真空泵選型時常用的相關(guān)計算公式
1、玻義爾定律
體積V,壓強(qiáng)P,P·V=常數(shù)
一定質(zhì)量的氣體,當(dāng)溫度不變時,氣體的壓強(qiáng)與氣體的體積成反比。
即P1/P2=V2/V1
2、蓋·呂薩克定律
當(dāng)壓強(qiáng)P不變時,一定質(zhì)量的氣體,其體積V與絕對溫度T成正比:
V1/V2=T1/T2=常數(shù)
當(dāng)壓強(qiáng)不變時,一定質(zhì)量的氣體,溫度每升高(或P降低)1℃,則它的體積比原來增加(或縮小)1/273。
3、查理定律
當(dāng)氣體的體積V保持不變,一定質(zhì)量的氣體,壓強(qiáng)P與其絕對溫度T成正比,即:
P1/P2=T1/T2
在一定的體積下,一定質(zhì)量的氣體,溫度每升高(或降低)1℃,它的壓強(qiáng)比原來增加(或減少)1/273。
4、平均自由程
λ=(5×10-3)/P (cm)
5、抽速
S=dv/dt (升/秒)或 S=Q/P
Q=流量(托·升/秒) P=壓強(qiáng)(托) V=體積(升) t=時間(秒)
6、通導(dǎo): C=Q/(P2-P1) (升/秒)
7、真空抽氣時間
對于從大氣壓到1托抽氣時間計算式:
t=8V/S (經(jīng)驗(yàn)公式)
V為體積,S為抽氣速率,通常t在5~10分鐘內(nèi)選擇。
8、維持泵選擇
S維=S前/10
9、擴(kuò)散泵抽速估算
S=3D2 (D=直徑cm)
10、羅茨泵的前級抽速
S=(0.1~0.2)S羅 (l/s)
11、漏率
Q漏=V(P2-P1)/(t2-t1)
Q漏-系統(tǒng)漏率(mmHg·l/s)
V-系統(tǒng)容積(l)
P1-真空泵停止時系統(tǒng)中壓強(qiáng)(mmHg)
P2-真空室經(jīng)過時間t后達(dá)到的壓強(qiáng)(mmHg)
t-壓強(qiáng)從P1升到P2經(jīng)過的時間(s)
12、粗抽泵的抽速選擇
S=Q1/P預(yù) (l/s)
S=2.3V·lg(Pa/P預(yù))/t
S-機(jī)械泵有效抽速
Q1-真空系統(tǒng)漏氣率(托·升/秒)
P預(yù)-需要達(dá)到的預(yù)真空度(托)
V-真空系統(tǒng)容積(升)
t-達(dá)到P預(yù)時所需要的時間
Pa-大氣壓值(托)
13、前級泵抽速選擇
排氣口壓力低于一個大氣壓的傳輸泵如擴(kuò)散泵、油增壓泵、羅茨泵、渦輪分子泵等,它們工作時需要前級泵來維持其前級壓力低于臨界值,選用的前級泵必須能將主泵的最大氣體量排走,根據(jù)管路中,各截面流量恒等的原則有:
PnSg≥PgS 或
Sg≥Pgs/Pn
Sg-前級泵的有效抽速(l/s)
Pn-主泵臨界前級壓強(qiáng)(最大排氣壓強(qiáng))(l/s)
Pg-真空室最高工作壓強(qiáng)(托)
S-主泵工作時在Pg時的有效抽速。(l/s)
14、擴(kuò)散泵抽速計算公式
S=Q/P=(K·n)/(P·t)(升/秒)
式中:S-被試泵的抽氣速率(l/s)
n-滴管內(nèi)油柱上升格數(shù)(格)
t-油柱上升n格所需要的時間(秒)
P-在泵口附近測得的壓強(qiáng)(托)
K-滴管系數(shù)(托·升/秒)
K=V0·(L/n)·(Υ0/Υm)+Pa△Vt
其中V0-滴管和真空膠管的原始容積(升)
L-滴管刻度部分的長度(mm)
n-滴管刻度部分的格數(shù)(格)
Υ0-油的比重(克/厘米3)
Υm-汞的比重(克/厘米3)
Pa-當(dāng)?shù)卮髿鈮簭?qiáng)(托)
△Vt-滴管的刻度上的一格的對應(yīng)的容積(升/格)
15、旋片真空泵的幾何抽速計算公式
S=πZnLKv(D2-d2)/(24×104) (l/s)
式中:Z為旋片數(shù),n為轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分),L為泵腔長度,D為泵腔直徑,d為轉(zhuǎn)子直徑(cm),Kv為容積利用系數(shù)(一般取95%)。
16、O型橡膠槽深B=0.7D
D為橡膠直徑,槽寬C=1.6B
17、方形橡膠槽深B=0.8A
A為方形橡膠邊長,槽寬C=1.67B
其它幾個公式:
18、真空容器的排氣時間
對于低真空和中真空的排氣時間,當(dāng)泄漏量較小時,真空設(shè)備從壓強(qiáng)P1降低到P2所需的排氣時間為:
t=2.3(V/S)lg(P1/P2)
式中 t: 排氣時間,s
V: 真空設(shè)備容積,L
S: 泵的有效抽氣速率,L/S
P1, P2: 開始時容器的壓強(qiáng)和抽至所需的壓強(qiáng),mmHg。
19、真空系統(tǒng)抽氣速率Se的計算方法
◆ 連續(xù)操作系統(tǒng)
1、 計算真空系統(tǒng)的總泄漏量Qs。
根據(jù)真空系統(tǒng)的容積進(jìn)行的泄漏量估算:
容積 / m3 |
0.1 |
1 |
3 |
5 |
10 |
25 |
50 |
100 |
200 |
空氣平均泄漏量/ kg/h |
0.1-0.5 |
0.5-1.0 |
1-2 |
2-4 |
3-6 |
4-8 |
5-10 |
8-20 |
10-30 |
根據(jù)接頭密封長度進(jìn)行的泄漏量估算:
接頭密封質(zhì)量 |
非常好 |
好 |
正常 |
泄漏量kg /h*m |
0.03 |
0.1 |
0.2 |
2、 計算總抽氣量Q
Q=Q1+Q2+Q3
Q: 總抽氣量,kg/h
Q1: 真空系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的氣體量,kg/h
Q2: 真空系統(tǒng)的放氣量,kg/h
Q3: 真空系統(tǒng)總泄漏量,kg/h
3、計算Se:
Se=QR(273+Ts)/PsM
R: 通用氣體常數(shù) R=8.31kJ /(kmol*K)
Ts:抽出氣體的溫度,ºC
Ps:真空系統(tǒng)的工作壓力,kPa,G
M:抽出氣體的平均分子量
Se:真空系統(tǒng)的抽氣速率,m3 / h
◆ 間歇操作系統(tǒng)
Se=138V/t *lg(P1/P2) m3 / h
20、真空泵的選用
1 根據(jù)真空系統(tǒng)的真空度和泵進(jìn)口管道的壓力降,確定泵吸入口處的真空度(絕壓)
2 確定真空系統(tǒng)的抽氣速率Se
3 將Se換算成泵廠規(guī)定條件下的抽氣速率Se’
一般可按照下式計算:
Se’= Se(273+[Ts])/(273+Ts)
[Ts]:泵標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣溫度
4 根據(jù)抽氣速率和真空度要求,按照下式選擇確定真空泵的類型
要求真空泵的抽氣速率S滿足:
S >(20%-30%)Se’