Вакуумные системы предъявляют уникальные требования к клапанам, а в книге «Клапаны в вакуумных системах: типы, интенсивность утечек и руководство по выбору» объясняются типы, скорости утечек, материалы и применимые правила выбора. В этом руководстве рассматриваются вакуумные режимы, семейства клапанов, уплотнения и необходимые испытания.
Вакуумные клапаны герметизируют утечку внутрь атмосферы.
Скорость утечки выражается в Па·м3/с, вплоть до 10-9 для клапанов сверхвысокого давления с металлическим уплотнением.
Типы ворот, углов, бабочек и шаров предназначены для различных вакуумных схем.
Для работы в сверх-высоком вакууме необходимы запекаемые металлические уплотнения.
Испытание на утечку гелием подтверждает указанную скорость утечки.
Что требуется от клапана для вакуумной эксплуатации
При работе в вакууме направление утечки — внутрь: атмосферный воздух попадает в систему через любой дефект, загрязняя процесс. Поэтому вакуумный клапан должен обеспечивать защиту от атмосферного давления снаружи, что требует плотных уплотнений, материалов с низким выделением газов и чистой конструкции. Клапан также не должен задерживать объемы, которые выходят медленно, и он должен выдерживать прогрев там, где этого требует система.
Режимы вакуума и режим работы клапана
Грубый вакуум (приблизительно до 1 Па), высокий вакуум (до 10-4 Па) и сверх-высокий вакуум (ниже 10-7 Па) предъявляют к клапану совершенно разные требования. В системах грубого и высокого вакуума обычно используются клапаны с мягким-уплотнением; сверхвысокий вакуум требует использования запекаемых клапанов с металлическим уплотнением и чрезвычайно низким выделением газов. Требуемая скорость утечки и температура отжига определяют конструкцию клапана.
Типы клапанов для вакуума
Задвижки являются «рабочей лошадкой» для больших вакуумных отверстий, обеспечивая полную проводимость в открытом состоянии; угловые и прямоугольные-клапаны подходят для компактных установок; дисковые и шаровые краны используются при низком вакууме. Пневматическое и электромагнитное управление обычно применяется в системах автоматизации, а ручное управление или управление с помощью ручного-руля — для сервисных клапанов. Каждый тип доступен с мягкими или металлическими уплотнениями.
Скорость утечки и герметизация
Скорость утечки выражается в Па.м3/с или мбар.л/с (и исторически атм.куб.см/с). Типичный вакуумный клапан с мягким-уплотнением удерживает скорость утечки ниже 10-6 Па·м3/с, тогда как клапаны с металлическим-уплотнением для сверхвысокого давления достигают уровня ниже 10-9 Па·м3/с. Уплотнения представляют собой уплотнительные кольца из фторэластомера FKM или других эластомеров с низким выделением газов для умеренного вакуума, а также уплотнения из меди или другого металла для эксплуатации в условиях сверхвысокого давления. Скорость утечки проверяется испытанием на утечку гелием.
Материалы и возможность выпечки
Вакуумные клапаны изготовлены из нержавеющей стали с отделкой, обеспечивающей низкую-выделение газов, а эластомерные уплотнения ограничивают температуру отверждения: фторэластомер FKM допускает температуру около 150-200 градусов C, тогда как конструкции с металлическими-герметиками спекаются до 300 градусов C и выше для сверхвысокого давления. Фланцы соответствуют стандарту ISO 1609 (KF/ISO-K), фланцам с металлическим уплотнением CF для сверхвысокого напряжения и образцам ANSI для больших размеров. Материал и отделка определяют достижимое базовое давление.
Правила выбора
Выберите клапан по режиму вакуума, размеру отверстия, требованию к скорости утечки, способности к обжигу и срабатыванию. Укажите необходимую проводимость в открытом положении, допустимую скорость утечки в Па·м3/с, стандарт фланца и давление на стороне атмосферы. Для технологического вакуума также применимы совместимость сред и температура.
Часто задаваемые вопросы
Задвижки, угловые, дисковые и шаровые краны с мягкими или металлическими уплотнениями, подбираемые по вакуумному режиму и требуемой скорости утечки.
Клапаны с мягким-уплотнением обычно выдерживают давление ниже 10-6 Па·м3/с; клапаны сверхвысокого давления с металлическим уплотнением достигают давления ниже 10-9 Па·м3/с, что подтверждено испытанием на утечку гелием.
Клапан, выдерживающий нагрев до 150-300 градусов Цельсия во время прогрева системы, что требует металлических уплотнений и материалов с низким-выделением газов для сверхвысокого вакуума.
Задвижка открывает полное отверстие для максимальной проводимости; Угловой клапан поворачивает поток на 90 градусов и подходит для компактных планировок.
ISO 1609 KF и ISO-K для работы в вакууме, металлические фланцы с уплотнениями из металла-CF для сверхвысокого давления и фланцы ANSI для больших размеров.
Путем обнаружения утечки гелия при закрытом клапане под вакуумом, измеряя сигнал гелия в зависимости от заданной скорости утечки.