如何计算抽空时间

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如何计算抽空时间

2023-12-26 19:21| 来源: 网络整理| 查看: 265

列 ➀:容器体积 V,单位为升 列 ➁:在容器内的最大有效抽速 Seff,max,单位为升/秒(左)或立方米/小时(右)。 列 ➂:抽空时间 tp,单位为秒(右上)、分钟(左中)或小时(右下)。 列 ➃:右侧:  如果在开始抽空时,pSTART 为大气压力 (pn = 1013),抽4空结束时的压力为 pEND,单位为毫巴。所需的压力 pEND 要减去泵的极限压力 pult,得到的差值要在数值列中使用。如果存在流入 qpV,in,则在列中使用值 pend – pult,p – qpV,in / Seff, max。 左侧: 压力降低比 R = (pSTART – pult,p – qpV,in / Seff,max)/(pend – pult,p – qpV,in / Seff,max),如果抽空操作开始时的压力为 pSTART,而且要通过抽空将该压力降低至 pEND。计算图表中考虑到了抽速对压力的依赖性,并表达在列 ➄ ult,p 中。如果泵压 pult,p 相对于抽空结束时想要达到的压力 pend 较小,则相当于在整个抽空过程中抽速度S 或 Seff 保持不变。

例 1 - 使用计算图表 9.7: 某个容积为 V = 2000 l 的容器要从 pSTART = 1000 mbar 的压力(大气压)开始使用滑阀泵抽真空至 pEND = 10-2 mbar,该泵在容器中的有效抽速 Seff,max = 60 m3/h = 16.7 l · s-1。利用计算图表,两步就可以求出所需的抽真空时间:

1) 确定 τ:通过 V = 2000 l(列 ➀)和 Seff = 60 m3/h-1 = 16.7 l · s-1(列 ➁)画一条直线,并在这些直线与列 ➂ 的相交处读出值 t = 120 s = 2 min(请注意,该步骤的不确定性约为 Δτ = ± 10 s,所以相对不确定性约为 10%)。

2) 确定 tp:旋片泵的极限压力为 pult,p = 3 · 10-2 mbar,该装置非常清洁且漏气可忽略不计(取 qpV,in = 0);所以 pSTART – pult,p = 10-1 mbar – 3 · 10-2 mbar = 7 · 10-2 mbar。现在,通过在 1) τ = 120 s(列 ➂)下找到的点和点 pEND – pult,p = 7 · 10-2 mbar(列 ➄)画一条直线,可读出这些直线与列 ➃ 的相交点 tp = 1100 s = 18.5 min。(同样,该步骤的相对不确定性约为 10%,因此 tp 的相对不确定性约为 15%。)考虑到额外的安全系数 20%,可以估算出抽真空时间 tp = 18.5 min · (1 + 15 % + 20 %) = 18.5 min · 1.35 = 25 min。

例2 - 使用计算图表 9.7: 要将一个容积为 V = 2000 l(如例 1 所示)的清洁干燥真空系统 (qpV,in = 0) 抽真空至压力为 pEND = 10-2 mbar。因为此压力小于滑阀泵的极限压力 (Seff,max = 60 m3/h = 16.7 l ( s-1 = 3 · 10-2 mbar),所以,必须将罗茨泵与滑阀泵结合使用。前者的起动压力为 p1 = 20 mbar,抽速为 Seff,max = 200 m3/h – 55 l · s-1 以及 pult,p – 4 · 10-3 mbar。使用滑阀泵从 pstart = 1000 mbar 抽真空至 p = 20 mbar。然后连接罗茨泵,接着从 p1 = 20 mbar 抽真空至 pEND = 10-2 mbar,其中滑阀泵充当前级泵。对于第一个抽气步骤,可如例 1 所述,利用计算图表得出时间常数 τ = 120 s = 2 min(画一条通过 V = 2000 l, Seff = 16.7 l · s-1 的直线)。如果将列 ➂ 中的该点与列 ➄ 中的点 p1 - pult,p = 20 mbar – 3 · 10-2 mbar = 20 mbar 连接(此处忽略了 pult,p,即滑阀泵在 1000 mbar ~ 20 mbar 的整个范围内抽速保持不变),就可以得到 tp,1 = 7.7 min。罗茨泵必须将压力从 p1 = 20 mbar 降至 pEND = 10-2 mbar,即压力降低比 R = (20 mbar – 4 · 10-3 mbar) / (10-2 mbar-4 · 10-3) = 20/6 · 10-3 mbar = 3300。

可得到时间常量(画一条过 V = 2000 l(列 ➀)和 Seff = 55 l · s–1(列 ➁)的直线) = 37 s(列 ➂)。 如果将列 ➂ 中的该点连接到列 ➄ 中的 R = 3300,则可在列 ➃ 中得到 tp, 2 = 290 s = 4.8 min。如果考虑转换时间 tu = 1 min,则可得到抽空时间 tp = tp1 + tu + tp2 = 7.7 min + 1 min + 4.8 min = 13.5 min。

只要相关泵以不变的抽速抽真空至所需压力,就可通过参考例 1 所述方法确定旋片泵和滑阀泵的抽真空时间。 

一般而言,罗茨泵在所涉及的工作区域不会保持抽取速度不变。在评估抽真空时间时,通常假定一个平均抽取速度即可。在这种情况下,计算图表的例 2 和例 3显示,罗茨泵的压缩比 K 并不是针对大气压 (1013 mbar),而是针对罗茨泵开启时的压力。 

在中真空区,气体释放或漏气率开始成为重要影响因素。根据计算图表 9.10,可以近似计算在该真空区域中的抽空时间。 

 



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