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真空閥門特性及發(fā)展前途

更新時(shí)間:2013-09-02      瀏覽次數(shù):1723

 真空技術(shù)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中已近獲得廣泛的應(yīng)用,無論是重工業(yè)還是輕工業(yè),科學(xué)還是一些普通工業(yè)部門都離不開它。因此,作為真空技術(shù)執(zhí)行元件的真空閥門也得到了相應(yīng)的發(fā)展。

“真空”是指在空間內(nèi)低于環(huán)境大氣壓力的氣體狀態(tài),也就是該空間內(nèi)氣體分子數(shù)密度低于該地 區(qū)大氣壓的氣體分子數(shù)密度。不同的真空狀態(tài),就意味著該空間具有不同的分子數(shù)密度。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) (STP:即0°C,10135Pa)下,氣體的分子數(shù)密度為 2. 6870X1025m—3,而在真空度為1X 10_4Pa時(shí),氣體的分子數(shù)密度只有2. 65X1016m_3。

22.1.1真空度及測(cè)量單位

在真空技術(shù)中常用真空度來度量真空狀態(tài)下空間氣體的稀薄程度。通常真空度用氣體的壓力值來表示。壓力值越高,真空度越低;壓力值越低,真空度越高。

22.1.2真空區(qū)域的劃分

為使用上便利起見,人們常把真空度粗劃為幾個(gè)區(qū)段,按照GB/T 3163—2007,真空區(qū)域大致劃分如下:

低真空105?102Pa 中真空 102?10_1Pa 高真空10—1?10_5Pa 超高真空<10-5 Pa

22.1.3真空閥門的特性

主要是指真空閥門外殼對(duì)大氣的真空密封性,衡 量真空密封性的性能主要有兩個(gè)技術(shù)指標(biāo),即真空閥門的流導(dǎo)和真空閥門的閥座漏氣率(簡(jiǎn)稱漏率)。

①真空閥門的流導(dǎo)在閥門打開狀態(tài)下的氣體流動(dòng)的流導(dǎo)。需要指出的是,在樣本中,真空閥門的流導(dǎo)通常以“當(dāng)量管長(zhǎng)度”列出,這里設(shè)管的公稱尺寸與閥門的公稱尺寸相同。

 

②真空閥門的閥座漏氣率在關(guān)閉狀態(tài)下由閥座漏入的氣體流率。它取決于氣體種類、壓力、溫度和閥門進(jìn)、出口的壓差。

22.1.4真空閥門的定義和作用_

真空閥門是在真空系統(tǒng)中用來隔離(切斷)氣 流、調(diào)節(jié)氣流流量、分配氣流的真空元件。種類繁多的真空裝置(亦稱真空工程設(shè)備)都離不開真空系統(tǒng)。真空閥門不論在簡(jiǎn)單或復(fù)雜的真空系統(tǒng)中都占有重要的地位。通常在真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)真空裝 置的要求和真空系統(tǒng)的特點(diǎn)來選擇不同類型的真空閥門。例如,真空放氣閥,是用來給真空系統(tǒng)放入大氣用的。真空裝置完成真空作業(yè)后,若要更換工件或取出樣品,必須將大氣放入真空室,使真空室大門兩側(cè)沒有壓差,才能打開大門進(jìn)行工件更換。而針閥是向 真空系統(tǒng)中充氣,并能調(diào)節(jié)氣體流量的真空閥門。它常用于真空泵抽速測(cè)量、真空鍍膜、離子束刻蝕、受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置等真空系統(tǒng)上,提供調(diào)節(jié)的氣體流量,用以獲得穩(wěn)定的工藝要求的真空度;高真空擋板閥、高真空插板閥,常用于主抽氣泵的進(jìn)氣口上, 用來隔離真空泵,使之不暴露于大氣之中。高真空蝶閥可裝于真空室,真空管道與真空泵之間,用以接通和隔離(截止)氣流。閥門設(shè)計(jì)不應(yīng)當(dāng)漏氣、發(fā)生機(jī)械、電氣故障等。

需要糾正一下國(guó)內(nèi)電站閥門存在的錯(cuò)誤叫法,在電站閥門中,通常將填料部分帶水封裝置的閥門前面冠以“真空”,如真空閘閥、真空截止閥等。而事實(shí)上,這些閥門的介質(zhì)壓力都很高,有的閥門壓力高達(dá)10MPa,這是一種錯(cuò)誤的叫法,應(yīng)當(dāng)予以糾正。

22.1. 5真空閥門發(fā)展

(1)國(guó)外真空閥門發(fā)展,

世界上真空閥門技術(shù)*國(guó)家主要有俄羅斯、 美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本等,從20世紀(jì)初到現(xiàn)在,這些國(guó)家的真空閥門品種和規(guī)格都得到較快的發(fā)展。世界主要真空設(shè)備廠家,例如,巴爾蔡斯公司 (Balgers)、雷寶德-海拉斯公司(Legbold-Heraeus)

和西歐核子中心(CERN)、德國(guó)電子同步加速器研究所(DESY)等,都有真空閥門的專業(yè)生產(chǎn)廠,能 按標(biāo)準(zhǔn)研制各種真空閥門。生產(chǎn)的真空閥門規(guī)格品種齊全,大多數(shù)真空閥門結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能可靠。瑞士 VAT是一家專門為科研工業(yè)部門研制、生產(chǎn)真空 閥門的產(chǎn)業(yè)工廠。VAT廠zui主要的產(chǎn)品有手動(dòng)、氣動(dòng)真空插板閥系列,金屬密封氣動(dòng)真空插板閥系列, 手動(dòng)、氣動(dòng)真空擺動(dòng)閥系列,快速關(guān)閉真空閥系列, 手動(dòng)、氣動(dòng)真空擋板閥系列,手動(dòng)超高真空擋板閥系 列等十多種真空閥門產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在CERN和 DESY加速器及其他真空裝置上得到廣泛應(yīng)用,并享有較高的信譽(yù)。

國(guó)外真空閥門按閥門的動(dòng)作特點(diǎn)分為插板式、擋 板式、翻板式及微調(diào)式等閥門;按驅(qū)動(dòng)形式分為氣動(dòng)、磁動(dòng)、電動(dòng)及手動(dòng)等閥門;按密封材料分為橡膠密封、銦銀合金不誘鋼密封、鈦合金鍍銀和鍍金不銹鋼密封、無氧銅不銹鋼密封的閥門。其中典型的真空 閥門有氟橡膠密封氣動(dòng)真空插板閥、銦密封氣動(dòng)真空插板閥和金屬密封氣動(dòng)真空閥。

①氟橡膠密封氣動(dòng)真空插板閥該閥的閥板密封處漏氣速率(簡(jiǎn)稱漏率)不超過lXl(r9mbar. L/s、氣源壓力為0.4?0.6MPa,氟橡膠密封材料的 烘烤溫度為150°C。該閥的特點(diǎn)是傳動(dòng)增力機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便,在行程小的情況下,能全開或全關(guān),通導(dǎo)能力zui大,外形尺寸小,維護(hù)保養(yǎng)方便,性能可靠。在國(guó)外很多真空系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

②銦密封氣動(dòng)真空插板閥這種閥主要應(yīng)用于在高能加速器中具有強(qiáng)輻射場(chǎng)合的真空系統(tǒng)中。與其他金屬密封結(jié)構(gòu)的插板閥zui大的區(qū)別是所需要的密封比壓較小。銦密封結(jié)構(gòu)和壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,使用壽命可以超過500次。閥門的漏氣速率小于IX10-9 mbar • L/s。不足之處是維護(hù)保養(yǎng)較復(fù)雜,外形尺寸大,造價(jià)昂貴。若沒有特殊的冷卻結(jié)構(gòu)不能承受烘烤。

③金屬密封氣動(dòng)真空閥在需要烘烤溫度較高的真空系統(tǒng)中,當(dāng)選用氟橡膠之類的閥門滿足不了需要時(shí),則將金屬作為密封材料用到超高真空閥中。如 CERN研究所研制的全金屬氣動(dòng)超高真空擋板閥,漏氣速率小于lX10_8Pa • L/s,烘烤溫度為300°C, 氣源壓力為2. 5MPa,閥板選用TiA6V4合金表面鍍 50^m的銀。美國(guó)Varian公司生產(chǎn)的全金屬氣動(dòng)超高真空擺動(dòng)閥,其漏氣速率不超過IX 10-7 Pa • L/s, 閥門開啟時(shí)烘烤溫度200°C,閥體用不誘鋼材料,閥板用鈦合金表面鍍金的材料。但這類閥門需要的密封力較大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,外形尺寸相應(yīng)較大,對(duì)使用的真空要求嚴(yán)格,閥門的使用壽命短,維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜,造價(jià)昂貴。

當(dāng)前,在國(guó)外的各類真空系統(tǒng)中,由于真空插板閥通導(dǎo)能力zui大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能可靠,所以應(yīng)用zui廣泛。由于全金屬密封的插板閥的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,壽命較短,性能可靠性較差,應(yīng)用范圍受到限制。所以除非用全金屬閥門才能保證整個(gè)真空系統(tǒng)性能要求的場(chǎng) 合外,一般都采用氟橡膠密封的插板閥。如真空鍍膜機(jī)、離子注入機(jī)、各種表面物理試驗(yàn)儀器及大型加速器等都把氟橡膠密封的插板閥作為主要閥門。此外, 國(guó)外應(yīng)用真空閥門的另一個(gè)特點(diǎn)是主要的驅(qū)動(dòng)形式為手動(dòng)、氣動(dòng)及電動(dòng),其氣動(dòng)形式的應(yīng)用。

(2)國(guó)內(nèi)真空閥門發(fā)展

國(guó)內(nèi)真空閥門生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的真空閥門有真空電磁閥、真空蝶閥、真空隔膜閥、真空擋板閥、真空球閥、真空微調(diào)閥、真空調(diào)節(jié)閥、超高真空插板閥、超 高真空擋板閥共9個(gè)大系列、42個(gè)品種、150多個(gè)規(guī) 格的產(chǎn)品,尤其是生產(chǎn)的DJV1200大型氣動(dòng)高真空蝶 閥,DN900的氣動(dòng)高真空插板閥,具有相當(dāng)高的技術(shù)水平。生產(chǎn)的GDI>J系列手電兩用真空擋板閥, 適用于10-5?105 Pa的壓力范圍,該系列閥門公稱尺寸為DN150?1200,漏氣速率小于1.3 X 10-5 Pa • L/s。流導(dǎo) 1200?70000L/s,啟閉時(shí)間 15?60s, 此外,閥門還配置了離合器和開關(guān),具有安全性高、 密封可靠、流量大及可實(shí)現(xiàn)手控、電氣自動(dòng)控制。生 產(chǎn)的GDCKJ型高真空氣動(dòng)擋板閥和GDEKJB型(扁閥)共兩大系列。公稱尺寸DiV80?1200,漏氣速率小于1.3X10-5Pa • L/s;啟閥時(shí)間小于5?20s,氣源壓力0.4?0.8MPa,廣泛用于大、中型高真空系統(tǒng)中。

當(dāng)前,我國(guó)真空閥門種類繁多,規(guī)格齊全。歸納起來,可分為七大系類,依次為:高真空插板閥系列、高真空擋板閥系列、高真空蝶閥系列、高真空電磁閥系列、真空電磁帶充氣閥系列、電磁壓差充氣閥系列、真空球閥系列。在電子、半導(dǎo)體、集成電路、 真空測(cè)量、檢漏、離子束、電子束、激光、可控?zé)岷朔磻?yīng)及航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代,我國(guó)高科技的北京高能所電子對(duì)撞機(jī),蘭州重粒子加速器,西南核工業(yè)受控聚變研究裝置等都配置著數(shù)種上百個(gè)高真空閥門產(chǎn)品。這些閥門性能*,工 作穩(wěn)定可靠,保證了這些裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn),標(biāo)志著我國(guó)真空閥門具有相當(dāng)高的技術(shù)水平。

(3)發(fā)展前景

今后發(fā)展真空閥門應(yīng)重視如下問題。

①更新?lián)Q代要重視真空閥門的更新?lián)Q代問題, 早期的真空閥門若發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作不便,給真空裝置運(yùn)行帶來不便的話,希望能用同類規(guī)格的真空閥門更換。如早期手動(dòng)的真空閥門可以用電動(dòng)、氣動(dòng)真空閥門更換,以實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)的自動(dòng)化操作。

②節(jié)能要加強(qiáng)節(jié)能型閥門的研制和開發(fā)。用新型的密封材料、電磁相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)原理,研制新的節(jié)能型真空閥門。

③大型手、電兩用高超高真空加強(qiáng)大型手、 電兩用高超高真空插板閥的研制和開發(fā)。當(dāng)前,我國(guó) 生產(chǎn)的這類閥門有CC型(手動(dòng))、CCD型(電動(dòng))、 GC型等幾種,但口徑在DJV500以上的閥門是薄弱環(huán)節(jié)。電動(dòng)閥門是實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)自動(dòng)控制的重要元件。應(yīng)利用光電技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)行電動(dòng)機(jī)構(gòu)行程限位開關(guān)結(jié)構(gòu),以保證閥門幵啟、關(guān)閉的可靠性。

④超高真空閥門要加強(qiáng)超高真空閥門的研制和開發(fā)。要從閥門的傳動(dòng)原理、密封材料、結(jié)構(gòu)形式等入手,吸取國(guó)外同類超高真空閥門優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 開發(fā)新產(chǎn)品。如超高真空微調(diào)閥,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品不多,滿足不了超高真空裝置氣流流量調(diào)節(jié)需要,要改進(jìn)加工工藝,提高這類閥門的使用壽命。

⑤標(biāo)準(zhǔn)化和通用化要加強(qiáng)真空閥門標(biāo)準(zhǔn)化、 通用化工作。要在吸取國(guó)外同類閥門*技術(shù)的基礎(chǔ)上,改進(jìn)閥門設(shè)計(jì),使我國(guó)各類真空閥門,從性能到結(jié)構(gòu)、外觀能達(dá)到國(guó)外同類閥門的*水平。除滿足我國(guó)真空裝置的需要外,力爭(zhēng)將我國(guó)的真空閥門打入 市場(chǎng)。

 

 

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