Přehled vakuového systému a základní role ventilů
1. definice a klasifikace vakuového systému vakuového systému je snížit tlak vzduchu v omezeném prostoru na prostředí pod atmosférickým tlakem vakuovými čerpadly a dalším zařízením. Osoba se široce používá při výrobě polovodičů, letectví, vědeckých výzkumných experimentech, tavení vakua, balení potravin a dalších polích.
Podle úrovně vakua lze ji rozdělit na:
Nízké vakuum (1000 ~ 100 pa): Běžně se používá ve vakuových baleních a vysavacích čisticích zařízeních.
Střední vakuum (100 ~ 0,1 PA): Aplikováno na vakuové povlaky a vakuové sušicí pec.
Vysoké vakuum (0,1 ~ 10⁻⁵ PA): použitelné pro výrobu polovodičů a svařování elektronových paprsků.
Ultra vysoké vakuum (<10⁻⁵ Pa): Used in cutting-edge fields such as space simulation cabins and particle accelerators.
2. Jádro funkce ventilů ve vakuových systémech vakuových ventilů je „řídicí uzel“ vakuových systémů.
Mezi hlavní funkce patří:
Izolace a mezní hodnota: Blokujte proudění vzduchu během údržby systému nebo přepínání procesů, aby se zabránilo vniknutí atmosféry.
Regulace toku: Přesně kontrolujte tok plynu tak, aby splňoval požadavky procesu na vakuový gradient.
Bezpečnostní ochrana: Zabraňte zpětnému proplachování oleje vakuového čerpadla, při přetížení tlaku a zabránění poškození vybavení.
Vyvažovací rovnováha: pomalu větrání mezi vakuovou komorou a atmosférou, aby se zabránilo varu nebo nárazu.
Hlavní typy a vlastnosti vakuových ventilů
1. klasifikace podle struktury a pracovního principu
1.1 Motýl ventil
Princip: Otevření a zavírání otáčením přepážky (disku), jednoduchá struktura, silná průtoková kapacita.
Funkce
Použitelný rozsah tlaku: 10⁵ ~ 10 3 PA (střední a nízké vakuum).
Metoda těsnění: Rubber nebo kovový těsnění, typ kovového těsnění lze použít pro vysoké vakuum.
Výhody: malá velikost, lehká hmotnost, rychlá rychlost odezvy. Nevýhody: gumová těsnění jsou náchylná ke stárnutí a nejsou vhodná pro korozivní plyny. Typické aplikace: Pre-Exhaust potrubí vakuových potahovacích strojů (jako jsou přehradní série baffle ventily Leybold, Německo). Výfukové obvody potravinových vakuových obalových strojů.
1.2 Gate ventil
Princip: Brána sklouzne kolmo ke směru tekutiny a odpor toku je extrémně malý, když je plně otevřený.
Funkce
Použitelný rozsah tlaku: 10⁵ ~ 10⁻⁹ PA (od atmosférického tlaku po ultra vysoký vakuum).
Metoda těsnění: kovové měchy + fluororubber, která může dosáhnout nulového úniku.
Výhody: vynikající těsnění, vhodné pro odříznutí vysokých vakuových potrubí.
Nevýhody: komplexní struktura, dlouhý otevírací a závěrečný tah a vysoké náklady. Typickými aplikacemi jsou vakuová komora izolace polovodičových litografických strojů (jako je 2000 série brána ventilu DPH ve Spojených státech). Hlavní výfukový plynovod vakuové tavicí pece (jako je ventil brány GU série Ulvac).
1,3 kulový ventil
Princip: Na kouli jsou průtokové otvory, které lze otevřít a zavřít otáčením 90 stupňů a průtoková cesta je rovná.
Funkce
Použitelný rozsah tlaku: 10⁵ ~ 10⁻⁴ PA (nízká až střední vakuum).
Metoda těsnění: Polytetrafluoroethylen (PTFE) nebo pevné těsnění kovu.
Výhody: Odolnost proti malému toku, silná odolnost proti korozi, vhodná pro granulární média.
Nevýhody: Požadavky na přesnost s vysokým zpracováním a vysoké náklady na pevné těsnění kovu.
Typické aplikace: Regulace příjmu vzduchu u vakuových sušicích zařízení (jako jsou kulové ventily řady GV z Edwards ve Velké Británii). Vypouštěcí potrubí vakuového reaktoru v chemickém průmyslu.
1,4 úhlový ventil
Princip: Tělo ventilu je struktura pravého úhlu a jádro ventilu se pohybuje podél axiálního směru, s funkcemi řezání i odklonu.
Funkce
Použitelný rozsah tlaku: 10⁵ ~ 10⁻⁸ PA (vysoké vakuum až ultra vysoký vakuum).
Metoda těsnění: kovové měchy + fluororubber, která vydrží pečení s vysokou teplotou.
Výhody: kanál hladkého toku, vhodný pro scénáře rychlého toku plynu.
Nevýhody: jsou vyžadovány vysoké požadavky na instalační prostor, vertikální nebo horizontální instalace.
Typická aplikace: Potrubí vstřikování plynu vakuového iontového implantu (jako je pneumatický úhel ventilu Kurt J. Lesker, USA). Hlavní výfukový ventil simulační kabiny Space (jako je ultra vysoký vakuový úhel ventilu nezávisle vyvinutý Čínskou akademií věd).
1,5 membránový ventil
Princip: Blokování průtoku vzduchu deformací elastické membrány (guma nebo kov), žádný nádivka.
Funkce
Platný rozsah tlaku: 10 ~ 10 ⁻² PA (nízké vakuum).
Metoda těsnění: Materiál membrány přímo kontaktuje médium a je odolný vůči korozi.
Výhody: nulový únik, snadné čištění, vhodné pro korozivní nebo vysoce čisté plyny.
Nevýhody: Membrána má omezený život a je třeba ji pravidelně vyměňovat. Typická kontrola materiálu Aplikace na vakuové destilační zařízení ve farmaceutickém průmyslu (jako je membránový ventil švýcarských potrubních systémů GF). Vakuový ventil vzduchu ve vzduchu ve výrobním ventilu lithiové baterie.
Klíčové technické ukazatele a body výběru vakuových ventilů
1 základní technické ukazatele
Míra úniku
Definice: Průtok plynu procházející těsněním ventilu za jednotku času, v PA ・ m³/s.
Standardní: Vysoké vakuové ventily musí být menší nebo stejné jako 10⁻⁹ pa ・ m³/s a ultra vysoké vakuové ventily musí být menší nebo rovny 10⁻² PA ・ m³/s.
Použitelný teplotní rozsah
Pro scénáře s nízkými teplotami (jako je chlazení tekutého helia) jsou nutné z nerezové oceli + kovová těsnění a pro scénáře s vysokou teplotou (jako jsou vakuové žíhací pece) jsou vyžadovány vzory rezistentní na pečení (200 ~ 450 stupňů).
Vodivost
Definice: Průtok plynu, když je ventil plně otevřený, což souvisí s ráže a strukturou (jako je vodivost brány ventilu je vyšší než kulový ventil).
Odolnost proti korozi
Při manipulaci s korozivními plyny (jako je CL₂, SF₆) je vyžadována těsnění ventilu s hastelloy + PTFE těsnění.
2 Proces výběru a preventivní opatření
Jasná hladina vakua
Pro nízký vakuum vyberte ventil klapky nebo kulový ventil a pro vysoký vakuum/ultra vysoký vakuum musí být použit bránový ventil nebo úhel ventilu.
Analýza charakteristik médií
U středních částic obsahující částice vyberte kulový ventil (přímý průtokový kanál) a pro korozivní plyny vyberte ventil bránice nebo tělež potahované ventily.
Požadavky na odpovídající kontrolu
Pro rychlé odříznutí vyberte ventil pneumatického brány (doba odezvy <0,5 sekundy) a pro přesné nastavení vyberte elektrický ventil jehly (jako je řada SS-4NV Swagelok ve Spojených státech).
Instalační prostor a kompatibilita
U kompaktního zařízení vyberte ventil pravého úhlu (šetření prostoru) a rozhraní příruby musí odpovídat standardu potrubí (jako je ISO, CF).
Aplikační případy vakuových ventilů v typických průmyslových odvětvích
1. Výroba polovodiče: přesnost kontroly nad ultra vysokou vakuovou
Případ: Skupina vakuových ventilů ve fotolitografickém procesu
Požadavky na procesy
Vakuová komora fotolitografického stroje musí udržovat ultra vysoký vakuum 10⁻⁶ PA, aby se zabránilo narušení molekul plynu do dráhy paprsku. Časté nakládání/vykládání oplatky vyžaduje rychlost přepínání ventilu (<1 second) and zero leakage.
Řešení
Hlavní izolační ventil: Pneumatický bránový ventil (jako je série VPH 2000), těsnění kovových měn, rychlost úniku menší nebo rovná 10⁻² PA ・ m³/s.
Vstřikovací ventil plynu: Elektrický jehlový ventil (přesnost ± 0,1 SCCM), kontrolujte tok proplachovacího plynu (N₂).
Bezpečnostní ochrana: Elektromagnetický odvzdušňovací ventil (doba odezvy <50ms), rychle vyváží tlak v případě selhání vakuového čerpadla.
Klíčové výhody
Vnitřní stěna ventilu je elektrolyticky leštěná (RA menší nebo rovná 0,2 um), aby se snížila adsorpce částic a splňovala požadavky na polovodičovou čistotu.
Podporujte vzdálené digitální ovládání (například rozhraní RS-485), bezproblémové spojení se systémem řízení litografického stroje.
2. Aerospace: Simulace vakua a testování extrémního prostředí
Případ: Testovací komora pro kosmické lodi tepelné vakuové komory
Požadavky na procesy
Simulovat vesmírné vakuum (10⁻³ PA) a extrémní teplota (-120 ~ +120 stupeň) pro testování spolehlivosti komponent kosmické lodi.
Průchod mezi vakuovou komorou a vakuovým čerpadlem a zdrojem kalibračního plynu je třeba často přepínat.
Řešení
Hlavní výfukový ventil: Úhlový ventil s velkým průměrem (DN200), vodivost průtoku větší nebo rovná 5000 l/s, voda chlazená bunda se používá k vyrovnání se zvýšením teploty pečení.
Ventil vyvážení tlaku: Pneumatický ventil klapky s pufrovým zařízením, nastavitelný průtok (0 ~ 1000 Pa/s) během ventilace, aby se zabránilo dopadu na zařízení v kabině.
Skupina kalibračního plynového ventilu: Pole s více kanálovými kuličkovými ventily pro dosažení rychlého přepínání více plynů, jako jsou O₂ a CO₂.
Klíčové výzvy a odpovědi
Teplotní cykly způsobují tepelnou roztažku a kontrakci těsnění a k kompenzaci deformace se používají invar.
Kontrola rychlosti odlivu materiálu při vysokém vakuu je tělo ventilu vyrobeno z 316L z nerezové oceli + elektrolytického leštění a rychlost povrchu je menší nebo rovná 10⁻ PA ・ m³/(s ・ cm²).
3. Vakuové tavení: komplexní prostředí vysoké teploty, vysoký tlak a kovové páry
Případ: Kontrola tání vakuové obloukové pece
Požadavky na procesy
Během procesu tavení musí být stupeň vakua udržován na 10 ⁻ PA, aby se zabránilo oxidaci kovů; Současně je třeba zavést inertní plyn (AR), aby se upravil tlak v peci.
Kovové páry (jako je Ti, Zr) je vysoce korozivní a ventil musí být odolný vůči erozi a adhezi.
Řešení
Vakuový ventil: Vodě chlazený brána ventil, tělo ventilu je nastříkáno povlakem wolframu (WC), který je odolný vůči erozi kovových par.
Nafukovací ventil: Pneumatický kulový ventil, povrch jádra ventilu je nanesen slitinou niklu-fosforu (NI-P), aby se zabránilo nalepení kovových kapiček.
Bezpečnostní ventil: Reliéfní ventil tlakového tlaku, nastavení tlaku 0,15 MPa, automatický výfuk, když je pec přetlakována.
Provozní efekt
Životnost ventilu se prodlužuje z 3 měsíců běžné nerezové oceli na více než 1 rok, čímž se snižuje náklady na údržbu prostojů.
Přesnost inflace je ± 5%, což zajišťuje, že obsah kyslíku je během procesu tání kontrolován pod 20 ppm.
4. Jídlo a lék: Zvláštní požadavky na hygienické vakuové systémy
Případ: Aseptická kontrola farmaceutických sušiček zmrazení
Požadavky na procesy
Sušení léčiva musí být provedeno v nízkém vakuovém prostředí 10 ~ 1 pA, aby se zabránilo denaturace složek léčiva.
Systém musí dodržovat standardy GMP, vnitřní stěna ventilu je hladká a nemá mrtvé rohy, což je vhodné pro online čištění (CIP).
Řešení
Hlavní ventil: Sanitární membránový ventil (jako je 600 série Gemü v Německu), tělo ventilu je vyrobeno z 316L z nerezové oceli a vnitřní povrch je leštěn RA menší nebo roven 0,8 μm.
Steam sterilizační ventil: Pneumatický úhel ventilu, podporuje 134 stupňů mokré tepelné sterilizace (SIP), těsnicí kroužek je perfluororubber (FFKM), odolný vůči chemické korozi.
Ventil pro zlomení vzduchu: Flapper ventil s bakteriálním filtrem, filtrační účinnost větší než nebo rovná 99,99% (0,22 μm částice) při přechodu vzduchu.
Dodržování
Návrh ventilu Advantage v souladu s normami ASME BPE a lze poskytnout materiálové certifikáty a testovací zprávy o drsnosti povrchu.
Struktura bez pružiny a bez mezer, aby se zabránilo mikrobiálnímu růstu způsobené zbytkovou kapalinou.
Údržba a odstraňování problémů s vakuovými ventily
Denní body údržby
Test těsnění
Pravidelně naskenujte připojení ventilu pomocí detektoru úniku hmotnosti helia a nahraďte těsnicí kroužek nebo opravte měchy, když rychlost úniku překročí standard.
Čištění povrchu
Vysoké vakuové ventily musí být otřeny bezvodým ethanolem nebo acetonem a čističe na bázi mastnoty jsou přísně zakázány (aby se zabránilo kontaminaci vakuového systému).
Údržba mechanismu pohonu
Pravidelně kontrolujte tlak zdroje vzduchu (0,4 ~ 0,6 MPa) na pneumatické ventily a pro elektrické ventily testujte odolnost proti izolaci motoru (větší nebo rovné 5 MΩ).
