真空閥門特性及發(fā)展前途

 真空技術(shù)在我國國民經(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，氣體的分子數(shù)密度只有2. 65X1016m_3。

22.1.1真空度及測量單位

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大氣的真空密封性，衡 量真空密封性的性能主要有兩個技術(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)計時，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。

需要糾正一下國內(nèi)電站閥門存在的錯誤叫法，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,這是一種錯誤的叫法，應(yīng)當(dāng)予以糾正。

22.1. 5真空閥門發(fā)展

（1）國外真空閥門發(fā)展,

世界上真空閥門技術(shù)*國家主要有俄羅斯、 美國、法國、英國、德國、日本等，從20世紀(jì)初到現(xiàn)在，這些國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、氣動真空插板閥系列，金屬密封氣動真空插板閥系列， 手動、氣動真空擺動閥系列，快速關(guān)閉真空閥系列， 手動、氣動真空擋板閥系列，手動超高真空擋板閥系 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)。

國外真空閥門按閥門的動作特點(diǎn)分為插板式、擋 板式、翻板式及微調(diào)式等閥門；按驅(qū)動形式分為氣動、磁動、電動及手動等閥門；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真空插板閥、銦密封氣動真空插板閥和金屬密封氣動真空閥。

①氟橡膠密封氣動真空插板閥該閥的閥板密封處漏氣速率（簡稱漏率）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)是傳動增力機(jī)構(gòu)簡單輕便，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。在國外很多真空系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

②銦密封氣動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，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Varian公司生產(chǎn)的全金屬氣動超高真空擺動閥，其漏氣速率不超過IX 10-7 Pa • L/s, 閥門開啟時烘烤溫度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，造價昂貴。

當(dāng)前，在國外的各類真空系統(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真空系統(tǒng)性能要求的場 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， 國外應(yīng)用真空閥門的另一個特點(diǎn)是主要的驅(qū)動形式為手動、氣動及電動，其氣動形式的應(yīng)用。

（2）國內(nèi)真空閥門發(fā)展

國內(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個大系列、42個品種、150多個規(guī) 格的產(chǎn)品，尤其是生產(chǎn)的DJV1200大型氣動高真空蝶 閥，DN900的氣動高真空插板閥，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、電氣自動控制。生 產(chǎn)的GDCKJ型高真空氣動擋板閥和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，我國高科技的北京高能所電子對撞機(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。如早期手動的真空閥門可以用電動、氣動真空閥門更換，以實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)的自動化操作。

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*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 生產(chǎn)的這類閥門有CC型（手動）、CCD型（電動）、 GC型等幾種，但口徑在DJV500以上的閥門是薄弱環(huán)節(jié)。電動閥門是實(shí)現(xiàn)真空系統(tǒng)自動控制的重要元件。應(yīng)利用光電技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)行電動機(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)。要從閥門的傳動原理、密封材料、結(jié)構(gòu)形式等入手，吸取國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。要在吸取國外同類閥門*技術(shù)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)閥門設(shè)計，使我國各類真空閥門，從性能到結(jié)構(gòu)、外觀能達(dá)到國外同類閥門的*水平。除滿足我國真空裝置的需要外，力爭將我國的真空閥門打入 市場。