9.2 真空系统设计中的主要参数
9.2.1 真空室的极限压力
真空室所能达到的极限真空，由下式决定
（9-1）
式中 pj——真空室所能达到的极限真空，Pa；
p0——真空泵的极限真空，Pa；
pv——真空室内材料的蒸气压，Pa；
Q0——空载时，长期抽气后真空室的气体负荷（包括漏气、材料表面出气等），Pa·L/s；
Sp——真空室抽气口处泵的有效抽速，L/s。
真空室的极限真空通常总是低于真空抽气机组的极限真空。两者之差取决于Q0/Sp，在抽气口处泵有效抽速一定的条件下，真空室的极限真空正比于真空室的漏气和出气。影响极限真空还有另外一个因素，即真空室内材料的蒸气压。一般金属材料在常温下蒸气压很低，不会对极限真空产生影响，而有些有机材料蒸气压很高，在设计真空室时需要重视。
在设计真空系统时，对漏气率要求主要由真空室的极限真空和工作压力来确定。一般选取低于工作状态下气体负荷（工艺生产中放出的气体量）的1/10。表9-1给出了各种真空装置允许的漏气量值。
表9-1 真空装置允许漏气量实例
注：此表为各类真空装置允许漏气量的统计值，仅供设计参考。
9.2.2 真空室的工作压力
真空室正常工作时所需的工作压力由下式决定：
（9-2）
式中 pg——真空室工作压力，Pa；
Q1——工艺生产过程中真空室的气体负荷，Pa·L/s。
其余符号同公式（9-1）。
真空室的工作压力一般高于其极限真空。工作压力选择得愈接近极限真空，真空抽气设备的经济效率愈低。从经济方面考虑，最好在主泵的最大抽速或最大排气量附近选择工作压力。一般工作压力多半选择在高于极限压力半个到一个数量级。各类真空泵的工作压力范围见表9-2。工业常用真空泵最佳工作范围见表9-3。
表9-2 各类真空泵的工作压力范围
表9-3 工业常用真空泵最佳工作范围
9.2.3 真空室抽气口处泵的有效抽速
最简单的真空抽气系统如图9-1所示。
图9-1 真空抽气系统
真空室的气体负荷Q通过流导为U的管道被真空机组或真空泵抽走。图中S为真空室抽气口的有效抽速，而p、pp分别为管道入口和出口压力，Sp则为真空泵的抽速。依据流量的定义有
（9-3a）
泵出口压力为pp，泵的抽速为Sp，泵抽走的气体流量为
（9-3b）
管道入口压力为p，有效抽速为S，通过入口的气流量为
（9-3c）
在动态平衡时，流经任意截面的气体流量相等。由式（9-3a）、式（9-3b）及式（9-3c）得
（9-3d）
或
（9-3e）
在Sp为定值时，真空抽气系统的有效抽速随管道流导变化，三者关系如图9-2所示。
图9-2 有效抽速、机组抽速与流导的关系
由式（9-3d）和式（9-3e）可知，如果管道的流导很大，即U≫Sp时，则S≈Sp，在此情况下，有效抽速S只受泵的限制。若U≪Sp，则S≈U，在此情况下，有效抽速S就受到管道流导的限制。由此可见，为了提高泵的有效抽速，必须使管道流导尽可能增大，为此管道应该短而粗，尤其是高真空管道更应如此。在一般情况下，对于高真空管道，泵的抽速损失不应大于40%～60%，而对低真空管道，其损失允许5%～10%。
应用图9-3的列线图，可计算有效抽速。
图9-3 计算串联流导和有效抽速的列线图
例9-1 泵的抽速Sp为10L/s，管道的流导U为12L/S，求泵的有效抽速S。
解：在OA线上找到Sp为10L/s的一点，在OC线上找到U为12L/s的一点，两点的连线交OB线一点，此点即为有效抽速S值。由图可知S为5.5L/s。
为了了解机组的抽气特性，可根据真空泵实测抽速曲线及各种压力下流导计算值来绘制机组的有效抽速曲线图。
例9-2 抽速为50L/s的油封机械泵和直径3cm、长1000cm的抽气管道组成的低真空抽气机组，随压力而变化的有效抽速曲线由图9-4给出。
图9-4 50L/s油封机械泵和d=3cm、L=1000cm的抽气管道组成的低真空抽气机组有效抽速曲线
解：
①根据真空泵产品目录绘制真空泵实测抽速曲线Sp；
②根据公式（8-24）计算直径3cm、长1000cm的管道在平均压力
分别为1Pa、10Pa、102Pa、103Pa、104Pa、105Pa时各点的流导U；
③根据公式（9-3e）计算对应压力下的有效抽速S，见表9-4。
表9-4 d=3cm、L=1000cm的管道与50L/s油封机械泵串联后的有效抽速（假设p1=p2，p1、p2分别为管道进出口压力）
根据表9-4计算数据，绘制图9-4。
从图9-4中可见，该机组在104Pa以上工作时，由于管道流导U比真空泵抽速Sp大很多倍，真空泵抽速损失很小。因而，有效抽速近似等于真空泵的抽速。当真空泵在103Pa左右工作时，泵的抽速损失较多，以致使有效抽速下降到泵的抽速70%左右。真空泵在102Pa工作时，泵的抽速损失更大。由此可见，该机组在105～104Pa之间工作较为合适，在102Pa以下不宜使用。