國內外真空閥門發展與發展前景
一、國外真空閥門發展
世界上真空閥門技術先進的國家主要有俄羅斯、美國、法國、英國、德國、日本等,從20世紀初到現在,這些國家的真空閥門品種和規格都得到較快的發展。世界主要真空設備廠家,例如,巴爾蔡斯公司(Balgers)、雷寶德-海拉斯公司(Legbold-Heraeus)和西歐核子中心(CERN)、德國電子同步加速器研究所(DESY)等,都有真空閥門的專業生產廠,能按國際標準研制各種真空閥門。生產的真空閥門規格品種齊全,大多數真空閥門結構簡單,性能可靠。瑞士VAT是一家專門為科研工業部門研制、生產真空閥門的產業工廠。VAT廠最主要的產品有手動、氣動真空插板閥系列,金屬密封氣動真空插板閥系列,手動、氣動真空擺動閥系列,快速關閉真空閥系列,手動、氣動真空擋板閥系列,手動超高真空擋板閥系列等十多種真空閥門產品。這些產品在CERN和DESY加速器及其他真空裝置上得到廣泛應用,并享有較高的信譽。
國外真空閥門按閥門的動作特點分為插板式、擋板式、翻板式及微調式等閥門;按驅動形式分為氣動、磁動、電動及手動等閥門;按密封材料分為橡膠密封、銦銀合金不銹鋼密封、鈦合金鍍銀和鍍金不銹鋼密封、無氧銅不銹鋼密封的閥門。其中典型的真空閥門有氟橡膠密封氣動真空插板閥、銦密封氣動真空插板閥和金屬密封氣動真空閥。
1、氟橡膠密封氣動真空插板閥該閥的閥板密封處漏氣速率(簡稱漏率)不超過1×10-9mbar·L/s、氣源壓力為0.4~0.6MPa,氟橡膠密封材料的烘烤溫度為150℃。該閥的特點是傳動增力機構簡單輕便,在行程小的情況下,能全開或全關,通導能力最大,外形尺寸小,維護保養方便,性能可靠。在國外很多真空系統中得到廣泛應用。
2、銦密封氣動真空插板閥這種閥主要應用于在高能加速器中具有強輻射場合的真空系統中。與其他金屬密封結構的插板閥最大的區別是所需要的密封比壓較小。銦密封結構和壓緊機構設計合理,使用壽命可以超過500次。閥門的漏氣速率小于1×10-9mbar·L/s。不足之處是維護保養較復雜,外形尺寸大,造價昂貴。若沒有特殊的冷卻結構不能承受烘烤。
3、金屬密封氣動真空閥在需要烘烤溫度較高的真空系統中,當選用氟橡膠之類的閥門滿足不了需要時,則將金屬作為密封材料用到超高真空閥中。如CERN研究所研制的全金屬氣動超高真空擋板閥,漏氣速率小于1×10-8Pa·L/s,烘烤溫度為300℃,氣源壓力為2.5MPa,閥板選用TiA6V4合金表面鍍50μm的銀。美國Varian公司生產的全金屬氣動超高真空擺動閥,其漏氣速率不超過1×10-7Pa·L/s,閥門開啟時烘烤溫度200℃,閥體用不銹鋼材料,閥板用鈦合金表面鍍金的材料。但這類閥門需要的密封力較大,結構復雜,外形尺寸相應較大,對使用的真空要求嚴格,閥門的使用壽命短,維護保養復雜,造價昂貴。
當前,在國外的各類真空系統中,由于真空插板閥通導能力最大,結構簡單,性能可靠,所以應用最廣泛。由于全金屬密封的插板閥的結構較復雜,壽命較短,性能可靠性較差,應用范圍受到限制。所以除非用全金屬閥門才能保證整個真空系統性能要求的場合外,一般都采用氟橡膠密封的插板閥。如真空鍍膜機、離子注入機、各種表面物理試驗儀器及大型加速器等都把氟橡膠密封的插板閥作為主要閥門。此外,國外應用真空閥門的另一個特點是主要的驅動形式為手動、氣動及電動,其氣動形式的應用最為廣泛。
二、國內真空閥門發展
國內真空閥門生產廠家生產的真空閥門有真空電磁閥、真空蝶閥、真空隔膜閥、真空擋板閥、真空球閥、真空微調閥、真空調節閥、超高真空插板閥、超高真空擋板閥共9個大系列、42個品種、150多個規格的產品,尤其是生產的DN1200大型氣動高真空蝶閥,DN900的氣動高真空插板閥,具有相當高的技術水平。生產的GDD-J系列手電兩用真空擋板閥,適用于10-5~105Pa的壓力范圍,該系列閥門公稱尺寸為DN150~1200,漏氣速率小于1.3×10-5Pa·L/s。流導1200~70000L/s,啟閉時間15~60s,此外,閥門還配置了離合器和開關,具有安全性高、密封可靠、流量大及可實現手控、電氣自動控制。生產的GDD-J型高真空氣動擋板閥和GDD-JB型(扁閥)共兩大系列。公稱尺寸DN80~1200,漏氣速率小于1.3×10-5Pa·L/s;啟閥時間小于5~20s,氣源壓力0.4~0.8MPa,廣泛用于大、中型高真空系統中。
當前,我國真空閥門種類繁多,規格齊全。歸納起來,可分為七大系類,依次為:高真空插板閥系列、高真空擋板閥系列、高真空蝶閥系列、高真空電磁閥系列、真空電磁帶充氣閥系列、電磁壓差充氣閥系列、真空球閥系列。在電子、半導體、集成電路、真空測量、檢漏、離子束、電子束、激光、可控熱核反應及航空航天等領域得到廣泛應用。20世紀70年代,我國高科技的北京高能所電子對撞機,蘭州重粒子加速器,西南核工業受控聚變研究裝置等都配置著數種上百個高真空閥門產品。這些閥門性能先進,工作穩定可靠,保證了這些裝置的正常運轉,標志著我國真空閥門具有相當高的技術水平。
三、發展前景
今后發展真空閥門應重視如下問題。
1、更新換代要重視真空閥門的更新換代問題,早期的真空閥門若發現結構復雜,操作不便,給真空裝置運行帶來不便的話,希望能用同類規格的真空閥門更換。如早期手動的真空閥門可以用電動、氣動真空閥門更換,以實現真空系統的自動化操作。
2、節能要加強節能型閥門的研制和開發。用新型的密封材料、電磁相結合的驅動原理,研制新的節能型真空閥門。
3、大型手、電兩用高超高真空加強大型手、電兩用高超高真空插板閥的研制和開發。當前,我國生產的這類閥門有CC型(手動)、CCD型(電動)、GC型等幾種,但口徑在DN500以上的閥門是薄弱環節。電動閥門是實現真空系統自動控制的重要元件。應利用光電技術改進現行電動機構行程限位開關結構,以保證閥門開啟、關閉的可靠性。
4、超高真空閥門要加強超高真空閥門的研制和開發。要從閥門的傳動原理、密封材料、結構形式等入手,吸取國外同類超高真空閥門優點的基礎上,開發新產品。如超高真空微調閥,國內產品不多,滿足不了超高真空裝置氣流流量調節需要,要改進加工工藝,提高這類閥門的使用壽命。
5、標準化和通用化要加強真空閥門標準化、通用化工作。要在吸取國外同類閥門先進技術的基礎上,改進閥門設計,使我國各類真空閥門,從性能到結構、外觀能達到國外同類閥門的先進水平。除滿足我國真空裝置的需要外,力爭將我國的真空閥門打入國際市場。