真空系统

# 真空度的定义和单位
真空度是指某一空间内气体的稀薄程度，通常用一定空间内气体分子的数量来衡量。真空度的国际单位是‌帕斯卡（Pa），其他常用单位包括‌托（Torr）、‌毫米汞柱（mmHg）等。
1托等于133.322帕，1帕等于7.5×10^-3托。
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# 真空度的分级标准
根据国际通用标准，真空度通常分为以下几个等级：

低真空：气体压力在10^2~10^5帕（Pa）之间。在这种状态下，气体分子的数量较多，但仍然低于大气压。低真空在工业生产、实验室研究等领域有着广泛的应用，如 真空泵、真空干燥等。
	中真空：气体压力在10^-1~10^2帕（Pa）之间。在这个范围内，气体分子的数量已经相当稀少，但仍需要进一步降低才能达到更高的真空度。中真空在半导体制造、光学镀膜等领域具有重要地位。
	高真空：气体压力在10^-4~10^-1帕（Pa）之间。在高真空环境下，气体分子的数量已经非常稀少，可以满足许多高精度实验和生产的需要。高真空在航天、核能等领域具有广泛应用。
	超高真空：气体压力低于10^-7帕（Pa）。在这种状态下，气体分子的数量几乎可以忽略不计，为科学研究提供了极高的精度和稳定性。超高真空在粒子物理、表面物理等领域发挥着重要作用。
	极高真空：气体压力低于10^-10帕（Pa）。这是目前人类所能达到的最高真空度水平，对于研究原子、分子等微观粒子的行为具有重要意义。极高真空在量子计算、纳米技术等领域具有潜在的应用价值。

# 01  液环真空泵工作原理
如图所示，在泵体中装有适量的水（或其它液体介质）作为工作液。

水环真空泵内装有带固定叶片的偏心转子，当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。
液环与转子叶片一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵。
水环上部的内表面与轮壳相切，水环下半部的内表面则与轮壳形成了一个气室，这个气室的容积在右半部是递增的。
在前半圈中随着轮壳与水环间容积的增加而形成真空，因此空气通过抽水管及真空泵泵壳端盖上月牙形的进气口被吸入真空泵内。
在后半圈中，随着轮壳与水环间容积的减少而空气被压缩，经过泵壳端盖上另一个月牙形排气口被排出。叶轮不断地旋转，水环式真空泵就能把空气抽走。
# 02 液环真空泵的优点
液环真空泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点：

1）结构简单，制造精度要求不高，容易加工。
	2）结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积小。
	3）压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。
	4）由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。
	5）吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。
# 03 液环真空泵的缺点
	1）效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。
	2）真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到2~8kPa。如用油作工作液，可达130Pa。
	3）对抽气介质洁净度要求高，因液环泵的转子端面与泵盖的间隙较小，转子的轴向串量小于 0. 4 mm。如有杂质将会将叶轮卡住，液环真空泵超电流停泵，甚至液环真空泵无法正常盘车。

总之，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。
由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。
有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。
# 04 液环真空泵应用
液环真空泵最初用作自吸水泵的灌泵，而后逐渐用于石油、化工、机械、矿山、轻工、医药及食品等许多工业部门。
在炼油生产的许多工艺过程中，如常减压装置的减压塔顶抽真空系统、润滑油加氢装置及沸腾床渣油加氢装置的减压塔顶抽真空系统等，液环真空泵得到广泛的应用。
单纯的液环真空泵获得的真空度较低，目前国内==一般单级液环泵极限压力的设计值通常在2～8kPa==，不能满足减压塔顶抽真空系统的真空度要求，而单纯的蒸汽喷射真空泵通过多级串联能达到较高的真空度，但蒸汽耗量大，如果蒸汽供应不足，对系统影响很大。
因此，采用一级蒸汽喷射泵+二级蒸汽喷射泵并联液环真空泵组合抽真空工艺既可获得要求的真空度，又能使蒸汽的耗量大大减少，是目前减压塔顶最应用最成熟的工艺。
液环泵也可用作压缩机，称为液环式压缩机，是属于低压的压缩机，其压力范围一般为100~200×10³Pa（G）压力。
由于真空应用技术的飞跃发展，液环泵在粗真空获得方面一直被人们所重视。
由于液（水）环泵中气体压缩是等温的，故可抽除易燃、易爆的气体，此外还可抽除含尘、含水的气体，因此，液环泵应用日益增多。
液环式真空泵的工作液也可采用其他合适的液体，不管采用哪种工作液均统称为液环式真空泵。液环式真空泵是真空泵中最常见、应用最广泛的一种泵。

中真空系统应用比较普遍，许多应用设备都采用该种系统。如自耗炉真空系统，感应炉真空系统和一些热处理炉的真空系统等。中真空系统一般是由两个以上的泵串联组成的。
# 01 油增压泵（主泵）串联机械泵（前级泵）
该系统的工作压强范围为1.33～1.33×10-1Pa。其优点是抽气能力大，系统简单，振动小，工作稳定可靠，维修方便，成本低。
缺点是预抽时间长（同罗茨泵系统比较），因为在1 .33～133.3Pa压强范围内，油增压泵和机械泵抽速都下降；工作中需要较贵重的增压泵油。
# 02 罗茨泵串联机械泵的真空系统
该系统的工作压强范围为1.33～1333Pa。不但抽气能力大，而且起动快。预抽气时间短，因为在1.33～101325Pa压强范围内，机械泵和罗茨泵最大抽速能很好连接上，缺点是工作时有振动，且噪音大；工作中随时间增加，罗茨泵性能下降。
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图1 离子渗碳及淬火炉的真空系统
图1就是这种系统，它是用在真空离子渗碳和真空淬火热处理工艺中的系统。这里除罗茨泵系统之处，又并联一个小机械泵，它在离子渗碳时开动，并同时停止罗茨泵系统，可节省能量。
# 03   罗茨泵串联小型罗茨泵（中间泵），再串联机械泵的真空系统
工作压强范围为0.133～1333Pa。不但工作压强范围大，而且工作真空度高，同时具备了罗茨泵系统的特点。
中间串联的小型罗茨泵减小了主罗茨泵对前级机械泵的依赖性，因为压缩比减小，加宽了工作压强范围和提高了极限真空度。
# 04 以油增压泵和罗茨泵为主泵，两个泵出口串联罗茨泵，再串联机械泵的真空系统
其工作压强范围为0.133～1333Pa。该系统具有罗茨泵系统和油增压泵系统的双重特点，如图2所示，被称为真空自耗炉的典型系统，对于熔炼钛合金具有突出优点。
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图2 自耗电极电弧炉的真空系统
除了上述几种之外，还有油增压泵串联罗茨泵，再串联机械泵的真空系统。还有罗茨泵串联水环泵的真空系统，它适合于排出灰尘较多的应用设备上。 作者：马德宝真空设备集团 https://www.bilibili.com/read/cv29011146/ 出处：bilibili

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注：1标准大气压=1.01325*105Pa=101.325Kpa

需要剧烈蒸发，只需提供0.05bar-0.1bar真空汽压力，然后用这个压力减去大气压，