫌小， 为了获得高的压缩比 ，近代泵内都有3~4个 喷嘴相串联，这种称 为三(四)级油扩散泵。 返回
82.3低温泵 ◆1原理 利用低温表面将气体冷凝以实现抽气的 种泵 用低温介质将抽气面冷却到一定温度(如 20K)以下,抽气面就能大量冷凝沸点温度 比该抽气面温度高的气体,产生很大的抽 气作用
8.2.3 低温泵 1 原理 – 利用低温表面将气体冷凝以实现抽气的一 种泵 – 用低温介质将抽气面冷却到一定温度(如 20K)以下，抽气面就能大量冷凝沸点温度 比该抽气面温度高的气体，产生很大的抽 气作用