真空系统中抽气管道的设计原则

真空系统中抽气管道的设计原则

　　为一个工艺选择真空泵时，工艺室和泵之间的抽气管道可能和泵的选择一样重要。要使腔体抽气速率达到大，需要笔直的抽气管道(长度短)并使用直径尽可能大的管道。

　　看起来似乎很简单，但是这里有许多因素需要考虑。实际上，如果我们从物理学角度考虑，就可以明确哪些是关键因素。

　　在稳定状态的条件下，如果抽气管道内没有气源(泄漏)或气体减少(冷凝)，抽气管道任何截面的质量流量必须相同。简单而言，进入工艺室的气体必须从泵出来。

　　已知气体摩尔流量为M(公斤/摩尔)、抽气速率为S(立方米/秒)、压力为P(帕)、温度为T(开尔文)，则质量流量计算如下：

　　质量流量(公斤/秒)=(M*P*S)/(Ro*T) 

　　Ro=通用气体常数

　　对于大多数抽气系统而言，气体温度(T)在抽气管道中不会显著减少，而且可以合理地假定为恒定的。

　　在此情况下，抽气管道任何截面(P*S)的乘积(称为通量)相同。

　　由于抽气管道的压力差是气体流动的推动力，可见压力(P)必须在工艺室中为高值，在泵入口为低值。

　　由于我们假定通量恒定，可见抽气速率(S)在工艺室为小值，在泵入口为大值(等于泵速)。

　　工艺室的抽气速率将低于泵入口的抽气速率，相差多少取决于抽气管道的属性(例如长度和尺寸)。尽量降低工艺室和泵入口之间的压力差就可以使抽气速率损失减到少。

　　显然，抽气管道的属性对于性能十分关键。此时还需要考虑其它因素：流导。

　　我们采用流导(阻力的倒数)这一术语来定义“管道传递流动的能力”。流导的计量单位是每单位时间的体积并且和抽气速率的单位相同。工艺室抽气速率(S)可用抽气管道流导(C)和应用泵速(Sp)计算，如下所示：

　　S = (Sp*C)/(Sp+C)

　　当C远远大于Sp时，则S近似为Sp；当Sp远远大于C时，则S近似为C。

　　工艺室的抽气速率始终低于应用泵速而且低于抽气管道中部件的小流导(通常小直径)。

　　在某种程度上管道短而粗是好的

　　采用短的大直径抽气管道尽量提高管道流导是不错的做法，但只限于当抽气速度S接近泵速(Sp)极值的情况。

      除此之外，通过增加管道直径(成本也会相应增加)来增加流导并不能显著提高工艺室抽气速率；换而言之，如果抽气管道流导受限并且由于物理因素不能增加，当(S)接近管道流导(C)极值，一味通过增加应用泵速来提高工艺抽气速度也是不经济的。

     那么答案是什么呢？

      管道尽可能短

      采用的管道直径至少等于泵入口法兰的直径

      尽量减少弯头数目

      考虑管道流导(C)和应用泵速(Sp)，一个变量的值大于另一个值的三四倍是不经济的做法