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    真空阀门设计时的瞩目事项及组织计算方法

    岁月:2017-4-26 14:52:08 来源:合肥hot88官网 浏览数:3099

       真空阀门是空间系统之重大元件。对于构成管路一部分之阀门,他流导大小是一番重要的特性参数。对于第一用于起开关气路作用的阀门,阀板关闭的全封闭性能也是根本的特性参数之一。密封性能是用他漏气率来衡量的。对于第一用于调节气流大小的阀门,能够调动气流量的精度及范围,则是一项主要的特性参数。对于全金属超高真空阀门,每次关闭是否性能稳定?采用寿命是否长?是人家重要的特性指标。

    (1)对真空阀门的普通要求

      ①阀门的全封闭性能要好,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,有记号,传动机构在高压侧;

      ⑤真空阀门的货仓式、基本参数、联网尺寸和艺术标准应按国家专业标准执行。

      (2)阀板的全封闭结构和密封力计算

      ①胶垫密封结构及密封力的计量

      橡胶垫圈密封是采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促成的全封闭。现阶段真空阀门的胶垫密封归纳起来有6种,如图18所示。未来4种用于较大口径的阀门,以后2种用于较小口径的阀门。a种是前期利用的构造,为了便于加工阀座上的全封闭槽,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。当今绝大多数阀门都使用阀板上带密封圈的构造。

      分选真空阀门的全封闭结构时应注意以下几线: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全封闭垫材料等.b.关阀后密封圈截面上有最大的回落变形.c.组织力求简单;d.制造方便;e.密封元件便于拆卸和整治。

      阀门关闭的全封闭性能好坏决定于密封垫填塞阀座表面不平的品位。影响这种填塞程度的要素有二地方:a.密封垫材料的刻度和压紧程度;b.阀座表面的粗糙度。普通阀座表面的粗度都高于3.2/Δ,密封垫的刻度都在邵氏硬度55~75之间。密封垫的压紧程度,根据试验结果,顶橡胶的刻度在邵氏硬度50上述,而表面没有其他擦伤时,橡胶垫的惊人压缩比在15%上述就能达到漏气率小于1.33×10-7Pa·L/s·cFn。的全封闭性能。如果考虑到制造精度上允许的过错·把压缩比适当提高部分是不可或缺的。于是建议真空阀门密封垫的相对压缩比通常取为15%~25%。

      胶垫密封闷板的全封闭力计算,大多数可按0形环在矩形槽中受压缩的全封闭力进行近似地测算

      Fs=σBL =σxEBxπdDN (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;σx-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-密封圈的点径,cm;D-密封槽的对方径,cm。

      一些阀门只要求单向使用,例如扩散泵入口阀门,阀板只要求封住扩散泵中的真空状态。这种阀的计划,结构上允许阀板在压力差作用下继续把压紧。于是,阀板关闭时只要求初始压紧力就得以。我国1968年真空阀门联合设计中提出,在上述情况下,密封的初步比压力得以取为20N/cm。。实行证明,这种做法是有效的。故这种阀门的初步密封力为

      Fs=20BLN (2)

      式中B-与密封比压力为20N/cm2外貌对应的胶垫密封宽度,cm;L-胶垫的尺寸,cm。

      一些阀门需要双向使用,既不但需要封住阀板上方的直径,有时还得封住阀板下方的直径。这种阀门的阀板密封力应用下式计算:

      Fs=σBL+7.85×10-5D2PdN (3)

      式中Pd是大气压强,Pa;其他符号同前。

      ②五金垫密封结构及密封力计算

      送出金属垫密封的几种结构。其中有针阀的构造,还有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、电气化氧铜、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。一种是用低熔点的脆弱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抗药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。据此除了阀板的传动上应有精确的导向机构外,典型尖还应倒圆。倒圆半径一般有两种:R0.1mm和R0.2mm,大多数取为R0.1。希冀(g)没有问题压痕问题,密封垫的寿命较长。

      典型形状对阀门性能也有稳定影响。表面2送出了一部分实验数据,副表面中实验数据可知,直角形刀口比夹角形刀口所需螺旋压紧转矩大些。

      为了加强阀板(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该之全封闭性能时,可通过微调,使压痕再稍深一些。这样能保证密封性一能,也拉开了阀板的应用寿命。

      现阶段有关金属垫密封阀门的全封闭力计算通常是基于实验数据。设计者针对所筹的全封闭结构进行模拟试验,确认出密封比压力,接下来按照具体的全封闭尺寸进行计算。

      根据表中的数据,五金垫密封力可按下式计算:

      Fs=Ls.fls=As.fsaN (4)

      式中Ls-密封口中心长度,mm;fls-单位长度的全封闭力,N/mm;As-密封面积,mm2;fsa-单位面积的全封闭力,N/mm2。

      (3)阀板压紧装置

      准确地测算阀板的全封闭力是空间阀门设计的重要性问题,而正确地设计阀板压紧装置则是达到密封力的中心保证。

      ①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。五金垫阀门对此要求严格,胶垫的差些;

      c.要均衡压紧密封垫。因为不平衡压紧密封垫就可能造成封闭不连贯;

      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,必须越过调节才能压紧。

      ②租用的几种压紧方式

      a.螺旋压紧在空间阀门中采用最广大,她的构造简单,制造容易,压紧时增力倍数较大,适用手动、机关两种阀门;他缺点是开关阀门时间较长、传动效率较低。

      现以超高真空阀门的实际结构来阐明螺旋压紧。1带刀口的阀座,2是可转换的阀板,她由带导向槽的螺杆3带动。螺母4拧在螺杆3上,他轴向由止推轴承限定,只能转动。顶螺母转动时,螺杆3因导向键5的限制,只能作上下移动,故而带动阀板上下移动,或打开阀门或关闭阀门。这种阀的基本点是阀板关闭要有重合性。经历证明,采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。该种结构还采取制动圈6来解决螺母退扣问题,功能很好。

      螺旋压紧的螺母阻力矩的计量可参照机械设计中有关的计量。压紧后的自锁条件是 λ=arctanf(5)

      式中 λ——螺旋升角;f——螺杆与螺母材料的摩擦系数

      b.票面压紧

      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。然而对于一般钢材,摩擦角为5°43’,若要保证自锁,需斜面升角入<5°43'。假设胶圈压下量为1.5mm,则在终点情况下,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,明确这是不能同意的。因而这种结构要采取传动连板5转至死点来保证自锁。

      为产生所需密封力Fs,见图22,传动连板给阀板的作用力Ft,应为

      Ft=Fs.tan(λ+ρ) +fFs(6)

      式中ρ——票面间材料的摩擦角;f——胶圈与阀板的摩擦系数

      为了消除压紧密封圈时,阀板与密封圈间的摩擦力,现阶段国内外都使用图23所示的压紧密封原理。此刻

      Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7)

      式中f1——滚轮与导轨之间的摩擦系数;其他符号的意思同上。

      c.链板压紧

      链板压紧机构如图7所示。希冀24是一流的链板压紧力图。如果不考虑铰链的摩擦力,图在链板上有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)送出的起义力Ff(Ff=Fs)和推杆传来的作用力F`t。因为链板是压力杆,因而合力在伊核心线上。微重力Ft还需克服滚轮与导轨槽的摩擦力fFf=fFs,根据力的平衡条件可得

      Ft=Fs(tanα+f) (8)

      式中α——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

      λ<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,a<8°30’,链板自锁;对于滚轮摩擦,a<2°50’,链板自锁。

      d.弹簧压紧

      阀板6由弹簧5压紧密封。顶电磁线圈2交通电时,衔铁4把吸上,阀板被提起打开阀门。

      e.主题性垫圈自身压紧

      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,要求阀塞的两岸有光滑的倒角,以免擦伤密封圈。

      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。阀门是靠薄壁铜身在油压作用下产生抗药性变形,与阀体内筒的细腻表面紧密贴合来密封的。顶撤去油压时,薄壁铜身恢复原形,阀塞就足以拉上扮演开拓阀门。

      为了消灭金属垫密封阀门所需的大压紧力,室外采用了高压气动压紧。顶阀板推至阀口后,往波纹管中交通以高压空气(21个大气压或35个大气压)对阀板压紧密封。

      鉴于电磁力较小(大磁力线包可能很大),衔铁行程有限,于是电磁力压紧多用于小口径阀门。

      ③压紧装置中的均压、续压和调压措施

      为了保证阀门的全封闭性能,渴求阀板压紧密封圈时能自动均压;顶大气压压到阀板上时能同意进一步压紧;又因为密封圈和其他传动件的加工制造差不可避免,因而阀板压紧程度必须可调。这就是压紧装置的年均压、续压和调压问题。在图11所示的空间阀门中,穿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;采用压杆头(兼作导向杆8)与阀板螺纹联接来达到压紧程度可调;采用初压下活塞达不到气缸底来促成大气压压到阀板时,阀板继续压紧密封圈。

      上述的年均压措施在铰销轴方向不能自动均压,要求在组建中人工调好。对于规范较小的阀门,鉴于绝对误差量较小,在组建中容易调好,但对于规范较大的阀门,就困难得多。于是对于大原则阀门应采取完全自动均压的办法。例如图28所示的构造,利用球而压头就能完整自动均压。

      (4)阀板的传动机构

      阀板的传动机构有两个力量:一是使阀板压紧密封圈,合同阀门的全封闭性能;二是使阀板开启后,阀门有较大的流导。负责第一个职能的单位零件,鉴于受力较大、有难度、零度和安宁问题,计划中要求考虑。那些机件是传动机构中的主要构件,负责第二个力量的机件主要使命阀板按所要求的职位开启,于是受力不大,零件的矿化度等问题是副的。

      普通的空间阀门,他阀板的压紧机构就是人家传动机构,例如图7、希冀8、希冀12、希冀14等。这类传动机构,只要知道了阀板压紧机构的压紧力,就足以按照普通机械传动进行规划了。

      对于真空翻板阀,阀门开启时阀板翻转一个摄氏度,对阀板运动的非常要求是:①阀板压紧或松开密封垫圈时,要求直起直落;②初步阀板时,要求翻转较大的贡献度,最好达到90°;③在阀板翻转过程中,阀板不能与阀座相碰。现阶段国内第一采取三种翻转机构,即挡杆挡翻、四连杆机构和蚌线机构。

      (5)真空阀门的带动力选择

      真空阀门的传动动力主要有手动、磁动、气动、机关和液动。分选阀门动力主要考虑①借鉴方便;②做事可靠。例如手动适合于小型的,电气化程度要求不高的和试验用之设施上采取的阀门;而大型农业生产用之货币化程度高的设施上的阀门,则必须用磁动、气动、机关或液压的。通常,磁动阀门口径都较小,动作较快,电磁电源也较富裕;而气动阀门突出的特性是动作快;双方都适合于作保护性的阀门。机关(即电动机传动的)和液压的阀门,都是要求大动力之阀门,尤其是液压传动的阀门,动力小了不适宜,她不象电动的阀门,常常因为电源方便而把采取。实际上,无论是采用哪种动力,都不能不保证阀门工作可靠。

      (6)阀门开关的限位和指示

      为了使阀门开关准确可靠和借鉴方便,阀门的初步和关闭需要有限位和指示。特别是金属垫密封的阀门更须严格控制阀座刀口对金属垫的楔入量,在保证密封性能的大前提下,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,限位有保护设施免遭机械损伤的重大作用。

      机关真空阀门中所用之开关限位和指示装置。螺杆5把固定在阀板的传动轴上,指针8定位在螺母6上,指针8和螺母6只能沿着刻度尺滑动,顶螺杆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)开拓阀板的带领装置

      部分真空阀门在初步阀板之前,要求先使阀板上从的液压平衡,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。带领装置还可用来在阀板上下压差较大的情况下,用较小的传播动力打开阀板。在阀板上配备个小阀门,让传动杆6先打开小阀的全封闭板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。

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