第5章+真空获得-机械真空泵
真空泵工作原理
真空泵工作原理真空泵是一种用来排除系统内气体并创建真空环境的设备。
它广泛应用于许多领域，如科学实验、工业生产和医疗设备等。
本文将介绍真空泵的工作原理。
一、真空泵的基本原理真空泵的工作原理可以概括为两个基本过程，即排气过程和压缩过程。
1. 排气过程真空泵通过机械或分子运动将气体从系统中抽出。
排气过程中，真空泵会增加气体分子的流动速度，使其逐渐离开系统，并形成真空。
排气过程主要依靠真空泵内部的旋转叶片、活塞或螺杆等机械装置，通过转动或振动来产生负压，将气体吸入并排出。
2. 压缩过程排除气体后，真空泵会进入压缩过程。
在此过程中，真空泵会持续增加压力，将气体分子推向泵的出口。
通过增加气体分子的密度，真空泵将气体压缩并排出系统。
二、真空泵的类型和工作原理根据不同的原理和结构，真空泵可以分为以下几种类型。
1. 机械泵机械泵是使用回转或振动的机械装置来排气和压缩气体的真空泵。
常见的机械泵包括旋片泵、螺杆泵和涡轮分子泵。
- 旋片泵：旋片泵内部有一对旋转的叶片，当叶片旋转时，气体被吸入并压缩排出。
它适用于工业生产中的中等真空。
- 螺杆泵：螺杆泵内部有一对互相螺旋的螺杆，通过旋转将气体从进口处吸入并排出。
螺杆泵适用于高真空和高气体流量的环境。
- 涡轮分子泵：涡轮分子泵通过涡轮的高速旋转将气体分子推向出口，以实现排气和压缩效果。
它适用于高真空系统。
2. 扩散泵扩散泵通过增加气体分子的速度来扩散和稀释气体，从而实现排气和压缩。
它主要由扩散机构和冷却系统组成。
扩散泵适用于高真空和高气体流量的环境，如半导体制造等领域。
3. 分子泵分子泵利用气体分子之间的碰撞和散射来排气和压缩气体。
它将气体分子推向泵的出口，并利用排斥效应将气体排出系统。
分子泵主要用于超高真空和高纯度环境。
三、真空泵的应用真空泵在许多领域都有广泛的应用。
1. 科学实验在科学实验中，真空泵被用于创建稳定的真空环境，以研究物质的性质和反应。
例如，在物理学实验中，真空泵用于控制实验室中的气氛，以排除干扰和外部杂质。
真空获得与测量实验报告
真空获得与测量实验报告真空获得与测量实验报告引言：真空技术在科学研究、工业生产和医学诊断等领域具有重要的应用价值。
为了获得高质量的真空环境，科学家们进行了一系列的实验研究。
本实验旨在探究真空获得的方法和真空度的测量。
一、真空获得的方法1.机械泵机械泵是最常用的真空获得装置之一。
它通过机械运动将气体从容器中抽出，从而降低压力。
机械泵适用于中低真空范围，操作简便，但不能获得高真空。
2.扩散泵扩散泵是一种能够获得高真空的装置。
它通过将气体分子扩散到高速运动的喷嘴上，再通过冷凝或吸附的方式将气体排出。
扩散泵在高真空实验中具有广泛应用，但需要较长的预抽时间。
3.离心泵离心泵是一种利用离心力将气体从容器中排出的装置。
它适用于高真空获得，具有较高的抽速和较短的预抽时间。
离心泵广泛应用于科学研究和工业生产领域。
二、真空度的测量1.毛细流量法毛细流量法是一种常用的真空度测量方法。
它利用毛细管中气体流动的特性来测量真空度。
通过测量气体经过毛细管的流量和压差，可以计算出真空度的大小。
2.热导法热导法是一种基于热传导原理的真空度测量方法。
它利用热传导的速率与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加热一个导热体，测量导热体的温升和导热速率，可以计算出真空度的数值。
3.离子化法离子化法是一种基于气体分子电离的真空度测量方法。
它利用电离电流与气体压力之间的关系来测量真空度。
通过在真空容器中加入一个电离器，测量电离电流的大小，可以计算出真空度的大小。
结论：通过本次实验，我们了解了真空获得的方法和真空度的测量方法。
机械泵、扩散泵和离心泵是常用的真空获得装置，分别适用于不同的真空范围。
毛细流量法、热导法和离子化法是常用的真空度测量方法，各有优缺点。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的真空获得装置和真空度测量方法，以获得高质量的真空环境。
参考文献：[1] 朱玉涛, 梁军. 真空技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2011.[2] 陈伟, 张磊. 真空技术实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2019.[3] 李明, 王丽. 真空度测量方法的比较与分析[J]. 仪器仪表学报, 2018, 39(4): 1-8.。
第三讲：机械真空泵
第三讲：机械真空泵[简介]:真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。
真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。
随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。
极限压力(极限真空)从粗真空到10-12Pa以上的超高真空范围。
一、机械真空泵的分类及主要性能参量(一)机械真空泵的分类真空泵是用各种方法在某一封闭空间中产生、改善和维持真空的装置。
真空泵可以定义为：利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被抽容器进行抽气而获得真空的器件或设备。
随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。
极限压力(极限真空)从粗真空到10-12Pa以上的超高真空范围。
由于真空应用部门所涉及的工作压力的范围很宽，因此任何一种类型的真空泵都不可能完全适用于所有的工作压力范围，只能根据不同的工作压力范围和不同的工作要求，使用不同类型的真空泵。
为了使用方便和各种真空工艺过程的需要，有时将各种真空泵按其性能要求组合起来，以机组型式应用。
凡是利用机械运动(转动或滑动)以获得真空的泵，称为机械真空泵。
机械真空泵按其工作原理及结构特点分述如下：1．变容真空泵它是利用泵腔容积的周期变化来完成吸气和排气以达到抽气目的的真空泵。
气体在排出泵腔前被压缩。
这种泵分为往复式及旋转式两种。
(1)往复式真空泵利用泵腔内活塞往复运动，将气体吸入、压缩并排出。
又称为活塞式真空泵。
(2)旋转式真空泵利用泵腔内转子部件的旋转运动将气体吸入、压缩并排出。
它大致有如下几种分类：1)油封式真空泵它是利用真空泵油密封泵内各运动部件之间的间隙，减少泵内有害空间的一种旋转变容真空泵。
这种泵通常带有气镇装置。
它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑阀式真空泵、余摆线真空泵等。
2)液环真空泵将带有多叶片的转子偏心装在泵壳内。
机械真空泵工作原理
机械真空泵工作原理
机械真空泵是一种基于机械动力将气体抽取至较低压力的设备。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 螺杆转动：机械真空泵的核心是一根旋转的螺杆，其位于泵壳内。
当电动机启动时，螺杆会开始旋转。
2. 气体进入：当螺杆旋转时，泵壳内会形成一系列相互连接的气室。
在螺杆旋转的过程中，气体通过进气口流入气室之中。
3. 气体密封：由于螺杆和泵壳之间的间隙极小，螺杆在旋转时能够紧密贴合泵壳，形成气密密封。
这样，气体便无法通过螺杆和泵壳之间的缝隙逸出。
4. 空间变小：螺杆的旋转还会逐渐减小相邻气室之间的体积。
这导致气体在不断进入的同时，也受到限制，气体分子之间的碰撞频率增加。
5. 气体压缩：受到空间变小的限制和气体分子间的碰撞作用力，气体分子会逐渐靠近一起，形成高压区。
这样，气体的压力随着螺杆的旋转逐渐提高。
6. 气体排出：当气体达到一定的压力时，排气阀门会打开，压缩的气体被推送到泵的出口，并由排气管道排出。
7. 泵壳降压：螺杆旋转进一步减小相邻气室之间的体积，降低泵壳内的压力。
这使得一部分残余气体能够进入气室，再次被
压缩并排出。
这个过程循环进行，直至泵壳内的气体被抽取至所需的低压力。
总而言之，机械真空泵通过螺杆旋转、气体进入、气体密封、空间变小、气体压缩和气体排出等步骤，实现将气体抽取至较低压力的功能。
真空获得设备讲义
真空获得设备讲义一、概述真空获得设备是一种用于生产真空环境的设备，主要应用于航空航天、电子工业、化工等领域。
它能够有效地将气体排出，创造出真空环境，以满足不同行业对真空环境的需求。
二、工作原理真空获得设备通过机械排气、物理排气和化学排气的方式，将容器内的气体排出，从而创造出真空环境。
它能够将气体压力降至所需的真空度，以满足用户的需求。
三、结构和组成真空获得设备通常由真空泵、真空阀门、真空表、真空管道等组成。
真空泵是其核心部件，通过吸入和排出气体来实现真空环境的创造。
真空阀门用于控制系统内的气体流动，真空表用于监测真空度，真空管道用于连接各个部件。
四、使用方法1. 接通电源，开启真空泵，并调节真空阀门，使气体顺利排出；2. 使用真空表监测真空度，根据需求调节真空泵的工作状态；3. 使用完毕后，关闭真空泵，断开电源，并进行清洁和维护工作。
五、注意事项1. 在使用真空获得设备时，应该严格按照操作手册进行操作，不得随意调节设备参数；2. 使用过程中要定期检查设备的工作状态，确保设备正常运行；3. 使用完毕后应及时清洁和维护设备，以延长设备的使用寿命。
六、总结真空获得设备是一种重要的工业设备，能够有效地创造真空环境，满足不同行业的需求。
合理使用和维护设备，能够为用户带来更大的生产效益。
真空获得设备在现代工业生产中扮演着至关重要的角色。
它被广泛应用于航空航天、电子工业、化工、医疗器械等领域，为这些领域的生产提供了必不可少的真空环境。
在以下的1500字的篇幅中，我们将继续深入探讨真空获得设备的操作、应用、维护以及未来发展的趋势。
七、应用领域真空获得设备在航空航天领域中的应用极为广泛。
在航天器的研发与制造过程中，需要在工作环境中营造真空状态以模拟太空环境，以确保航天器在极端条件下的可靠性。
真空获得设备的应用可以保证航天器零部件的精密加工和装配过程，同时也能提供模拟太空环境的实验条件。
此外，还可用于航天器的推进系统的真空测试和失效分析。
机械真空泵的工作原理
机械真空泵的工作原理
机械真空泵是一种使用机械力驱动的真空泵，主要通过运转叶轮或者旋转柱塞等机械装置来达到抽取气体的目的。
工作原理如下：
1. 起动：当机械真空泵启动时，电机提供动力，使驱动装置开始旋转。
2. 旋转装置：驱动装置的旋转动力会转化为运转叶轮、旋转柱塞或其他类似部件的旋转运动。
这些旋转部件通常由金属材料构成，并且具有特殊的形状和排列方式。
3. 气体抽取：当旋转装置开始运转时，气体从泵的进气口进入泵腔。
随着运转装置的旋转，气体在泵腔内被推向排气口，并在这个过程中逐渐被抽取。
4. 压缩和排放：泵腔内的气体通过旋转装置的旋转运动被压缩，使其气体分子之间的距离变小，从而增加气体的压力。
随着压力的增加，气体最终从泵腔中排出，进入排气管道或者其他设备中。
5. 闭环真空系统：在工作过程中，机械真空泵通常需要与其他设备或者真空系统连接起来，形成一个闭环真空系统。
通过泵抽取气体并将其排放到其他设备中，可以维持系统的真空状态。
需要注意的是，机械真空泵工作原理的具体细节会因不同品牌、型号和设计而有所不同。
以上是一般机械真空泵的工作原理。
2010真空的获得和测量_实验报告
真空的获得与测量摘要真空技术主要包括真空获得、测量及检漏。
对于不同的真空范围，分别采用不同的仪器设备。
本实验用机械泵与扩散泵串联而成的高真空机组来获得真空，由复合真空计测量被抽容器所能达到的真空度。
高频火花探漏器可用以判断非金属部件是否漏气，并可粗略地估计一定的真空范围。
关键字真空的获得真空的测量真空检漏实验原理一、真空的获得利用机械泵的机械旋转产生吸气和排气过程，以获得真空。
常用的是旋片式机械泵，它由定子、转子、旋片、弹簧等组成。
旋片式机械泵是一种油封式机械真空泵。
其工作压强最低能够达到10-1 ，属于低真空泵。
它可以单独使用，也可以作为其它高真空泵或超高真空泵的前级泵。
其主要结构见下图：油扩散泵能比机械泵获得更高的真空度，它的工作压力范围是10-1 ~ 10-6Pa，起始压强正好是机械泵的极限压强。
因此油扩散泵通常要利用机械泵作为前级泵，将真空度抽到10-1Pa后才能打开油扩散泵。
油扩散泵是利用气体的扩散性质制作的，油扩散泵主要由泵体、扩散喷嘴、蒸气导管、油锅、加热器、扩散器、冷却系统和喷射喷嘴等部分组成。
当油扩散泵用前级泵预抽到低于1Pa真空时,油锅可开始加热。
沸腾时喷嘴喷出高速的蒸气流，热运动的气体分子扩散到蒸气流中，与定向运动的油蒸汽分子碰撞。
气体分子因此而获得动量，产生和油蒸气分子运动方向相同的定向流动到前级，油蒸气被冷凝释出气体分子，即被前级泵抽走而达到抽气目的。
由于机械泵工作时由电动机动力维持抽气口和排气口的压强差，一旦停止工作，排气口的大气压将把真空泵油压到定子腔中，造成返油事故。
因此，机械泵停止工作后必须使抽气口与大气相通，使泵的进气口和排气口气压平横。
二、真空的测量对于真空度的测量以及检测常用真空计。
真空计包括两个热偶真空计和一个电离真空计。
热偶真空计的原理是利用在低气压下气体的热导率与气体压强间有依赖关系（参见下页原理图）。
因此，如果把一段金属丝封入导管中，接入真空系统。
真空泵的工作原理PPT课件
随着科技的进步和工业的发展，对真空技术的需求越来越高。未来，真空泵市场将继续保持增长态势，特别是在 新能源、新材料等领域的应用将不断拓展。同时，随着环保意识的提高和绿色制造技术的推广，低噪音、低能耗 、无油污染的环保型真空泵将成为市场主流。
2023
PART 02
真空泵工作原理
REPORTING
气体性质
考虑被抽气体的性质，如腐蚀 性、易燃易爆性等，选择适合
的真空泵材质和结构。
环境因素
考虑工作环境的温度、湿度、 海拔高度等因素对真空泵性能
的影响。
经济性
在满足工艺要求的前提下，综 合考虑真空泵的价格、维护成
本、使用寿命等因素。
案例分析与实践经验分享
案例一
某化工厂选用水环式真空泵，因其耐腐蚀、抽气量大且价格适中，满足生产需求。
操作使用规程 在启动真空泵前，确保电源接线正确，电压稳定。
检查真空泵的油位，确保在合适范围内。
操作使用规程及注意事项
• 启动真Байду номын сангаас泵后，观察其运行状况，确保无异常噪音和振动 。
操作使用规程及注意事项
01
注意事项
02
03
04
避免长时间在极限真空下运行 ，以免损坏真空泵。
在使用过程中，注意定期更换 真空泵油，保证油质清洁。
2023
真空泵的工作原理 PPT课件
REPORTING
2023
目录
• 真空泵概述 • 真空泵工作原理 • 常见类型真空泵及其工作原理 • 真空泵性能参数与选型依据 • 真空泵操作使用与维护保养 • 真空泵在行业应用中的案例分析
2023
PART 01
真空泵概述
REPORTING
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旋片泵
最常用的粗真空泵
皮带泵和直联泵 单级泵和双级泵 实际上就是一个小型旋转压
缩机
旋片泵工作图
最大抽速
几何抽速
Smax 24(D12D22)Lj
L：泵腔深度（摩擦力） L=0.5-2.0D1 否则电动机功耗太高
j：翼片伸缩频率 一般j=450转/分
D2：不能太小，否则旋片泵的翼片容 易断裂或密封不良
dV S dt |pp1
单位时间流入泵内的气体量Q=S.P S=Q/P
极限压强pu
经过足够长时间的抽气后，所能达到的最低平衡压强
最大工作压强
泵能正常工作的最高压强
使用范围
具有抽气能力的压强范围
排气压强
这一压强下,泵可以可以工作排气
超高真空泵参数
抽气选择性、残余气体组分
抽速曲线
按照排气压强分类
排气压强：泵在此压强下可以排气
往大气排气的泵
前级泵 前级压强 旋片式机械泵
只往低于大气压的环境排气
系统粗抽 需要前级泵（串联） 扩散泵、分子泵、罗茨泵
束缚泵
不需要出气口
典型泵组
粗抽:机械泵 主泵:扩散泵 前级:机械泵
真空泵性能的基本参数
抽气速率S(抽速)
使用
启动泵
一定的转向和转速 冷却
关泵
回油 放气 电磁阀
Great for pumping on air
2X-2（2L/s） ¥1500 维护费用低
防止水汽、杂物(尤其腐蚀性物质)进入泵油
旋片泵小结
气镇阀
定时将一定量空气放入压缩区 压缩气体-蒸汽混合物 提前喷射
20C水蒸气 Pv=17.5Torr 60C水蒸气 Pv=149Torr 压缩比＝9:1
可抽除的蒸汽压
返油
油的返流
油蒸汽逆着气流的方向进入泵入口，并进入真空室 返油量随着真空度的降低而增加 最轻的馏分
防止返油
吸附阱 低返油的泵油（贵） 打开气镇
各种馏分混合 棕色 - ¥5/liter 白色 - ¥20/liter
基本要求
氧化
化学稳定性
合成泵油
热稳定性 适当的润滑能力
炭氟化合物
适度的粘性
惰性
低饱和蒸汽压
¥500/liter
典型的直联式旋片泵
电机和泵直接相连 j提高 1450转/分钟 7 cfm （cubic ft per minute） = 鞋盒尺寸 60 cfm = 中等大小的狗尺寸 Essentially all rotary vane pumps in research
真空物理与技术
第5章 真空获得（机械真空泵）
第5章 真空获得
真空泵概述 机械式真空泵
旋片泵 分子泵 罗茨泵
气流泵
扩散泵
俘获泵
吸附泵 低温泵 升华泵 离子泵
真空泵概述
什么是真空泵？
This is not a trivial question!
能对空间排气（减少气相分子数,产生低压空间）的设备 通过容积压缩排气 ( Bulk action) 机械压缩 动量传输( molecular action ) 分子直接碰撞 夹带：和其他分子碰撞 降低空间气体分子浓度: 气体分子储存在表面时间 >>> 实验时间 所有的真空泵都有一定的工作范围: 压强 气体种类
Se'
S (1
Pu P
)
真空系统时间常数
问题：S=60L/s的机械泵，对一个体积为10L的容器排气， 是否经过10/60s，能将容器抽至P=0呢？
即使是S=常数的理想真空泵，答案也是否定的
容器内压强P随抽气降低，同一体积（V）对应的气体量（PV） 越来越小
就气体量而言，抽气实际上越来越慢
抽气原理
降低空间气体分子浓度（钛泵、低温泵） 排出气体：旋片泵 定向运动：扩散泵、分子泵、罗茨泵 “气体二极管”
前进 反向 压力差 返流 （back through-put) 反扩散、脱附
真空泵：能够维持压力差的设备
按照抽气方式分类
压缩性真空泵：将气体由一方压缩到另一方
利用膨胀-压缩-排出原理：旋片泵 利用气体束流牵引作用：蒸汽流喷射泵 利用高速表面牵引分子作用：分子泵
S
pp0
exp( t) V
V S
时间常数越大，压强下降越慢，“惰性” 反映系统和泵的综合性能 时间常数就是压强值将为1/e所需时间 压强降低1个数量级需要2.303个时间常数
机械泵
早期机械泵
液体泵
利用液体压缩和排气
往复泵
斯普伦杰尔泵水喷射泵来自水环泵旋转式真空泵
容积压缩泵
使用机械方法使一个工作室体积周期性的扩大和缩小达到 抽气目的
抽速S一般不是常数，随压强变化而变化
•工作压强范围 •抽速 •极限压强 •抽速与气体种类的关系
抽速范围
1. 单级旋片泵(无气镇) 2. 单级气镇泵 3.罗茨泵
4. 喷射泵
5.扩散泵 6.分子泵
真空泵的压强范围
抽气曲线
被抽容器中压强随时间变化曲线 不随时间变化的压强 就是极限压强 抽速大小由达到一定压强所需 时间长短来估计 时间越短，抽速越大
吸附型真空泵：利用各种吸附作用将气体吸掉
利用电离吸气作用：离子泵 利用物理、化学吸附作用：吸附泵、低温泵、吸附剂泵
按照压强范围分类
粗真空泵:
大气压-10 - 3 torr 旋片泵 旋转柱塞泵 滑片泵 吸附泵 罗茨泵
高真空泵
10 - 3 to 10 - n torr 扩散泵 低温泵 分子泵 离子泵
旋片式:D2=0.75-0.85D1 定片式:D2=0.80-0.90D1 滑阀式:D2=0.65-0.70D1
有害空间
理想抽速
Sm 2Vmax
理论上的极限压强
压缩比（排气口压强 与进气口压强比）
机械泵油封
1. 有害空间 2. 定子 3. 转子 4.旋片
机械泵油
功能
矿物油
润滑剂 密封剂 热传导/冷却 腐蚀防护
laboratories are now Direct Drive
双级旋片泵
两个串联压缩腔 更低的极限真空 10-4Torr 低返油
抽速曲线
压强较高时，抽速稳定 压强较低时，抽速显著下降 极限压强时，抽速为0
双级
单级
气镇
抽除冷凝蒸汽（如水蒸汽）
饱和蒸汽且温度较高-立刻凝结 蒸汽压缩-压强增大-凝结 凝结液体与泵油混合 低压侧蒸发，限制极限压强