真空系统设计

1、对焊缝的要求 : 1 真空侧深度熔焊2 双面焊接时，外部结构最好断续焊或设置钻孔（便于检漏）3 内部结构焊必须断续（以便气体容易被抽走）4 焊缝应一次焊好，否则应将缝磨掉直至露出母材5 焊缝漏率必须低于 10-6Pal/s6 焊接的组件应设计得使最大数量的焊缝在制造阶段测试漏率。 可拆密封：密封机理：依靠弹性垫圈在外力作用下变形来堵塞被 连接件表面的微小凹坑形成的通道。弹性体有金属和非金属两类。 外力可以通过螺栓、螺母、卡环等方式施加。密封面粗糙度有要求，通常达到粗糙度1.6。螺栓连接：密封圈：非金属密封圈：依靠弹性圈的弹性变形来实现密封。由于放气量大，而且烘烤温度不能高于150°C

2、，所以通常只用于低、高真空系统中。密封槽的形状：矩形 倒三角形 燕尾槽螺栓连接：金属密封圈：金属密封圈：依靠垫圈的塑性变形实现密封因为放气量小，烘烤温度可高于200 C,所以金属密封圈常用于超高真空系统。由于是利用塑性变形的特性，所以金属圈基本是一次性使用。 材料：无氧铜、金、银或保险丝 形状： O 型截面垫圈（金属丝） ，矩形截面垫圈（无氧铜 真空动密封 :往复、旋转、摆动将运动传递到真空室所需要的密封连接称为动密封。如要使真空室中的某个物件通过 真空室外部的电机带动而旋转，那么必将有一根旋转的轴穿过真空室壁.接触式 :接触注油式 自润滑材料密封 （ 自润滑材料：石墨聚四氟乙烯 ）液态金属密

3、封 :液体薄膜表面张力或利用液柱高度与压差之间平衡。J形橡胶圈的密封结构JO形橡胶圈密封结构O形橡胶圈密封结构。磁流体密封：磁性流体 : 把磁铁矿等强磁性的微细粉末，在水、油类、酯类、醚类等 液体中进行稳定分散的一种胶态液体，又称磁性液体、铁磁流体或磁液。它既具有液体 的流动性又具有固体磁性材料的磁性。磁流体由 3 种主要成分组成：固体铁磁体微粒载液（溶媒） 。包覆着微粒并阻止其相互凝聚的表面活性剂（稳定剂） 磁流体可以封气、封水、封油、封尘、封烟雾等，磁流体密封是通过设置单个或多个永久 磁铁和铁磁性极靴，在旋转轴和极靴的夹缝中加入磁流体，由于磁场吸引力的作用，磁流体绕轴形成 “C”型环，把空

4、隙完全堵住，阻止被密封介质从空隙通过。铁磁流体耐压值的影响因素：磁流体轴向厚度、磁流体饱和磁化强度、外加磁场强度、密封级数、径向间隙、极靴形状和轴的转速磁流体密封的破坏过程：当两侧无压差时，极靴处密封液环保持正常形状； 当存在两侧压差时，密封流体呈弓形断面，但仍能保持正常形状； 当两侧压力增大至磁流体密封的承载能力时，密封液环先开始变形，然后迅速穿孔；继续增加压差， 密封液环遭破坏。磁流体密封的优缺点：优点：维护量小，寿命长，泄漏量可忽略； 可以在轴高速运转下使用；对轴的表面质量要求不高；摩擦损失小，无磨损颗粒； 磁流体不用抽送，只要求有时补给；密封结构紧凑。缺点：磁流体密封要求工艺流体与磁流

5、体互相不融合； 有工艺流体蒸发和磁流体退磁的限制；耐压不太高； 轴周转速一般不超高 6080m/s，防止温升导致性能下降。非接触式：转轴与真空室之间留有间隙：减压密封 分子运动密封 磁连接隔板密封1利用动态真空系统的特性，将泵的抽速Se加大 S,使得 S*P1与漏进去的流量平衡，这样真空室内压强不会因为漏气而变化。2 利用磁力将真空室外部运动传递到真空室内部。挠性管连接 - 非金属橡胶管 -金属波纹管电输入及注意事项： 1 保证电极与真空室之间可靠密封；2 保证电极与真空室之间绝缘，特别是高电压输入时，要用陶瓷绝缘；3 接线柱足够粗 ,能承受相应电流产生的热量，而不至于过热；可采用 低压大电流

6、水冷电极结构；4 当输入高频时，考虑材料电阻率的变化及对波的吸收导致的发热。阀门功能：开关气路、改变气路方向调节真空度定量充气种类：按结构分 蝶阀，插板阀、翻板阀、角阀、针阀等阀门设计一般性要求：密封性好； （阀盖与阀座，阀盖与大气之间， 阀座与大气之间均要有密封连接） 。阀门开启要有大的流导； 材料饱和蒸汽压低；结构简单，操作方便； 开关要有标识，传动装置在高压侧阀门的构成：阀盖 阀座 密封圈 压紧机构 传动机构 密封圈可以由阀盖或阀座直接代替：在没有密封圈时， 阀盖与阀座，要一软一硬，软金 属变形，形成密封。 阀板压紧装置的设计要求：在压紧密封垫时，阀板不产生横向运动；压紧位置要重合；压紧

7、后能自锁；均压、续压和调压 阀板压紧方式：螺旋压紧；斜面压紧；链板压紧；偏心轮压紧； 弹簧压紧；弹簧垫圈自身压紧动力压紧。阀门动力选择：手动 电动 磁动 气动。真空继电器：真空系统实现自动控制的关键元件。储气罐：存储气体，在前级泵停止，而主泵继续工作时，用于暂时存储主泵排出的气体 维持泵的作用在主泵排出的气量比较小时用小的前级泵排除主泵排除的气体量 捕集阱：作用：消除油蒸汽。机理：利用光学屏蔽性原理挡住油蒸汽分子 或利用冷凝、吸附或吸留特性将油蒸汽分子吸留在障板表面。分类：机械捕集阱：挡板或水冷挡板按排列成具有光学屏蔽性的结构。 冷凝捕集阱：用液氮冷却挡板，阻止分子进入真空室。吸附捕集器：用吸

8、附剂吸附油蒸汽。 机械捕集器设计原则：合理的选用材料尽可能的选用大的流导至少要有一次以上光学屏蔽 超高真空捕集器要能承受高温烘烤。 冷凝捕集器原理：机械阻挡、表面吸附、吸留及冷凝 冷凝捕集器解决机械捕集器的什么问题：油蒸汽的再蒸发及迁徙 冷凝捕集器设计原则：冷凝部位应具有较大的冷凝面积。结构为光学密闭的，防止蒸汽分子直线通过；有足够大的流导 冷剂消耗尽量少，清洗拆装方便。吸附捕集器原理：吸附剂对水、油蒸汽、油分解和裂解物的 物理化学吸咐。常用的吸附剂有：分子筛、活性炭、硅胶、 P2O5、 Al2O3 。除尘器：作用：排除所抽气体中的灰尘粉尘或颗粒防止泵内部磨损。分类：旋风除尘器，湿除尘器，电除

9、尘，器粗除尘器真空系统常用材料分类：结构材料和密封材料 结构材料构成真空系统主体材料，承受大气压， 可以是金属或非金属，包括元件连接处的密封圈 密封材料：是作为真空系统某些零件连接处或系统 漏气处的辅助密封作用的物质主要指真空脂、泥或蜡 对结构材料的要求：饱和蒸汽压足够低，不至于影响 系统的真空度；气密性好，不存在多孔结构或其他参楼院； 材料的吸气尽量少，且易于除气；化学稳定性好，不易氧化 和腐蚀；热稳定性好，在工作温度范围内，真空性能和机械 性能不至变坏；有足够的强度和刚度，易加工，成本低。 对密封材料的要求：有足够低的饱和蒸汽压；热稳定性好； 有一定的机械性质和物理性质；密封材料应能溶于某

10、些溶剂中 以便更换时易于清洗掉。真空系统常用金属材料：不锈钢、碳钢、不锈钢复合板：真空容器 、轴或薄壁件等；可伐：铁（ 29%）钴（ 53% ）镍（ 17% ）合金， 用作金属与硬质玻璃焊接的过度材料；杜美丝：镍（ 42% ） 铁（ 58% ）合金；磁性合金：软磁、硬磁材料（主要看矫顽力大小） ， 用作磁控溅射靶，衔铁等；铜及合金：高塑性、导热性及导电性好用作接线柱、密封材料或导热材料；铝：合金铝强度高、密度低， 用作支架、扩散泵内部部件。稀有金属：钨、钼、钽、铌，具有高熔点， 可以做发热元件，或发射电子，吸气剂（ Ti ）；金银具有好的延展性 及稳定性，作密封材料；易熔金属：铟、锡、镓及其合

11、金等。 不锈钢： 1Cr18Ni9Ti ：强度高，气密性好，机加工性能好， 焊接性能好，稳定工作范围 -270900 °C，用作容器或管道等 Cr 钢：抗腐蚀，耐高温；用作轴、杆等 CrNi 钢：延展性好，抗腐蚀， 耐高温；用作隔热屏等磁性和非磁性：含镍为非磁性； 碳钢：放气率大，用于低真空，表面需做处理 真空系统常用非金属材料：玻璃陶瓷橡胶塑料碳纤维密封材料 根据已知参数，确定主泵、配泵类型，配置其它真空元件，如阀门、捕集器等； 画出系统草图；计算总放气量，确定主泵有效抽速，并粗算、精算泵的抽速， 如不满足要求则重新选泵；确定配泵抽速，并进行粗算和精算； 绘出精确装配图纸；绘制零件

12、图、施工图纸。泵类型确定： （ 1）粗低真空系统：往复泵（排气量大，可抽含水或灰尘气体） 水环泵（排气量大，可抽含水或灰尘或易燃气体）油封式机械泵（抽除无尘气体含水量不大的气体）分子筛吸附泵（无油真空系统前级或低真空泵）（ 2）高真空系统：罗兹泵 +旋片泵（启动快，可抽含水或灰尘气体）；分子泵 +旋片泵（启动快，抽除清洁气体）扩散泵（或油增压泵） +旋片泵；（可抽含水或灰尘气体，对氢抽速大） 低温泵 +旋片泵超高真空系统：分子泵 +旋片泵（启动快，抽除清洁气体）扩散泵（或油增压泵） +旋片泵；离子泵 /钛泵 /低温泵 +预抽旋片泵（无油）选泵、配泵方法或原则：真空室所要求达到的真空度和工作真空度 主泵抽速比系统极限真空度高半个量级；工作真空度处在泵最佳抽速范围内。被抽气体种类以及工况（含水量、含尘、气体是否易燃、易爆等） 根据经济状况配泵种类：粗抽，粗抽兼前级。配泵（指前级泵）原则：满足预抽时间要求 前级泵要及时排出主泵排出的气体前级泵要在主泵出口处造成低于主泵最大排气压强的压强对配泵的要求：在主泵出口处造成的压强低于主泵最大排气压强;能及时排除主泵排出的气体量；满足预抽时间的要求。配泵抽速必须满足的条件：保证分子泵前级处于分子流状态。Se2=（ 210%） S1设计时注意事项：1选择结构材料方面，尽量选用国家标准中的无缝钢管和板材；2真空元件和真