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    真空系統中抽氣管道的設計原則

    發布日期:2018-12-14 作者:admin 點擊:

       真空系統中抽氣管道的設計原則

       為一個工藝選擇真空泵時,工藝室和泵之間的抽氣管道可能和泵的選擇一樣重要。要使腔體抽氣速率達到較大,需要筆直的抽氣管道(長度短)并使用直徑盡可能大的管道。

      看起來似乎很簡單,但是這里有許多因素需要考慮。實際上,如果我們從物理學角度考慮,就可以明確哪些是關鍵因素。

    真空系統

      在穩定狀態的條件下,如果抽氣管道內沒有氣源(泄漏)或氣體減少(冷凝),抽氣管道任何截面的質量流量必須相同。簡單而言,進入工藝室的氣體必須從泵出來。

      已知氣體摩爾流量為M(公斤/摩爾)、抽氣速率為S(立方米/秒)、壓力為P(帕)、溫度為T(開爾文),則質量流量計算如下:

      質量流量(公斤/秒)=(M*P*S)/(Ro*T)

      Ro=通用氣體常數

      對于大多數抽氣系統而言,氣體溫度(T)在抽氣管道中不會顯著減少,而且可以合理地假定為恒定的。

      在此情況下,抽氣管道任何截面(P*S)的乘積(稱為通量)相同。

      由于抽氣管道的壓力差是氣體流動的推動力,可見壓力(P)必須在工藝室中為較高值,在泵入口為較低值。

      由于我們假定通量恒定,可見抽氣速率(S)在工藝室為較小值,在泵入口為較大值(等于泵速)。

      工藝室的抽氣速率將低于泵入口的抽氣速率,相差多少取決于抽氣管道的屬性(例如長度和尺寸)。盡量降低工藝室和泵入口之間的壓力差就可以使抽氣速率損失減到較少。

      顯然,抽氣管道的屬性對于性能十分關鍵。此時還需要考慮其它因素:流導。

      我們采用流導(阻力的倒數)這一術語來定義“管道傳遞流動的能力”。流導的計量單位是每單位時間的體積并且和抽氣速率的單位相同。工藝室抽氣速率(S)可用抽氣管道流導(C)和應用泵速(Sp)計算,如下所示:

      S = (Sp*C)/(Sp+C)

      當C遠遠大于Sp時,則S近似為Sp;當Sp遠遠大于C時,則S近似為C。

      工藝室的抽氣速率始終低于應用泵速而且低于抽氣管道中部件的較小流導(通常為較小直徑)。

      在某種程度上管道短而粗是較好的

      采用短的大直徑抽氣管道盡量提高管道流導是不錯的做法,但只限于當抽氣速度S接近泵速(Sp)極值的情況。

      除此之外,通過增加管道直徑(成本也會相應增加)來增加流導并不能顯著提高工藝室抽氣速率;換而言之,如果抽氣管道流導受限并且由于物理因素不能增加,當(S)接近管道流導(C)極值,一味通過增加應用泵速來提高工藝抽氣速度也是不經濟的。


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