真空阀门的设计.docx

真空阀门是真空系统的重要元件。对于构成管路一部分的阀门,其流导大小是一个重要的性能参数。对于主要用来起开关气路作用的阀门,阀板关闭的密封性能也是重要的性能参数之一。密封性能是用其漏气率来衡量的。对于主要用来调节气流大小的阀门,能够调节气流量的精度及范围,则是一项重要的性能参数。对于全金属超高真空阀门,每次关闭是否性能稳定?使用寿命是否长?是其主要的性能指标。(1) 对真空阀门的一般要求①阀门的密封性能要好,阀板密封处的漏气率要小; ②阀板开启后应尽可能有较大的流导; ③阀门内所用材料应有较低的饱和蒸气压,高抗腐蚀性能和高化学稳定性、耐磨损、寿命长,超高真空阀门应能耐烘烤(400 ~ 450 ℃); ④阀门结构要简单,开关轻便省力,有标志,传动机构在高压侧; ⑤真空阀门的型式、基本参数、连接尺寸和技术条件应按国家专业标准执行。(2) 阀板的密封结构和密封力计算①胶垫密封结构及密封力的计算橡胶垫圈密封是利用阀板与阀座间压紧橡胶垫圈,依靠橡胶弹性变形填塞表面不平来实现的密封。目前真空阀门的胶垫密封归纳起来有 6种,如图 18所示。前4种用于较大口径的阀门,后2种用于较小口径的阀门。 a种是早期采用的结构,为了便于加工阀座上的密封槽,必须把阀座与阀壳设计成可拆卸的,这就在结构上增加了一道真空密封。现在绝大多数阀门都采用阀板上带密封圈的结构,如图中(b) 、(c) 、 d) 所示。选择真空阀门的密封结构时应注意以下几点: ,. . 结构力求简单;d. 制造方便;e. 密封元件便于拆卸和修理。阀门关闭的密封性能好坏决定于密封垫填塞阀座表面不平的程度。影响这种填塞程度的因素有二方面: ;b. 阀座表面的粗糙度。通常阀座表面的粗度都高于 / Δ,密封垫的硬度都在邵氏硬度 55~ 75之间。密封垫的压紧程度,根据试验结果,当橡胶的硬度在邵氏硬度 50以上,而表面没有任何擦伤时,橡胶垫的高度压缩比在 15% 以上就能达到漏气率小于 × 10-7Pa · L/s · cFn 。的密封性能。如果考虑到制造精度上允许的偏差·把压缩比适当提高一些是必要的。因此建议真空阀门密封垫的相对压缩比通常取为 15% ~ 25% 。胶垫密封闷板的密封力计算,多数可按 0形环在矩形槽中受压缩的密封力进行近似地计算 Fs= σ BL=σ xEBx π dDN (1) 式中σ-密封比压力, N/cm2;B- 密封宽度,即密封圈与阀座的接触宽度, cm;L- 密封圈平均周长, cm; σ x- 相对比压力;E- 密封圈材料的相氏模量, N/cm2;Bx- 密封圈的相对宽度, d-密封圈的线径, cm;D- 密封槽的中径, cm。有些阀门只需要单向使用,例如扩散泵入口阀门,阀板只需要封住扩散泵中的真空状态。这种阀的设计,结构上允许阀板在压力差作用下继续被压紧。因此,阀板关闭时只需要初始压紧力就可以。我国 196 8 年真空阀门联合设计中提出,在上述情况下,密封的初始比压力可以取为 20N/cm 。。实践证明,这种做法是可行的。故这种阀门的初始密封力为 Fs=20BLN (2) 式中 B-与密封比压力为 20N/cm2 相对应的胶垫密封宽度, cm;L- 胶垫的长度, cm。有些阀门需要双向使用,既不但需要封住阀板上方的大气压,有时还得封住阀板下方的大气压。这种阀门的阀板密封力应用下式计算: Fs= σ BL+ × 10-5D2PdN (3) 式中 Pd是大气压强, Pa; 其余符号同前。②金属垫密封结构及密封力计算图 19给出金属垫密封的几种结构。其中图(a) 即是针阀的结构。图(b) 、(c) 、(d) 和(e) 都是用于超高真空系统中的金属垫密封阀门。一般来说,阀板用软金属紫铜、无氧铜、铝、镍和铅等制成,铜、铝、镍要预先经过退火处理。阀座用硬金属不锈钢等制成刀口形。图(f) 、(g) 和(h) 是用低熔点的软金属及其合金作为密封材料,而阀座也是用硬金属不锈钢等制成。它们都是依靠软金属受压产生塑性变形与阀座密合达到密封的。为保证密封,每次阀板关闭时刀口的压痕必须重合。为此除了阀板的传动上应有精确的导向机构外,刀口尖还应倒圆。如图 20所示,倒圆半径一般有两种: 和 ,多数取为 。图(g) 没有刀口压痕问题,密封垫的寿命较长。刀口形状对阀门性能也有一定影响。表 2给出了一些实验数据,从表中实验数据可知,直角形刀口比夹角形刀口所需螺旋压紧转矩大些。表2直角型和夹角型刀口的实验数据注:本直角形如图 19(b) 所示,夹角型如图 19(c) 所示,漏率测量,因受仪器灵敏度的限制,测得