Лекция 26 Элементы вакуумной арматуры
Как было показано ранее, любая технологическая вакуумная установка предполагает наличие трубопроводов (вакуумпроводов) для соединения насосов в вакуумную систему. Для реализации технологического процесса в вакууме необходимо подводить ток, измерять температуру, перемещать в вакууме инструменты и изделия, визуально наблюдать за процессом. Для конструирования устройств решающих эти задачи используются стандартные или типовые элементы: герметично присоединяемые фланцы, токовводы, термопарные вводы, смотровые окна, вводы движения в вакуум. При этом высоковакуумные конструкции (Р>10-4 Па) и сверхвысоковакуумные (Р≤10-4 Па) резко отличаются друг от друга.
Высоковакуумные конструкции основаны на использовании резин или эластомеров (полиамидов, витона, фторопласта и других эластичных материалов) для герметизации. Сверхвысоковакуумные конструкции должны обладать малым потоком газоотделения (Q<10-7 ÷ 10-10 м3*Па*с-1)
Для получения малого потока газоотделения конструкция должна быть прогреваемой (до 250°С за рубежом или до 450°С в России из-за отсутствия специальных нержавеющих сталей вакуумной плавки). Это исключает использование эластомеров и требует использование мягких металлов (Cu, Al) для герметизирующих прокладок и керамики для изоляторов.
Рассмотрим все виды перечисленных элементов вакуумной арматуры сравнивая попарно конструкции предназначенные для высокого и сверхвысокого вакуума.
Фланец разъемный
а) Высоковакуумный фланец (рабочий вакуум Р = 10-5 Па)
Рис. 65 Высоковакуумное разъемное соединение
Обозначения: 1 – верхний фланец (сталь 1Х18Н10Т); 2 – уплотнение из резины (круглый профиль диаметром dмм, имеет деформацию около 12%); 3 – ограничитель деформации (алюминиевое кольцо); 4 – нижний фланец (сталь 1Х18Н10Т); 4 – болт
Таблица 1 Параметры высоковакуумного фланцевого соединения
Dу, мм |
D, мм |
d, мм |
Кол-во болтов, n |
уд. газовыд. резины, q г. рез |
10 |
15,3 |
5 |
4 |
10-3 |
16 |
18,5 |
5 |
4 |
|
25 |
28,5 |
5 |
4 |
|
Dу, мм |
D, мм |
d, мм |
Кол-во болтов, n |
уд. газовыд. резины, q г. рез |
40 |
43 |
5 |
4 |
10-3 |
63 |
78 |
5 |
4 |
|
100 |
110 |
5 |
8 |
|
160 |
165 |
6 |
8 |
|
250 |
273 |
8 |
12 |
|
400 |
412 |
8 |
16 |
Поток газовыделения из высоковакуумного фланцевого соединения внутрь вакуумной системы
Q = q г рез* F рез + q г Al * F Al + q г ст * F ст + q п * F рез
где
q г рез – удельное газовыделение (непрогретой) резины, q г рез = 10-3 м*Па*с-1
q г Al – удельное газовыделение прогретого алюминиевого кольца, q г Al = 10-5 м*Па*с-1
q г ст – удельное газовыделение непрогретой нержавеющей стали, q г ст = 10-5 м*Па*с-1
q п – удельная проницаемость резинового кольца, q п = 10-5 ÷ 10-6 м*Па*с-1 (зависит от толщины и материала)
F рез , F Al, F ст – площади резины, алюминиевого кольца, стали, обращенные в вакуум.
б) Сверхвысоковакуумный фланец (рабочий вакуум 10-5 ÷ 10-12 Па)
Рис. 66 Сверхвысоковакуумное соединение
Обозначения: 1 – верхний фланец; 2 – уплотнение (медь М1); 3 – нижний фланец; 4 – болт
Таблица 2 Параметры сверхвысоковакуумного фланцевого соединения
Dу, мм |
ØЕ, мм |
ØF, мм |
Кол-во болтов, n |
уд. газовыд. стали, q г. ст |
16 |
21,4 |
18,3 |
6 |
3*10-9 |
40 |
45,3 |
41,8 |
6 |
|
63 |
82,6 |
77,0 |
8 |
|
100 |
120,8 |
117,2 |
16 |
|
160 |
171,0 |
166,0 |
20 |
|
200 |
222,3 |
216,8 |
24 |
|
250 |
273,0 |
267,5 |
32 |
Поток газовыделения из сверхвысоковакуумного фланцевого соединения
Q = q`г М1* FM1 + q`г ст * Fст + q п * FМ1
где
q`г М1 – газовыделение медной прокладки (из меди М1) после прогрева, q`г М1 = 10-9 м*Па*с-1
q`г ст – газовыделение прогретой нержавеющей стали, q`г ст = 10-13 м*Па*с-1
FM, 1Fст – площадь медной прокладки и стальных поверхностей обращенных в вакуум.