东北大学真空工程博士点，博士导师杨乃恒先生主持
第一讲：真空科学的发展及其应用李云奇 95(2)
…………………………………………第二讲：真空物理基础张世伟 95(3)
………………………………………………………第三讲：机械真空泵(一)(二)(三)(四)(五)(六)…张以忱95(4)、(5)、(6)、96(1)、
(2)、(3)第四讲：蒸汽流真空泵姚民生 96(4)………………………………………………………第五讲：气体捕集式真空泵徐成海 96(5)
智能一体机服务评价器…………………………………………………第六讲：真空测量刘玉岱 96(6)、97(1)、(2)、(3)、(4)……………………………………第七讲：真空检漏关奎之 97(5)、(6)、98(1)、
(2)、(3)……………………………………第八讲：真空系统设计王继常 98(4)、98(5)、98(6)、99(1)、
(2)、(3)………………………第九讲：真空系统组成元件王继常 99(4)、99(5)
…
………………………………………第九讲：真空系统组成元件
王继常
(东北大学)
31真空阀门的设计(上接1999年第5期第48页) 真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
①阀门的密封性能要好，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;
真空垫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，有标志，传动机构在高压侧;
1—阀板(或阀塞)2—压板3—橡胶圈(或膜)4—阀座
图18 真空阀门中橡胶圈密封的几种结构
⑤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①胶垫密封结构及密封力的计算
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 种是早期采用的结构，为了便于加工 5
4第6期1999年12月 真 空V acuum 2V acuum T echno logy and M aterial
64真 空 第6期
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:a1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;b1关阀后密封圈截面上有最大的压缩变形;c1结构力求简单;d1制造方便;e1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:a1密封垫材料的硬度和压紧程度;b1阀座表面的粗糙度。通常阀座表面的粗糙度都高于3.2
，密封垫的硬度都在邵氏硬度55～75之间。密封垫的压紧程度，根据试验结果，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1.33×1027Pa・L s・c m2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%。
胶垫密封阀板的密封力计算，多数可按O形环在矩形槽中受压缩的密封力进行近似地计算
F s=ΡB L
=Ρx EB xΠdD N(1)式中 Ρ—密封比压力,N c m2;B—密封宽度，即密封圈与阀座的接触宽
度,c m;L—密封圈平均周长,c m;Ρx—相对比压力;E—密封圈材料的相氏模量,N c m2;B x—密封圈的相对宽度,d 密封圈的线径,c m;D—密封槽的中径,c m。
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 c m2。实践证明，这种做法是可行的。故这种阀门的初始密封力为
F s=20B L N(2)式中 B—与密封比压力为20N c m2相对应的胶垫密封宽度,c m;L—胶垫的长度,c m。
毛衣针
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 s=ΡB L+7.85×1025D2P d N(3)式中P d是大气压强,Pa；其余符号同前。
②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:R0.1mm和R0.2mm，多数取为R0.1。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(N ・m )
漏 率
(Pa ・m 3 s )刀口型式实验次数
所需转动力矩(N ・m )
漏 率
(Pa ・m 3 s )夹角型″″″
1234
真空装
49494949
<6.7×1029<6.7×1029<6.7×1029<6.7×1029
直角型″″″
1234
54545454
<8×1029<8×1029<8×1029<8×1029
注：直角形如图19(b )所示，夹角型如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。
1—阀板 2—阀座 3—铟银或铟铅合金 4—铟
图19 金属垫密封的几种结构
图20 金属垫密封的几种阀座
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。这样能保证密封性能，也延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:
F s =L s f
ls
=A s f sa N (4)
式中 L s —密封口中心长度,mm ;f ls —单位长度的密封力,N mm ;A s —密封面积,mm 2
;f sa —
单位面积的密封力,N mm 2
。
水表箱(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。
①阀板压紧装置应达到的要求
a 1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 1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 1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;1压紧后必须能自锁，否则要有动力来维持压紧状态;
7
4第6期 王继常：真空系统组成元件
e 1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。
表3
金属垫圈密封的比压力
(未完待续)
中国真空学会真空获得与测量专委会第二次会员大会
暨学术交流会在昆明召开
中国真空学会真空获得与测量专委会第二次会员大会暨学术交流会于1999年8月在昆明召开，来自全国真空行业各企业、高等院校、科研院所的60名代表参加了大会。
第二届专委会由35人组成，其中正、副主任委员7人，专委会主任委员由沈阳真空技术研究所总师于溥先生担任，秘书长由沈阳真空技术研究所行业处处长李春影女士担任。
会议进行了学术交流，共有16位专家学者进行了大会发言，探讨了国内外真空获得设备和测量技术的最
新发展动态，沟通了学术界和企业界的联系。
(真空获得与测量专委会供稿)中国通用机械真空设备行业协会三届三次理事会扩大会议在上海召开
中国通用机械真空设备行业协会三届三次理事会扩大会议于1999年10月18日在上海召开。会议就协
会理事长变更一事作出决议。因原真空设备行业协会理事长于溥不再担任沈阳真空技术研究所所长职务，由现任所长卞晓佳担任真空设备行业协会理事长。
会议期间，浙江真空设备集团有限公司原董事长兼总经理马荣法和现任董事长曹羽、淄博真空设备厂厂长黄毅、上海曙光机械制造厂厂长陆三元、兰州真空设备有限责任公司总工程师彭平、北京仪器厂(集团)副厂长陈光等同志分别就各自单位的体制改革、新产品开发、市场营销等诸多问题做了大会发言。与会代表就此
进行了座谈交流，提出了意见和建议。
(真空设备行业协会办公室供稿)84真 空 第6期
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