ITER導體總體氣密性檢測系統的真空抽氣系統及運行流程
ITER導體總體氣密性檢測系統的真空抽氣過程包括粗抽階段和主抽階段。粗抽階段是用3 臺15 L/s TRP- 48 機械泵粗抽，真空杜瓦壓強由大氣壓降至10 Pa;主抽階段是用1 臺1600 L/s 復合分子泵與1 臺15 L/s TRP- 48機械泵組成的泵組主抽，真空杜瓦壓強由10 Pa降到1×10- 3 Pa。
真空系統的抽氣方程
V*dP/dt = -SeP+Qout+Ql+QP+Qe (1)
其中微漏(Ql)，真空系統漏孔的漏氣量。滲漏(Qp)，即大氣通過真空室壁結構材料擴散到真空室內部的氣體流量。蒸發(Qe)，空氣中的水分或是工藝中的液體在真空中蒸發出來，這是在低真空常常發生的現象。在高真空，特別是高溫裝置中，固體和液體都有一定的飽和蒸汽壓。當溫度一定時，材料的飽和蒸汽壓是一定的，因而蒸汽流量就是個常量。表面放氣(Qout)，即材料吸附和吸收的氣體通過暴露在真空中的表面釋放出來的氣體。
1、粗抽時間
為了簡化計算，把分子泵入口以上和真空室出口一段管路(包括閥)看成是預抽時的被抽容器。因為這段管道直徑很大，流導很大，這樣處理是合適的。此階段真空杜瓦內包含的大氣為主要氣載，可忽略其他氣源。所要達到的預真空度為10 Pa。由大氣壓抽到10 Pa 的時間由下式計算：
t = Kq*V/Sln Pi/P(2)
式中t———抽氣時間，h;V———真空系統體積，m3;S ———泵對系統的有效抽速，m3h- 1;Pi ———真空設備初始壓力，Pa;P ———真空設備經過t 時間后的壓力，Pa;Kq———修正系數(與壓力有關，修正系數見表1)
表1 不同壓強下計算抽氣時間的修正系數
公式中各參數取值如下：V=92.55 m3，Pi=105 Pa，P=10 Pa，S=162 m3/h，計算可得: t =7.56 h
2、主抽氣時間
真空室壓強為10 Pa 時，關閉粗抽泵閥門，打開分子泵抽氣口處插板閥，此時抽氣管道中氣流多半處于過渡流或者分子流狀態。由于過渡態流導的計算比較復雜和過渡流存在的時間比較短，工程上允許用分子流態代替計算。
圖2 分子泵抽氣管道簡圖
由圖2 可知，主泵抽氣管道由短管和閘板閥串聯組成，插板閥全開孔徑與短管孔徑相當，則抽氣管道近似看作內徑D=25.5 cm， 長度L=29.4+10=39.4 cm 的短管(L/D≤20)。氣體運動處在分子流狀態，抽氣管道的流導以克勞辛系數計算，20℃空氣分子流時通過圓管道的流導公式如下：
C = 11.6Aa (3)
其中C———分子流時對20℃空氣流導，L/s；A———入口面積，cm2；a———克勞辛系數
查表“圓柱管克勞辛系數與管的相對長度關系”(《真空設計手冊》P123)，由L/r=3.09，得a=0.42。
則抽氣管道的流導：C = 2488.2 L/s主抽泵組對系統的有效抽速：
Se =1/(1/S +1/C) (4)
其中Se———對系統的有效抽速，L/s；S———主抽泵組的名義抽速，L/s；C———主抽管道的流導，L/s
計算得：Se = 973.8 L/s = 3505.68 m3/h。處在常溫下的真空杜瓦，在高真空抽氣過程中，對于抽氣時間計算問題，可以忽略滲漏和蒸發，微漏漏率Ql≤1.0×10- 10 Pa·m3/s，也可忽略，表面放氣Qout 為時間的函數，將它們帶入抽氣方程整理為：
CF 函數為基本初等函數的簡單變形，在其定義域內都收斂，而PI 函數是由一系列的冪級數構成的，一般而言，在其定義域內有收斂有發散的，所以，需要求出PI 函數的收斂區間。由萊布尼茨定理可知,PI 函數收斂的條件為：
φr+1/φr<1
其中φr+1 為第r+1 項級數的絕對值，φr 為第r 項級數的絕對值。計算整理可得收斂區間為：
t >[n- (r- 1)]/[n- (r- 2)]·1/a(9)
為了求出數值解，將冪級數進行10 項展開，出氣率指數n 一般在- 1 和- 0.4 之間，此杜瓦內表面都為金屬，n=- 1 則t >1.111*1/a 。
因a = S/V= 973.80/92550=0.01 s-1，
則PI 函數的收斂半徑為(111.1 s，+∞)(n=- 1)。第二階段抽氣方程自變量t 在收斂半徑內結合CF 和PI 函數，整理得：
已知此方程的初始條件，利用Matlab 軟件計算真空度由10 Pa 到1×10- 3 Pa 抽氣時間。
圖3 高真空抽氣P- t 曲線
這兩種計算高真空抽氣時間的方法是運用了數學方法，將容器中空間氣體負載對抽氣的影響進行考慮，特別積分法與Runge- Kutta 法運用到系統高真空抽氣時間計算，使計算結果更準確。
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