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真空系统中吸气管道的设计原则

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真空系统中吸气管道的设计原则

发布日期:2023-02-10 作者: 点击:

真空系统中吸气管道的设计原则


真空技术网当真空技术网组织成工艺选择真空泵时,工艺室与泵之间的吸气管道可能与泵的选择一样重要。为了最大化空腔的泵送速率,需要直的泵送管(短长度)和直径尽可能大的管。


看似简单,但这里要考虑的因素很多。其实如果从物理角度考虑,就能明确哪些是关键因素。

在稳态条件下,如果泵送管道中没有气源(泄漏)或气体减少(凝结),泵送管道任意截面的质量流量必须相同。简单地说,进入处理室的气体必须被抽出。

假设气体的摩尔流速为m (kg/mol),泵送速率为s (m3/sec),压力为p (Pa),绝对温度为t(开尔文),质量流速计算如下:

质量流量(kg/s) =(M*P*S)/(Ro*T)

Ro=通用气体常数

对于大多数泵送系统,绝对气体温度(t)在泵送管道中不会显著降低,并且可以合理地假设其为常数。

在这种情况下,吸入管的任何截面(P*S)的乘积(称为通量)都是相同的。

因为泵送管道中的压力差是气体流动的驱动力,所以可见压力(P)必须在工艺室中最高,在泵入口处最低。

因为我们假设流量是恒定的,所以可以看出泵送速率在处理室中是最小的,在泵入口处是最大的(等于泵速)。

工艺腔室的抽气速率会低于泵入口的抽气速率,其差别取决于抽气管道的性质(如长度和尺寸)。最小化处理室和泵入口之间的压力差可以最小化泵送速率的损失。

显然,吸入管的特性对性能非常重要。这时候就需要考虑其他因素了:电导。


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我们用电导(阻力的倒数)这个术语来定义“管道输送流量的能力”。电导的测量单位是每单位时间的体积,与泵送速率的单位相同。工艺室的抽气速率(S)可以通过抽气管道的电导(C)和所用的泵速(Sp)来计算,如下所示:

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

当c远大于Sp时,则s约为Sp;当Sp远大于c时,则s约为c。

处理室的泵送速率总是低于应用泵的速度,并且低于泵送管道中部件的最小流导(通常是最小直径)。

在某种程度上,短粗的管道是最好的。

使用短且大直径的泵送管道来尽可能地提高管道传导率是一种良好的做法,但仅当泵送速度S接近泵送速度(Sp)的极值时。

另外,通过增加管径来增加电导(成本也会相应增加)并不能显著提高工艺室的抽气速率;换句话说,如果泵送管道的电导是有限的,并且由于物理因素而不能增加,当(S)接近管道电导(C)的极值时,通过增加应用泵速来增加工艺泵速是不经济的。

那么答案是什么呢?

管道应尽可能短。

所用管道的直径至少等于泵入口法兰的直径。

尽量减少弯头数量。

考虑到管道传导率(C)和泵速(Sp)的应用,一个变量比另一个变量大三或四倍是不经济的。

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