2022年真空系统组成元件终稿 .pdf

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1、第九讲：真空系统组成元件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件真空系统是由真空泵、真空测量装置、真空阀门、连接导管以及捕集器、除尘器、真空继电器规头等元件，经过精心组装而成的。它能在人们所期望的时间内将被抽容器内的压力降低到所要求的真空度。由于真空泵和真空测量仪器前面已经讲述，这里仅介绍真空阀门和捕集器。一、真空阀门1概述在真空系统中， 用来改变气流方向，调节气流量大小，切断或接通管路的真空系

2、统元件称为真空阀门。真空阀门在真空系统中的作用是： (1)开关气路如图 1 所示， 当阀 1 和阀 4 关闭， 阀 2 打开时， 机械真空泵对容器I 抽真空，气流流经预真空抽气管路；当阀2 关闭，阀4 打开时，机械泵可单独对扩散泵抽真空；当阀1 和阀 4 同时打开时，扩散泵和机械泵可同时工作，对容器进行抽空，此时气流流经扩散泵。可见， 阀门在这种操作中的作用是开关气路，改变气流的流经路线。 (2)控制气流大小，调节真空度在图1 中，调节阀1 的阀盖开启角度，即可调节流经管路的气流量大小；关闭阀 2 和阀 4， 通过放气阀3 可以给机械泵的入口放成大气；通过放气阀5 可以调节容器内的真空度。 (

3、3)定量充气如图2 所示，在玻璃阀的柱塞上有个一定体积的小洞，当小洞转向右边和高压气瓶连通时，小洞中就可充满高压气体；当它转向左边和真空容器连通时，就把该体积的高压气体放进容器中去，这样就起到了定量充气的作用。真空阀门的种类繁多，通常按阀门的职能、结构型式、 驱动方式、 材料和用途进行分类，其分类见表1。真空阀门的型号编制方法国家专业标准作了规定，可查阅有关标准。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 40 页 - - - - - - - - - 表 1 真空阀门

4、分类分类方法名 称根据阀门的职能低真空阀门、高真空阀门、超高真空阀门根据结构塑式挡板阀、翻板阀，碟阀、隔板阀、闸阀、针阀、插板阀根据驱动方式手动阀、电动阀、手电两用阀、电磁阀、气动阀、液压真空阀根据材料金属真空阀、玻璃真空活塞(考克 ) 、塑料阀根据用途截止阀、隔离阀、放气阀、节流阀、换向阀、封闭送料阀根据通道方式脚阀、直通阀、双通阀、三通阀、四通阀2真空阀门的几种典型结构 (1)隔膜阀隔膜式真空阀是利用阀杆将弹性体薄膜紧压在阀座上用来隔断气路。如图3 所示，转动手轮可带动阀杆上、下移动， 使隔膜离开阀座打开阀门或使隔膜紧压在阀座上关闭阀门。此种阀门如采用丁晴橡胶隔膜，适用于前级和预抽管道上及

5、温度为-25 80的非腐蚀性气体。如采用氟橡胶隔膜，可用于高真空系统，使用温度范围为-30 150。 (2)真空球阀图 4 所示是真空球阀的结构，该阀中的密封机构是由两个环状弹性体紧压于一个金属球表面构成。 金属球上有一个大穿孔，借助于手柄转动金属球使穿孔改变方向，即可接通或切断气路。金属球轴杆与阀体间的密封采用O形密封圈密封。 (3)真空蝶阀蝶阀的结构比较简单，如图 5 所示。 阀板的边缘上嵌有O形密封圈， 阀板靠螺栓固定在传动轴阀杆上，使阀杆带动阀板转动，当阀板上的密封圈与阀体紧密接触时即实现了阀门的关闭，从关闭位置、阀板再转动90O时，阀门即完全打开，该种阀门的主要优点是体积小。结构简单

6、。 (4)插板阀图 6 和图 7 是插板阀的两种结构型式。弹性体密封圈是嵌在阀体上。转动手柄即可打开或关闭阀门。图6 的插板阀关闭时是靠限位块的斜面压紧阀盖，进而压紧密封圈。图 7 的插板阀是靠链板压紧实现阀口密封。 (5)挡板阀图 8 是一种挡板阀的结构。该阀通过阀盖的开启和压下来实现管路的接通和截止。图中， 压板 23 使阀口密封圈24 固定于阀盖上。 压板 2 将阀杆 3 与阀盖连为一体。上盖20 与阀体 22 由密封圈21 密封。 压帽 5 和 7 分别压紧密封圈4 和 8，实现动密封。 气缸盖 11 压紧密封圈lO，使气缸16 上部密封。气缸与气缸座17，通过密封圈9 密封。注油管

7、18 注入扩散泵油，以减小摩擦并帮助密封。进气管接头12。从空气压缩机来压缩空气首先通过加油器19，从加油器中出来的气体含有一定的油，再进入换向阀6，最后进入气缸，一方面润滑换向阀中的活塞，另一方面，防止气缸内表面生锈。换向阀控制气源进入气缸上下部。密封垫片13、活塞胶圈14、活塞 15，将气缸分为两部分移动于气缸之中，从而控制阀门的开闭。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

8、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 40 页 - - - - - -

9、 - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件图 9、10、11 是三种，不同结构的真空翻板阀。它们都是用压缩空气为动力源。在阀门打开或关闭的过程中，阀板的运动有一个翻转过

10、程。能翻转一个角度。在图10的结构中， 靠滚轮将阀盖挡翻，在这种结构的阀门中，阀盖不能翻转90o。图 9 的结构，阀盖的翻转靠四连杆机构实现，阀盖能实现90o翻转。图11 的翻板阀是蚌线机构。这种阀门结构简单，总高度低，阀板能翻转90o，是我国1971 年首创的。在翻板阀中，阀板翻转 90o时，流导较大。 (7)电磁阀真空阀门的驱动方式为磁力驱动的即为电磁阀。电磁真空阀的密封机构与挡板阀相同，如图12 所示。平时，电磁阀的阀盖靠弹簧压紧封住管路通道，需要开启时，将电磁线圈接通电流，磁力即吸引衔铁，带动阀盖，将阀门打开。有的电磁真空阀设计成带充气的。称为电磁真空带充气阀，是专门安装在油封式机械泵

11、入口管路上的专用阀门。阀门与泵接在同一电源上，泵的启动与停止直接控制了阀的开启与关闭。当泵停止工作或电源突然中断时，阀能自动将真空管路封闭，并将大气通过泵的进气口充入泵腔，避免泵油返流污染真空系统。 (8)针阀图 13 是一个超高真空针阀。针阀是一种微调阀，其阀塞为针形，主要用作调节气流量。微调阀要求阀口开启逐渐变大，从关闭到开启最大能连续细微地调节。针形阀塞即能实现这种功能。针形阀塞一般用经过淬火的钢制长针，而阀座是用锡、铜等软质材料制成。阀针与阀座问的密封是依靠其锥面紧密配合达到的。阀针的锥度有1：50和 6o锥角两种，锥表面要经过精细研磨。图中的阀杆与阀座问的密封是靠波纹管实现的。 (9

12、)超高真空阀通常的高、低真空阀门，密封垫圈的材料为橡胶，不能承受高温烘烤。因而不能使用在超高真空设备上。能使用在超高真空设备上的超高真空阀门必须满足：(1) 能承名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 40 页 - - - - - - - - - 受高温 (400 450) 多次烘烤； (2) 放气量小，气密性好；(3) 重复性好； (4) 流导大。图 14 是超高真空阀门的一种。其主要部件是无氧铜阀盖，不锈钢阀体和传动导向机构。阀座刀口型式为直角，挡板起保证阀门

13、重复性的作用，即刀口在阀盖上压出的刀痕每次都能重合。 (10)玻璃真空活塞玻璃活塞山开有孔的锥形芯子及带有连接管的外套组成，芯子与外套之间的接触面是磨光面，其问涂以真空封脂以取得密封。气体的通路由芯子上的孔和所对准的连接管决定，转动芯子便可控制气体通路。因用封脂密封，芯子与外套之间就不会漏气。图 15 是典型的玻璃真空活塞。活塞按其连接管道的数目分为二通、三通或多通活塞。二通又分为对通和直角通。在图15(b) 中， (2) 、(3) 两种较 (1) 的型式密封更好，因在使用中有大气压力将锥芯往内压。 (11)无油玻璃真空阀为避免真空油脂对真空环境的影响，可以采用液态金属密封和磨砂口密封。图 1

14、6 所示是液态金属密封的玻璃真空阀之一。当要关闭阀门时，用磁铁将装有液态金属的玻璃杯提起，使上部玻璃管插入液态金属内，便可阻断气路；打开时，用磁铁将玻璃杯放下。液态金属一般使用镓铟锡合金，当镓铟锡比例为62.5 、 21.5 、16时，其熔点只有10.7 ，在室温下为液态，它的饱和蒸气压很低，甚至在500时仍低于 10-6Pa。图 17 所示是玻璃磨口密封的无油真空阀，其密封是由一半球状玻璃阀体与一半球状阀座之间的精密磨光面接触来实现的。阀门的开启和关闭仍由磁铁从外部操纵。因是半球状接触，接触面积足够大，所以能保证良好密封。以上两种玻璃真空阀均可应用于超高真空系统中，但两侧不能承受大的压强差，

15、只能应用在两侧压强相近(相差 200400Pa 以内 )的场合。玻璃真空阀只能做成小型的，大口径的阀门必须用金属制造。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件3真空阀门的设计真

16、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阀门的密封性能要好，阀板密封处的漏气率要小；阀板开启后应尽可能有较大的流导；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) ；阀门结构要简

17、单，开关轻便省力，有标志，传动机构在高压侧；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胶垫密封结构及密封力的计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 40 页 - - - - - - - - - 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

18、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：a尽可能减少阀板下高真空侧的放气因素，例如选用放气率小的密封垫材料等b关阀后密封圈截面上有最大的压缩变形 c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：a密封垫材料的硬度和压紧程度；b阀座表面的粗糙度。通常阀座表面的粗度都高于3.2/ ，密封垫的硬度都在邵氏硬度5575 之

19、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13310-7PaLscFn。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=BL = xEBxdD (1) 式中 -密封比压力，Ncm2；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； x- 相对比压力；E-密封圈材料的相氏模量，Ncm2；Bx- 密封圈的相对宽度，

20、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1968 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=20BL (2) 式中 B-与密封比压力为20Ncm2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：F

21、s=BL+7.85 10-5D2Pd (3) 式中 Pd是大气压强，Pa；其余符号同前。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

22、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：R01mm和R02mm ，多数取为R01。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，从表中实验数据可名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 40 页 - - - - - - - - - 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刀口型式实验次数所需转动力矩(Nm) 漏 率(Pam3

23、/s) 刀口型式实验次数所需转动力矩(Nm) 漏 率(Pa m3/s) 夹角型1 49 6.7 lO-9直角型1 54 8lO-9夹角型2 49 6.7 lO-9直角型2 54 8lO-9夹角型3 49 6.7 lO-9直角型3 54 8lO-9夹角型4 49 6.7 lO-9直角型4 54 8lO-9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，测得数值是上限，而不是实际的具体数值为了提高阀板( 或金属垫 ) 的寿命， 阀板的压下量还可以设计成可微调的。一旦原有压痕失去了应有的密封性能时，可通过微调， 使压痕再稍深一些。这样能保证密封性一能，也延

24、长了阀板的使用寿命。目前有关金属垫密封阀门的密封力计算通常是基于实验数据。设计者针对所设计的密封结构进行模拟试验，确定出密封比压力，然后按照具体的密封尺寸进行计算。根据国内外有关资料，设计者可参考表3。根据表中的数据，金属垫密封力可按下式计算：Fs=Ls.fls=As.fsa (4) 式中 Ls-密封口中心长度，mm ；fls- 单位长度的密封力，N mm ；As- 密封面积， mm2；fsa-单位面积的密封力，Nmm2。 (3)阀板压紧装置精确地计算阀板的密封力是真空阀门设计的首要问题，而正确地设计阀板压紧装置则是达到密封力的基本保证。阀板压紧装置应达到的要求 a在压紧密封垫时，阀板不产生横

25、向运动。因为横向运动会搓伤密封垫； b压紧位置要有重合性，即每次关闭都压在同一位置上。只有这样才能保证阀门关闭性能稳定。金属垫阀门对此要求严格，胶垫的差些； c要均衡压紧密封垫。因为不均衡压紧密封垫就可能造成封闭不严密； d压紧后必须能自锁，否则要有动力来维持压紧状态； e压紧程度必须可调，因为密封垫都有一定制造公差，必须通过调整才能压紧。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下

26、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 40 页 - - - -

27、 - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件常用的几种压紧方式 a螺旋压紧在真空阀门中应用最广，它的结构简单，制造容易，压紧时增力倍数较大，适于手动、电动两种阀门；其缺点是开关阀门时间较长、传动效率较低。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共

28、40 页 - - - - - - - - - 现以图 21 超高真空阀门的具体结构来说明螺旋压紧。图中1 是带刀口的阀座，2 是可更换的阀板，它由带导向槽的螺杆3 带动。螺母4 拧在螺杆3 上，其轴向由止推轴承限定，只能转动。当螺母转动时，螺杆3 因导向键 5 的限制，只能作上下移动，从而带动阀板上下移动，或打开阀门或关闭阀门。这种阀的关键是阀板关闭要有重合性。经验证明， 利用阀板凸出的圆周面和阀腔的内圆柱面精加工配合，可以达到阀板粗定位。该种结构还利用制动圈6 来解决螺母退扣问题，效果很好。螺旋压紧的螺母阻力矩的计算可参照机械设计中有关的计算。压紧后的自锁条件是=arctanf (5) 式中

29、螺旋升角；f 螺杆与螺母材料的摩擦系数 b斜面压紧如图 6 所示，阀板上的斜面沿着垫块上的斜面向左滑动、阀板与垫块被撑开而将胶圈压紧密封。和螺旋压紧类似，若斜面升角小于两者材料的摩擦角，压紧后就能实现自锁。然而对于普通钢材，摩擦角为 5o43，若要保证自锁，需斜面升角入5o43 。假设胶圈压下量为1.5mm，则在极限情况下，上述阀板需相对于斜块向左移动15mm 才行。即阀板接触到胶圈后，还要相对于胶圈横向移动15mm ，显然这是不能允许的。所以这种结构要利用传动连板5 转至死点来保证自锁。为产生所需密封力Fs，见图 22，传动连板给阀板的推力Ft ，应为 Ft=Fs.tan(+) +fFs (

30、6) 式中 斜面间材料的摩擦角；f 胶圈与阀板的摩擦系数为了消除图22 所示的在压紧密封圈时，阀板与密封圈间的摩擦力，目前国内外都采用图23 所示的压紧密封原理。此时 Fs/Ft=1/tan(+) +f1 (7) 式中 f1滚轮与导轨之间的摩擦系数；其余符号的意义同上。 c链板压紧链板压紧机构如图7 所示。图24 是典型的链板压紧力图。如果不考虑铰链的摩擦力，作用在链板上有 4 个力：密封力Fs、阀板受到的止推力Fz、导轨槽通过滚轮( 或滑块 )给出的反力Ff(Ff=Fs) 和推杆传来的推力Ft 。因为链板是压力杆，所以合力在其中心线上。推力Ft 还需克服滚轮与导轨槽的摩擦力fFf=fFs ，

31、根据力的平衡条件可得 Ft=Fs(tan+f) (8) 式中 链板中心线与阀板密封面法线的夹角；f 滚轮与导轨槽的摩擦系数压紧装置的自锁条件是tan-1f (9) 对于真空中的干摩擦，钢与钢之间的滑动摩擦系数为0.15 ，滚动摩擦系数为0.05 ，代入上式可得：对于滑块摩擦，a8o30，链板自锁；对于滚轮摩擦，a 2o50，链板自锁。 d弹簧压紧如图 12 所示。阀板6 由弹簧 5 压紧密封。当电磁线圈2 通电时，衔铁4 被吸上，阀板被提起打开阀门。 e弹性垫圈自身压紧如图 25 所示，阀塞被碗形密封圈箍紧密封。这就象往复运动的动密封一样，不过由于阀塞进出密封圈，需要阀塞的两头有光滑的倒角，以

32、免擦伤密封圈。 f动力压紧动力压紧有气压的、液压的和电磁力的压紧。凡是密封力大的阀门都用液压压紧。如图26 所示的阀门是靠薄壁铜筒在油压作用下产生弹性变形，与阀体内筒的光滑表面紧密贴合来密封的。当撤去油压时，薄壁铜筒恢复原形，阀塞就可以拉上去打开阀门。为了解决金属垫密封阀门所需的大压紧力，国外采用了高压气动压紧。如图27 所示，当阀板推至阀口后，往波纹管中通以高压空气(21 个大气压或35 个大气压 ) 对阀板压紧密封。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 4

33、0 页 - - - - - - - - - 由于电磁力较小( 大磁力线包可能很大) ，衔铁行程有限，因此电磁力压紧多用于小口径阀门。压紧装置中的均压、续压和调压措施为了保证阀门的密封性能，要求阀板压紧密封圈时能自动均压；当大气压压到阀板上时能允许进一步压紧； 又因为密封圈和其它传动件的加工制造差不可避免，所以阀板压紧程度必须可调。这就是压紧装置的均压、续压和调压问题。在图11 所示的真空阀门中，通过锥面阀座和与之配合的锥面阀板及铰销压紧来自动调均对胶垫的压力；利用压杆头 ( 兼作导向杆8) 与阀板螺纹联接来达到压紧程度可调；利用初压后活塞达不到气缸底来实现大气压压到阀板时，阀板继续压紧密封圈。

34、上述的均压措施在铰销轴方向不能自动均压，需要在装配中人工调好。对于口径较小的阀门，由于绝对误差量较小，在装配中容易调好，但对于口径较大的阀门，就困难得多。因此对于大口径阀门应采用完全自动均压的措施。例如图28 所示的结构，采用球而压头就能完全自动均压。 (4)阀板的传动机构阀板的传动机构有两个职能：一是使阀板压紧密封圈，保证阀门的密封性能；二是使阀板开启后，阀门有较大的流导。承担第一个职能的机构零件，由于受力较大、有强度、刚度和稳定性问题，设计中需要考虑。 这些机件是传动机构中的主要构件，承担第二个职能的机件主要使阀板按所需要的位置开启，因此受力不大，零件的强度等问题是次要的。一般的真空阀门，

35、其阀板的压紧机构就是其传动机构，例如图7、图 8、图 12、图 14 等。这类传动机构，只要知道了阀板压紧机构的压紧力，就可以按照普通机械传动进行设计了。对于真空翻板阀，如图9、图 lO、图 11 的阀门，阀门开启时阀板翻转一个角度，对阀板运动的特殊要求是：阀板压紧或松开密封垫圈时，需要直起直落；开启阀板时，需要翻转较大的角度，最好达到90o；在阀板翻转过程中，阀板不能与阀座相碰。目前国内主要采用三种翻转机构，即挡杆挡翻 (见图 10) 、四连杆机构(见图 9) 和蚌线机构 ( 见图 11) 。 (5)真空阀门的动力选择真空阀门的传动动力主要有手动、磁动、气动、电动和液动。 选择阀门动力主要考

36、虑操作方便；工作可靠。 例如手动适合于小型的，自动化程度要求不高的和试验用的设备上应用的阀门；而大型工业生产用的自动化程度高的设备上的阀门，则必须用磁动、气动、电动或液压的。一般说来，磁动阀门口径都较小，动作较快，电磁电源也较方便；而气动阀门突出的特点是动作快；两者都适合于作保护性的阀门。电动 ( 即电动机传动的) 和液压的阀门，都是需要大动力的阀门，尤其是液压传动的阀门，动力小了不合适，它不象电动的阀门，常常因为电源方便而被采用。实际上， 不管采用哪种动力，都必须保证阀门工作可靠。 (6)阀门开关的限位和指示为了使阀门开关准确可靠和操作方便，阀门的开启和关闭需要有限位和指示。特别是金属垫密封

37、的阀门更须严格控制阀座刀口对金属垫的楔入量，在保证密封性能的前提下，楔入量愈少， 垫圈受压处冷硬现象愈轻，阀门使用寿命愈长。对于机动阀门，限位有保护设备免遭机械损伤的重要作用。图 29 是电动真空阀门中所用的开关限位和指示装置。螺杆5 被固定在阀板的传动轴上，指针8固定在螺母6 上，指针 8 和螺母 6 只能沿着刻度尺滑动，当螺杆 5 随阀板传动轴转动时，它们即是指针又是限位开关的动触点。l 是行程开关；4 是刻度尺。当然这只是限位和指示装置中的一种。 (7)打开阀板的先导装置有的真空阀门在开启阀板之前，需要先使阀板上下的气压平衡，避免压差过大使传动装置超负荷而受损害， 这就要用到先导装置。先

38、导装置还可用来在阀板上下压差较大的情况下，用较小的传动力打开阀板。如图30 所示，在阀板上装设个小阀门，让传动杆6 先打开小阀的密封板3，使阀板上下压差消失后再打开阀板8，这就是在压差较大的情况下顺利打开阀门的一个可行措施。小阀起到了先导作用，故称该小阀为先导装置或先导阀。( 未完待续 ) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

39、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品

40、资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件2 捕集器捕集器也称为阱，用来捕集真空系统中的可凝性蒸气。在有油封机械泵和蒸气流泵组成的真空系统中，存在着工作液的蒸气，如油蒸气、汞蒸气、水蒸汽等。这些蒸气进入被抽容器之后，使真空度降低，氧化电热体和被处理工件，污染真空系统。为了减少乃至消除这些有害蒸气，在有油蒸气污染可能的真空系统中广泛使用捕集器。捕集器的种类很多，根据捕集器捕集蒸气的原理和方法不同，捕集器可分为挡油帽，机械捕集

41、器( 又称挡板、障板、机械阱)，冷凝捕集器( 又称冷阱 )，吸附捕集器( 又称吸附阱 )和其它类型的捕集器( 如电捕集器，热捕集器，离子捕集器等。 21 挡油帽扩散泵在工作过程中，泵液会向被抽容器中返流。返流的油蒸气会对被抽容器及被处理工件造成污染。返流油蒸气从凝结于扩散泵顶喷咀表面上的油膜的再蒸发为主要来源。在喷咀内表面上的泵油能浸润外表面达数毫米，因此这部分油膜会大量蒸发，返流向高真空侧。通常在泵芯的一级喷咀上面设置挡油帽，这样可以大大降低油蒸气的返流。挡油帽一般用水冷却，比较好的水冷挡油帽可把扩散泵的返油率降低到0.1 1。因此挡油帽是现代扩散泵所必备的部件。扩散泵加挡油帽后，降低了返油

42、率，但同时也降低了泵的抽速。通常认为加挡油帽后，泵的抽速降低小于 20为宜。挡油帽的设计方法如图31 所示：先划出导流管和喷咀外沿的连结线AB，再在距B 为 1cm左右处引垂线 CD ，延长 AB与 CD交于 E点，此即挡油帽的外缘。这样确定挡油帽外缘的位置则不会挡住工作液蒸气射流。挡油帽伸出长度H(见图 32) 可由下式计算： H=(d2-d1-2 )/2 tga mm (10) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 26 页，共 40 页 - - - - - - - -

43、 - 式中 d1为泵的喷咀直径，mm ；d2为挡油帽帽缘外径，mm ；为挡油帽帽缘厚度，mm ；a 为泵的喷咀角度。图 33 是挡油帽的一种经验设计，实践表明， 这种挡油帽的挡油效果较好，且对泵的抽速没有太大的影响。各种型式挡油帽的挡油效果如图34 所示，图中 (n) 是不加挡油帽，设此时返油量为1；(6) 、(c) 、(d) 、(e) 等表示加挡油帽及水冷套等措施后的返油量，数值愈小，挡油效果愈好。 2 2 机械捕集器 221 概述机械捕集器又称挡板、障板、机械阱。当对降低返油率有更高要求时，常被广泛应用，主要用来防止蒸气流泵工作液的蒸气分子返流进入被抽容器。在高真空条件下，分子自由程大于管

44、路的线性尺寸，蒸气分子在真空空间作直线运动。返流的蒸气分子是这样通过管道进入真空室的：蒸气分子先碰撞管壁被吸留；由于热运动，管壁吸留的分子又蒸发，再在更靠近真空室的管壁上被吸留，然后再蒸发, ，这样逐步进入真空室中。因此在蒸气进入被抽容器的通路上安装不同结构的具有光学密闭性的板状组件，阻挡住直线运动的蒸气分子穿越，使其在壁板上凝结或反射回去，用这种机械阻挡的方法消除或减少蒸气分子进入被抽容器。机械捕集器的型式如表4。对于某些结构型式，表中还给出了其传输几率和比流导值。 222 机械捕集器的设计原则及其典型结构机械捕集器主要靠机械阻挡的方法来降低油蒸气的返油率，而高速热运动的蒸气分子经三次碰壁后

45、，其能量大大损耗。因此，在设计光密性障板的时候，要求蒸气分子在通过它的过程中，至少应有一次以上使蒸气分子与板壁碰撞。此外，要求板壁材料有较好的导热性，尽可能保持较低的温度。通常通冷却水，以减少蒸气凝结后的再蒸发，常用的材料有铜、铝、不锈钢等导热系数较大的金属板。在设计障板时应注意以下原则光学密闭性，至少要挡住一次束流；有尽可能大的流导；障板材料应放气率低，饱和蒸气压低，热传导性能好，易于加工；超高真空系统使用的障板应能承受高温烘烤。典型的几种机械捕集器的结构如图35 至图 38 所示。图 35 是具有冷却水管的机械捕集器，采用单百叶窗式捕集片，它能捕集大量的油蒸气分子，由于结构简单而得到广泛应

46、用。这类结构的捕集器片也可以用其他类型，如人字型捕集片等。图 36 是双百叶窗式水冷障板，其特点是采用双百叶窗式捕集片和冷却水套形式，捕集效果更好。图37 是锥状环形水冷障板，其中心锥状环形挡片没封顶，适用于扩散泵带有挡油帽的情况。图38 是倒塔式水冷障板，效果较好，使用也较广泛。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 27 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

47、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 28 页，共 40 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 29 页，共 40 页 - - - - - - - - - 第九讲：真空系统组成元件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 30 页，共 40 页 - - - - - - - - - 23 冷凝捕集

48、器231 概述冷凝捕集器又称冷阱，是利用低温冷壁来捕集可凝性蒸气的一种低温冷凝捕集器。冷阱被广泛应用于高真空和超高真空系统中，安装在主泵入口和真空室之间的管路上。冷阱不仅能有效地捕集来自蒸气流泵的返流蒸气和部分裂解物，而且还可抽除来自真空室内的可凝性蒸气。冷阱的效果除了取决冷阱的设计原则为：a 冷凝部位应具有较大的冷凝面积b 结构为光学密闭的，防止蒸气分子直线通过；c 有尽可能大的流导；d冷剂消耗尽量少；e 清洗拆装方便。冷阱的结构型式很多，就材质而言，有金属冷阱和玻璃冷阱两类。232 冷阱的典型结构于其结构之处，还取决于所使用的冷壁温度，低温冷壁的温度愈低效果愈好。使用冷阱应遵守一定规则;

49、在加入冷剂前，应将容器抽空到足够低的压强, 使可凝性气体被大量排除后再加入冷剂；在使用过程中, 由于冷剂的损耗而使冷剂液面不断下降，露出无冷剂接触的壁面，这些表面的温度回升，使已被冷凝的蒸气重新蒸发，所以要设法使冷剂的液面尽量处于恒定位置。常用冷剂的制冷温度见表5。金属冷阱中，盛装冷剂的容器一般用不锈钢制成，在其壁上焊上若干捕集片，以增大低温壁板的表面积和阻挡蒸气分子进入真空室的作用。图 39 是一种长效冷凝捕集器，它采用双层结构，在中间装有冷凝捕集片，其特点是捕集效果好，不需要经常加液氮。图 40 的结构具有较大流导，可防止蒸气分子向上蠕动。它有两层结构，内装一盛冷荆的冷剂筒, 其间具有双百

50、叶窗式捕集片组，具有较好的阻挡蒸气分子的作用。图4l 是一种高效冷凝捕集器，这种结构的特点是在其上法兰口处，有一个防止油分子爬移的障筒，它可使返油率大为降低，其结构紧凑，捕集效率高。图42 是一种常见多用的冷凝捕集器， 靠金属热传导杆3，将捕集片2 与冷剂容器连接起来进行热交换而使捕集片 2 保持低温状态。图43 是另一种金属冷阱，它结构简单，效果较好。图e 中的件l 、2 是防止蒸气分子通过冷阱飞入真空室的障板。图 44 是一种复合式冷阱，其特点是在中央设置了一个拇指形的冷阱筒，筒内装冷剂。在筒周围焊有两层挡油筒环，气路如箭头方向所示，捕集效果很好。此外在结构上还设置了分子筛盒( 上、下各一