A vákuumrendszer és a szelepek alapvető szerepének áttekintése
1. A vákuumrendszer vákuumrendszerének meghatározása és osztályozása az, hogy a légnyomást egy zárt térben a légköri nyomás alatti környezetbe történő vákuumszivattyúk és más berendezések révén csökkentsék. Széles körben használják a félvezető gyártásban, az űrben, a tudományos kutatási kísérletekben, a vákuumolvasztásban, az élelmiszer -csomagolásban és más területeken.
A vákuumszint szerint felosztható:
Alacsony vákuum (1000 ~ 100 pa): Általában vákuumcsomagolásban és vákuumtisztító berendezésekben használják.
Közepes vákuum (100 ~ 0,1 PA): Vákuumbevonat és vákuumszárító kemence.
Magas vákuum (0,1 ~ 10⁻⁵ PA): A félvezető ostya gyártására és az elektronnyaláb -hegesztésre alkalmazható.
Rendkívül magas vákuum (<10⁻⁵ Pa): Used in cutting-edge fields such as space simulation cabins and particle accelerators.
2.
A fő funkciók a következők:
Elszigetelés és küszöb: A légköri behatolás megakadályozása érdekében blokkolja a légáramot a rendszer karbantartása vagy folyamatváltása során.
Áramlásszabályozás: Pontosan ellenőrizze a gázáramot, hogy megfeleljen a folyamat vákuumgradiensre vonatkozó követelményeinek.
Biztonsági védelem: Kerülje el a vákuumszivattyú -olaj visszapattanását, a nyomás enyhítését a túlterhelés során, és kerülje a berendezések károsodását.
Nyomásmérleg: Lassan szellőztet a vákuumkamra és a légkör között, hogy megakadályozzák a forrás vagy az ütés.
A vákuumszelepek fő típusai és jellemzői
1. Osztályozás felépítés és működési elv szerint
1.1 pillangószelep
Alapelv: Nyissa meg és zárja be a terelőlap (lemez), az egyszerű szerkezet, az erős áramlási kapacitás forgatásával.
Jellemzők
Alkalmazható nyomástartomány: 10⁵ ~ 10⁻3 PA (közepes és alacsony vákuum).
Zsákó módszer: Gumi vagy fém tömítőgyűrű, fém tömítés típusa nagy vákuumhoz használható.
Előnyök: Kis méret, könnyű, gyors válaszadási sebesség. Hátrányok: A gumi tömítések hajlamosak az öregedésre, és nem alkalmasak korrozív gázokra. Jellemző alkalmazások: A vákuumbevonat-gépek kimerültség előtti csővezetékei (például a Leybold, Németország gátsorozatú terelőlemezek). Kipufogógáz -áramkörök élelmiszer -vákuumcsomagológépek.
1.2 kapuszelep
Alapelv: A kapu csúszásai merőlegesek a folyadék irányára, és az áramlási ellenállás rendkívül kicsi, ha teljesen nyitott.
Jellemzők
Alkalmazható nyomástartomány: 10⁵ ~ 10⁻⁹ PA (a légköri nyomástól az ultra-magas vákuumig).
Tömítés módszer: fém fújtató + fluorubber, amely nulla szivárgást érhet el.
Előnyök: Kiváló tömítés, alkalmas a nagy vákuumcsövek levágására.
Hátrányok: Komplex szerkezet, hosszú nyitás és záró stroke, valamint magas költségek. Jellemző alkalmazások a félvezető litográfiai gépek vákuumkamra izolálása (például az Egyesült Államokban a HÉA 2000 -es sorozatú kapuszelepe). A vákuum olvadó kemence fő kipufogócsöve (például az ULVAC GU sorozatú kapu szelepe).
1.3 golyószelep
Alapelv: A gömbön vannak áramlási lyukak, amelyeket 90 fokos forgatással nyithat és bezárható, és az áramlási út egyenes.
Jellemzők
Alkalmazható nyomástartomány: 10⁵ ~ 10⁻⁴ PA (alacsony és közepes vákuum).
Zsáklási módszer: PoliTrafluor -etilén (PTFE) vagy fém kemény tömítés.
Előnyök: Kis áramlási ellenállás, erős korrózióállóság, szemcsés tápközeghez alkalmas.
Hátrányok: Magas feldolgozási precíziós követelmények és a fém kemény tömítés magas költségei.
Tipikus alkalmazások: A vákuumszárító berendezések légfelvétel szabályozását (például GV sorozatú gömbszelepek Edwards -ból, Egyesült Királyság). A vákuumreaktor kisülési csővezetéke a vegyiparban.
1.4 szögszelep
Alapelv: A szeleptest jobb oldali szerkezetű, és a szelepmag a tengelyirányú irány mentén mozog, mind a vágási, mind az elterelés funkcióival.
Jellemzők
Alkalmazható nyomástartomány: 10⁵ ~ 10⁻⁸ PA (nagy vákuum az ultra-magas vákuumig).
Tömítés módszer: fém fújtató + fluorubber, amely ellenáll a magas hőmérsékleten.
Előnyök: Sima áramlási csatorna, alkalmas a gyors gázáram -forgatókönyvekhez.
Hátrányok: Magas telepítési helyigény, függőleges vagy vízszintes telepítésre van szükség.
Jellemző alkalmazás: A vákuum -ion implantórium (például Kurt J. Lesker, USA pneumatikus szögszelepe, USA) gázbefecskendezési csővezetéke. Az űrszimulációs kabin fő kipufogószelepe (például a Kínai Tudományos Akadémia által önállóan kifejlesztett ultra-magas vákuumszög-szelep).
1.5 membránszelep
Alapelv: A légáramlás blokkolása az elasztikus membrán (gumi vagy fém) deformációjával, a töltelékdoboz nélkül.
Jellemzők
Alkalmazható nyomástartomány: 10⁵ ~ 10⁻² PA (alacsony vákuum).
Lezárási módszer: A membrán anyag közvetlenül érintkezik a tápközeghez, és korrózióálló.
Előnyök: nulla szivárgás, könnyen tisztítható, korrozív vagy nagy tisztaságú gázokhoz alkalmas.
Hátrányok: A membrán korlátozott élettel rendelkezik, és rendszeresen ki kell cserélni. Jellemző alkalmazások A vákuum desztillációs berendezések anyagvezérlése a gyógyszeriparban (például a svájci GF csővezeték -rendszerek membránszelepe). Vákuumüregű levegő szívószelep a lítium akkumulátor -előállítási műhelyben.
A vákuumszelepek legfontosabb műszaki mutatói és kiválasztási pontjai
1 alapvető műszaki mutató
Szivárgási sebesség
Meghatározás: A szelep tömítésen áthaladó gázáramlási sebesség egységenként, pa ・ m³/s -ben.
Szabvány: A nagy vákuumszelepeknek kevesebb vagy egyenlőnek kell lenniük 10⁻⁹ pa ・ m³/s-nél, és az ultra-magas vákuumszelepeknek kevesebb vagy egyenlőnek kell lenniük 10⁻¹² pa ・ m³/s.
Alkalmazható hőmérsékleti tartomány
Rozsdamentes acél + fémtömítésekre van szükség az alacsony hőmérsékleti forgatókönyvekhez (például folyékony héliumhűtés), és a sütésálló mintákra (200 ~ 450 fok) szükséges a magas hőmérsékletű forgatókönyvekhez (például vákuum-lágyító kemencék).
Vezetőképesség
Meghatározás: A gázáramlási sebesség, amikor a szelep teljesen nyitva van, ami a kaliberhez és a szerkezethez kapcsolódik (például a kapuszelep vezetőképessége magasabb, mint a gömbszelep).
Korrózióállóság
A korrozív gázok (például a Cl₂, SF₆) kezelése során a Hastelloy szelep test + PTFE tömítésre van szükség.
2 A kiválasztási folyamat és az óvintézkedések
Tiszta vákuumszint
Az alacsony vákuumhoz válassza ki a csapos szelepet vagy a golyószelepet, és a nagy vákuum/ultra-magas vákuumhoz kapuszelepet vagy szögszelepet kell használni.
A média jellemzőinek elemzése
A részecskéket tartalmazó közeghez válassza ki a golyószelepet (egyenes átmeneti áramlási csatornát), és korrozív gázokhoz válassza ki a membránszelepet vagy a bevont szeleptestet.
Megfelelő ellenőrzési követelmények
A gyors levágáshoz válassza ki a pneumatikus kapuszelepet (válaszidő <0,5 másodperc), és a pontos beállításhoz válassza ki az elektromos tűszelepet (például az Egyesült Államokban a Swagelok SS-4NV sorozatát).
Telepítési hely és kompatibilitás
A kompakt berendezésekhez válassza ki a jobb szögű szelepet (helymegtakarítást), és a karima felületének meg kell egyeznie a csővezeték szabványával (például az ISO, CF).
A tipikus iparágakban a vákuumszelepek alkalmazási esetei
1. félvezető gyártás: Az ultra-magas vákuumkörnyezet precíziós vezérlése
ESET: Vákuumszelepcsoport a fotolitográfiai folyamatban
Folyamatkövetelmények
A fotolitográfiai gép vákuumkamrájának egy ultra-magas vákuumot kell fenntartania, hogy megakadályozzák a gázmolekulák beavatkozását a sugárúthoz. A gyakori ostya be- és kirakodásához gyors szelepkapcsolási sebesség szükséges (<1 second) and zero leakage.
Megoldás
Fő elszigetelő szelep: pneumatikus kapuszelep (például áf 2000 sorozat), fém fújtató tömítés, a szivárgási sebesség, amely kevesebb vagy annál egyenlő 10⁻¹² pa ・ m³/s.
Gáz befecskendező szelep: Elektromos tűszelep (pontosság ± 0,1 SCCM), szabályozza a tisztítógáz áramlását (N₂).
Biztonsági védelem: Elektromágneses szellőzőszelep (válaszidő <50ms), gyorsan kiegyensúlyozza a nyomást vákuumszivattyú meghibásodása esetén.
Legfontosabb előnyök
A szelep belső fala elektrolitikusan csiszolt (RA kevesebb vagy 0,2 μm), hogy csökkentse a részecskék adszorpcióját és megfeleljen a félvezető tisztasági követelményeinek.
Támogassa a távoli digitális vezérlést (például az RS-485 interfész), a zökkenőmentes kapcsolat a litográfiai gépvezérlő rendszerrel.
2. Repülési repülés: vákuumszimuláció és szélsőséges környezeti tesztelés
ESET: űrhajó termikus vákuum tesztkamra
Folyamatkövetelmények
Szimulálja a tér vákuumát (10⁻3 PA) és a szélsőséges hőmérsékletet (-120 ~ +120 fok) az űrhajó-alkatrészek megbízhatóságának tesztelésére.
A vákuumkamra és a vákuumszivattyú és a kalibrációs gázforrás közötti áthaladást gyakran be kell kapcsolni.
Megoldás
Fő kipufogószelep: Nagy átmérőjű szögszelep (DN200), az áramlási vezetőképesség 5000 L/s-nál nagyobb vagy egyenlő, a vízhűtéses kabátot használják a sütés hőmérsékletének emelkedésével.
Nyomásmérleg -szelep: Pneumatikus lapperszelep pufferkészülékkel, állítható áramlási sebesség (0 ~ 1000 PA/s) a szellőzés során, hogy megakadályozzák a kabinban lévő berendezésekre gyakorolt hatást.
Kalibrációs gázszelep-csoport: Többcsatornás gömbszelep-tömb, hogy több gáz, például O₂ és CO₂ gyors váltásához érje el.
Főbb kihívások és válaszok
A hőmérsékleti ciklusok hőtágulást és a tömítések összehúzódását és összehúzódását okozják, és a deformáció kompenzálására használják az INVAR fújtatókat.
Az anyag kimeneti sebességének ellenőrzése nagy vákuumban a szeleptest 316l rozsdamentes acélból + elektrolitikus polírozásból készül, és a felszíni kimeneti sebesség kevesebb, mint 10⁻¹⁰ pa ・ m³/(S ・ cm²).
3.
ESET: A vákuum ív kemence olvadási vezérlése
Folyamatkövetelmények
Az olvasztási folyamat során a vákuumfokozást 10 ² -en kell tartani a fém oxidációjának megakadályozása érdekében; Ugyanakkor be kell vezetni az inert gázt (AR) a kemencében lévő nyomás beállításához.
A fémgőz (például a Ti, ZR) nagyon korrozív, és a szelepnek ellenállnia kell az eróziónak és a tapadásnak.
Megoldás
Vákuumszelep: Vízhűtéses kapuszelep, a szeleptestet volfrám-karbid (WC) bevonattal permetezik, amely ellenáll a fém gőz eróziójának.
Felfújható szelep: pneumatikus golyószelep, a szelepmag felületét nikkel-foszfor ötvözet (Ni-P) borítják, hogy megakadályozzák a fémcseppek ragaszkodását.
Biztonsági szelep: rugóval terhelt nyomáscsökkentő szelep, 0,15 MPa nyomás, automatikus kipufogógáz, amikor a kemence túl van nyomva.
Működési hatás
A szelep élettartamát a szokásos rozsdamentes acélról több mint 1 évre meghosszabbítják, csökkentve az állásidő karbantartási költségeit.
Az inflációs pontosság ± 5%, biztosítva, hogy az oxigéntartalmat az olvadási folyamat során 20 ppm alatt szabályozzák.
4. Élelmiszer és gyógyszer: Különleges követelmények az egészségügyi vákuumrendszerekre
ESET: A gyógyszerészeti fagyasztók aszeptikus vezérlése
Folyamatkövetelmények
A kábítószer -fagyasztást 10 ~ 1 pa, alacsony vákuum környezetben kell elvégezni, hogy megakadályozzák a gyógyszerkomponensek denaturációját.
A rendszernek meg kell felelnie a GMP szabványoknak, a szelep belső falának sima és nincs holt sarkával, amely kényelmes az online tisztításhoz (CIP).
Megoldás
Főszelep: Egészségügyi membránszelep (például a Németországban a 600 GEMO sorozat), a szeleptest 316L rozsdamentes acélból készül, és a belső felület csiszolt RA -t csiszolt, mint 0,8 μm.
Gőz sterilizáló szelep: pneumatikus szögszelep, támogatja a 134 fokos nedves hősterilizációt (SIP), a tömítőgyűrű perfluorubber (FFKM), kémiai korrózióálló.
Levegőszelepítő szelep: Flapper szelep baktériumszűrővel, a szűrési hatékonyság nagyobb vagy azzal egyenlő, vagy 99,99% (0,2 μm részecskék), amikor a levegőt átadják.
Megfelelés
Az Advantage Szelep kialakítása megfelel az ASME BPE szabványoknak, és anyagi tanúsítványok és felületi érdesség -tesztjelentések nyújthatók be.
Rugómentes és résmentes szerkezet, hogy elkerüljék a maradék folyadék által okozott mikrobiális növekedést.
Vákuumszelepek karbantartása és hibaelhárítása
Napi karbantartási pontok
Záróvizsgálat
Rendszeresen szkennelje be a szelepcsatlakozást egy hélium tömegspektrométer szivárgásdetektorral, és cserélje ki a tömítőgyűrűt, vagy javítsa ki a fújtatót, amikor a szivárgás sebessége meghaladja a szabványt.
Felszíni tisztítás
A nagy vákuumszelepeket vízmentes etanollal vagy acetonnal kell törölni, és a zsír alapú tisztítószereket szigorúan tiltják (a vákuumrendszer szennyeződésének megakadályozása érdekében).
Meghajtó mechanizmus karbantartása
Rendszeresen ellenőrizze a levegőforrás nyomását (0,4 ~ 0,6 MPa) pneumatikus szelepeknél, és vizsgálja meg a motoros szigetelési ellenállást (nagyobb vagy egyenlő 5 MΩ) az elektromos szelepeknél.
