真空密封课件

可编辑课件真空密封《真空系统设计》之五可编辑课件2真空密封

1.概述---真空密封的分类2.静密封

2.1永久密封连接

2.2可拆密封连接

2.3“O”形密封圈的密封力计算

2.4垫圈密封的机理3.动密封

3.1接触密封连接

3.2非接触密封连接

3.3软件变形密封连接可编辑课件31概述

真空密封的意义真空系统是由真空泵、阀门、扑集器、导管等各种元件通过不同的连接形式组成的。这就要求连接处即要连接可靠，又要防止发生漏气。所以，保证密封质量，把真空系统的漏气率控制在一定的范围内是系统设计和装配过程中的重要问题。有些真空密封除了要求不漏气外，还要求允许电流传输、运动传输、材料传递等，超高真空系统还要求耐高温烘烤，所以，真空密封存在多种不同结构形式和密封方法，所使用的材料也有多种。可编辑课件4

根据被连接件的相互关系,可以将真空密封分为两大类:静密封连接和动密封连接。密封种类的进一步划分见图1。可编辑课件52静密封

2.1永久密封连接永久密封连接用于不需经常拆卸的密封连接处,用这种方法可以保证最好的密封和机械强度。2.1.1玻璃与玻璃的封接通常在煤气、天然气与氧气混合火焰中进行。被封接玻璃之间的热膨胀系数要极为相近，否则会因封接时产生的内应力引起破裂，经验证明膨胀系数之差应不大于7×10-7/℃。如果热膨胀系数相差太大，应采用过渡封接。封接时注意火焰作用在玻璃上的温度，最好采用退火工艺以消除内应力。可编辑课件6

2.1.2玻璃与金属封接最常见到的玻璃与金属的封接是电极引线,以及管道状的玻璃与金属的封接。匹配密封和非匹配密封A.匹配密封：匹配封接指的是膨胀系数相近的玻璃和金属之间的封接，封接处内应力小。B.非匹配密封:非匹配封接指的是膨胀系数相差较大的玻璃和金属之间的封接，封接处内应力大。为了消除这种内应力，一般多采用延展性好的薄壁金属管（如无氧铜管）与玻璃封接，靠金属的塑性变形来消除内应力.可编辑课件7

非匹配封接金属管管壁在封接处逐渐变薄，以利于变形外封接---玻璃仅熔接在金属管壁外侧。内封接---玻璃仅熔接在金属管壁内侧。双边封接---玻璃从内、外二侧包住金属管壁。图2为双边密封。这类封接不大经受住温度的反复升降。可编辑课件8

2.1.3金属与金属封接焊接方法(图3)可编辑课件9无压熔焊：不用压力使被焊接件相互接触，对接触部位加热使金属表面或边缘局部熔化形成混合金属液（包含焊料合金）填满缝隙，冷却凝固后熔焊在一起。热源：气焊、电弧焊、电子束焊。气焊：焊剂放气率大，只用在笨重的铜或铁容器焊接上。原子弧焊：焊缝均匀干净，适用于铁、软钢、铝、铬的焊接。但因氢可溶于镍液，冷却放出时成孔或缝，铜及其合金因氢变脆，而不适用于镍和铜。碳弧焊：可用于焊接铁、镍、铝或铜。合金焊条取代钨电极氩弧焊：多用于铝和不锈钢的焊接。氩弧焊或氦弧焊：多用于焊钢、不锈钢、铜、银、钛等。电子束焊接：在1.3×10-3Pa下通过电子轰击进行，焊缝质量优良，多用于不锈钢、铝合金、钨、钼及钽的焊接。加压焊接：金属元件用压力连接在一起，电阻焊产生电阻热，冷焊不需要加热。冷焊多用于抽成真空的金属管的封口，焊面必须无氧化物和脱脂良好，所需压力因材料而不同。可编辑课件10

真空技术对焊缝的要求:a.设计焊缝结构时，接头必须焊透，应避免产生聚集污物的有害空间。真空技术中常见的焊接结构如图4所示。正确的方式总是在真空的一侧进行深度熔焊。错误的焊接方法都会形成死空间。可编辑课件11

b.焊缝应一次焊好,以避免两次焊接时造成有害空间而无法检漏。c.焊缝因强度需进行两面焊接时,内部焊缝应不漏气,为检漏起见,在进行外焊时应设置钻孔和塞孔。d.如容器内需要进行结构焊接时,内部焊缝不应连续,以便让来自任何沟槽的气体容易放出,而且结构焊缝不应与密封焊缝相交叉。e.焊接的组件应设计得使最大数量的焊缝能在制造阶段分别测试,并且能在进行最终装配以前矫正。可编辑课件12

f.焊接密封允许最大漏率(对于空气),在焊缝长度上约为10-7Pa·m3/s·m。如果漏率较高，应将焊缝磨掉直到露出母材，重新焊接。2.1.4金属钎焊钎焊是利用第三种熔点较低的金属连接两个金属零件的方法,是一种低温焊接.该方法把被焊金属和低熔点焊料一起加热,使焊料溶液通过毛细管吸引作用进入两个贴得很近的表面间隙中.钎焊所需的温度多在500℃以上，且应比被钎焊零件的熔点低50～200℃。钎焊的特点是不损伤被焊金属件，多用于小尺寸的钢、铜、黄铜等零件和管道的连接。某些钎焊合金不能与某些特别的金属一起使用.如可伐与银钎焊会因银渗透可伐而产生片裂.可编辑课件13

金属钎焊的方式有火焰焊、炉焊和感应焊接。钎焊材料必须纯净,蒸汽压低,熔点低于焊接金属且能在钎焊温度下浸润和流动,并能同焊接金属形成合金.表1是适于真空钎焊的一些被焊材料及其焊接的温度和所使用的焊料。可编辑课件14

真空钎焊的优点：由于真空钎焊的材料蒸气压较低,又是在真空条件下焊接的,因此它不但可以保证更高的焊接质量,而且也扩大了钎焊的使用范围。可以对焊接时氧化性很强的活性金属(如钛、锆)、轻金属(如铝)以及难熔金属(如钨、钼、钽)等进行焊接。因为这些金属在真空条件下完全可以避免在焊接时与氧、水蒸气和氮等产生剧烈反应,从而保证了焊缝的高质量。可编辑课件15

要满足真空密封的要求,得到不漏的钎焊焊缝,应遵循下列各点：(1)应使用尽可能少量的钎焊合金。这样焊缝小,表面清洁,比用大量钎焊合金得到的焊缝要好.(2)焊件间的间隙不能宽或不规则。(3)焊件间互相搭接部分的最小值必须是3mm以上,以便让毛细力吃进钎焊合金。(4)如果要钎焊热膨胀系数不同的金属,必须使组件在冷却过程中压缩钎焊合金。(5)焊缝的结构能控制钎焊合金的流动,在角上的间隙决定钎焊合金将如何流经这些角。可编辑课件16

(6)如果要避免钎焊合金在表面上流动,必须在面上涂碳或铬.(7)在用于真空密封的钎焊中,最好选择搭接和梯接,如图6所示。可编辑课件17

2.2

可拆密封连接在真空系统需要经常拆卸的连接处应采用可拆密封连接，其密封性能和机械强度均不如永久密封。2.2.1挠性连接挠性连接件主要有三种,即真空橡胶管、塑料管和波纹管。图7为橡胶管接头。可编辑课件18

2.2.2用于静连接的弹性体密封垫圈弹性体具有弹性好、受压时体积不变的特点，可用于真空密封。把氯丁橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等制成圆截面或矩形截面的环，夹在两个连接件之间并压缩即可实现密封，见图8.可编辑课件19

密封性能取决于接触面粗糙度、弹性体的透气性、放气率和蒸气压等。连接件接触部位的粗糙度至少应加工到Ra3.2，而且应使弹性体暴露到真空侧的表面积尽量小。一些设计型式见图9根据最后一种结构制成的快速拆卸真空密封法兰,已制定了国际标准,其通径有10mm、16mm、25mm、40mm等四种规格。其结构如图10所示。可编辑课件20

可编辑课件21

2.2.3用于静连接的金属密封垫圈适用场合：超高真空系统需进行高温烘烤的时候,在超高真空管道连接处应采用金属密封垫圈.材料大多是具有延展性好、蒸气压低的金属及合金（如铟、铝、铜、银、金等）。优点：放气量小、渗透率低、耐高温烘烤。缺点：压紧力大、调整严格、重复次数少。密封圈类型a.丝形圈:如图11。可编辑课件22

把丝形圈夹压在两个法兰之间即可达到密封的目的。图中(a)适用于铟丝,因为它在小的压力下就可变形,但铟的熔点较低,不能烘烤到高温。铝丝可烘烤到400℃,但需要较大夹紧压力。图中(b)适用于可重复烘烤到450℃温度也不漏气的金丝密封垫圈。金丝作为垫圈使用应退火提高延展性，铜丝垫圈因与不锈钢膨胀系数相差太大而很少使用。b.矩形截面铜环图12是其四种密封形式。a和b类一般只用一次，c和d类密封形式可重复使用几次。可编辑课件23

可编辑课件24

2.2.4用于静连接的双重密封垫圈双重密封圈的密封效果真空橡胶圈在密封时,通过它所渗漏的气体量与许多因素有关。例如橡胶的种类、硬度、蒸气压、压缩量，密封面的表面粗糙度、温度等等。但最重要的影响因素是密封圈内外两侧的压力差。实验证明:密封圈两侧压差的减小，可极大地提高其密封性能。使用双重垫圈密封,并在双重垫圈之间抽空,可以极大地提高所获得的真空度，如图13所示。可编辑课件25

双重密封法兰结构图14采用两个O型橡胶圈，在内外O形圈之间设有排气空腔，用真空泵对该空腔抽气。图15是橡胶O形圈1与金属O形圈2相结合的用于超高真空设备中的密封法兰结构。可编辑课件26

可编辑课件27

2.2.5真空规管的密封连接真空规管密封连接的形式如图16所示。靠拧紧螺母或压帽压缩胶圈来实现密封。可编辑课件28

2.2.6电输入密封连接将电流引入到真空设备，最好采用可拆卸连接，以便于维修。(1)电输入密封的设计要求引线装置的真空密封多采用橡胶做密封圈,因此对大电流、高温处应采用水冷,以防止温度过高时破坏真空橡胶圈和影响真空室真空度.真空密封应可靠,对导电紫铜棒应当要求有较高的精度和较好的表面粗糙度,并且在装配时应涂以真空油脂。输电线的直径应大小适当,不应使电流密度过大,以防输电线过热。可编辑课件29

由于输电线上有一定的电压,因此必须使它与连接密封处绝缘,特别是高压输电线,更不能忽视。常用的绝缘材料有真空橡胶,玻璃,陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、夹布胶木棒、黄蜡布,聚四氟乙烯等。应考虑频率的影响。在低频下频率对密封的影响并不大,但是在高频下,输电线同绝缘材料应按特殊要求确定。应考虑温度的影响。对于需要烘烤的输电线,应能承受500℃高温。必须区别引线在烘烤时,无电流时所承受的烘烤温度及工作时发热的两种情况。如果输电线被加热,在结构中应避免使用任何不能承受温度的材料。可编辑课件30

(2)电输入密封的结构接线柱式密封如图17所示。这种结构是一般真空设备上最常采用的把电引入到真空室中去的一种结构。可编辑课件31

图18是一种外套水冷式电极密封结构。可编辑课件32

固定式导电杆密封固定式导电杆密封的结构如图19。当导电杆直径d≤20mm时采用(a)型,d>20mm时用(b)型。可编辑课件33

高压电输入密封图20所示是高压电输入密封的一种结构。高压电输入密封的特点是输入线均采用陶瓷做为绝缘体。可编辑课件34

低电压大电流的电极密封图21是低电压大电流的电极密封结构。图中a、b两种结构是固定式电极,c是可移动式电极,为了对电极进行冷却,在b、c两种结构中均设有水冷。供水和回水均在真空室外进行。可编辑课件35

可编辑课件36

导线的真空密封将导线引入到真空系统或真空管中去常采用永久密封引线的方法。这种永久引线基于玻璃与金属封接或陶瓷与金属封接。可编辑课件37

棒形密封：如图22所示。a为单引线式,b、c、d为双引线式可编辑课件38

图23中给出了这种棒形密封导线中所通过的允许电流。实际使用中,导线中所载的电流应该小于图中曲线所标的数值。可编辑课件39

芯柱密封：如图24所示可编辑课件40

销钉密封：如图25所示可编辑课件41

2.2.7观察窗根据密封型式,观察窗可分为可拆连接和不可拆连接。前者用于高真空和低真空,后者用于超高真空系统。图26、27是观察窗的两种密封结构低真空度---有机玻璃；透射光线---光学or熔融石英；高温炉—石英玻璃；防胶圈过热---水冷；防被蒸镀---设挡片。可编辑课件42

2.3

“O”形密封圈的密封力计算在真空静密封连接中所使用的橡胶密封圈主要有两种断面形状:圆形和矩形(其它还有锥形等)。其中圆形截面橡胶圈应用得最为广泛。橡胶圈密封靠连接件压缩密封圈,使其产生弹性变形而减小泄漏缝隙,达到密封目的,所以,设计中必须正确计算和选择施加到密封圈上的压力.与该压力有关因素：密封表面状况；密封材料的成分、硬度和压缩比；橡胶圈侧面的约束等.理论研究困难,一般根据实验数据进行计算,即通过对不同线径、不同圈径、不同硬度、不同安装型式的橡胶圈进行压缩实验以获得基础数据。可编辑课件432.3.1橡胶密封圈压缩比的选择所谓胶圈的压缩比是指橡胶圈压缩前后的高度差和压缩前的高度之比。设h0、h、d、Z分别为矩形和圆形断面橡胶圈压缩前后的高度,则压缩比为橡胶圈的压缩比与密封性能直接相关，实验表明，将15%定位最小压缩比是合适的。各国对此的选择不尽相同，我国有关单位多选25%，一般推荐矩形端面较圆形稍大；工称直径大的压缩比较大。可编辑课件44

2.3.2O形圈密封力的计算由于O型圈设计涉及到不同的线径和不同的硬度，如果采用绝对尺寸和绝对压力的概念会使问题复杂化，所以，采用“相对”的概念，相对宽度Bx和相对高度Xx：

BX=B/dXX=X/d自由压缩Bx和Xx关系曲线见图28当0.7<Xx<0.95时BX=2.2(1.02-XX)可编辑课件45

密封力与相对密封力：自由O形圈的压缩密封力F与相对高度Xx之间的关系可以通过实验测得，结果用相对密封力Fx与相对高度Xx表示，见图29。密封力与相对密封力的关系如下式:式中:d—O形圈线径,m；L—O形圈平均周长(L=πD),m；D—O形圈中径,m；E—杨氏模量,Pa，与橡胶邵氏硬度的关系见图30。可编辑课件46

可编辑课件47

可编辑课件48

密封比压力σs与相对比压力：密封比压力σs是指O形环与法兰接触面上平均单位面积上所承受的压力。相对比压力σx即用相对密封力Fx和相对宽度Bx来表示σx,则有可编辑课件49

由于Fx和Bx都是Xx的函数,所以σx也是Xx的函数。其关系曲线见图31上的曲线(g)。可编辑课件50

图中可见,自由O形环的相对比压力σx相当近似于0.5Bx，当0.7<Xx<0.95时可近似用下式计算O形圈在矩形断面密封的沟槽中受到压缩时,有可能受到槽宽的约束,这时密封比压力将随压缩比的增加而急剧增加。如图31所示,虚线表示当O形圈受到槽宽约束程度不同的情况下,相对比压力σx与相对高度Xx的关系。图中yx表示相对槽宽,其值为式中y—矩形槽的宽度；d—O形圈的线径；可编辑课件51

当O形圈在矩形断面密封槽中压缩时,根据相对高度Xx和相对槽宽yx，从图31中可以查得相对比压力σx，然后利用下式计算所需的密封力F可编辑课件52

2.4垫圈密封的机理垫圈的密封机理：表面粗糙度非常好的两个法兰相互压紧，便在它们之间留下微米大小的通道，这类通道便构成漏隙，这种漏隙的路径取决于法兰表面的状况，气体通过这些漏隙的漏率取决于漏隙的大小。

封口的尺寸见下图4－32可编辑课件53

可编辑课件54

2.4.1均匀断面漏隙的流导密封长度为L，室温为250C的氦，流导和漏率为可编辑课件55

2.4.2非均匀断面漏隙的流导两个抛光后相互压紧的表面间的密封模型如图4-33可编辑课件56

单元槽的截面沿槽的变化如图4-34所示可编辑课件57

接触面总流导为结论（P75）可编辑课件583动密封

把运动传递到真空容器中所需要的密封连接称为动密封连接。基本要求是可靠密封，漏率要满足设计要求。动密封传递的运动形式：往复直线运动、旋转运动、摆动运动和包括这三种运动形式的复合运动等四种情况。动密封分类见图32。可编辑课件59

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3.1动连接接触密封动连接接触密封,根据采用的密封物质分为固体密封物质密封和液体密封物质密封两种。3.1.1采用固体密封物质的接触密封(1)液体润滑的真空动密封固体密封件中润滑的作用及润滑材料的选择作用：减小运动轴表面与不运动的密封件间的摩擦；利用润滑物质来充填接触区内微观的凸凹不平的沟槽,以防止大气通过这些沟槽渗漏到真空容器中去。可编辑课件61

润滑材料的选择：密封所用的润滑物质,多数采用室温下饱和蒸气压低的真空油或真空油脂。值得注意的是摩擦区温升可导致馏分变化而改变润滑油的特性；温升也可导致稠润滑剂（如石蜡）的强烈蒸发；油中溶解的气体也会渗漏.所以,必须保证密封区的摩擦条件，如压力、速度、表面状况、材料、温度等。采用液体润滑的固体密封，固体材料可选用耐油真空橡胶。液体润滑的固体接触式真空动密封的结构O形橡胶圈密封：如图33所示。使用场合:常用于真空度≤10-4Pa的真空设备中,可以用来传递旋转运动和直线往复运动,其传递旋转运动的转速小于1000r/min,传递往复直线运动的速度小于0.2m/s。当传递直线往复运动的距离较长时,通常在孔壁上开密封槽。可编辑课件62

可编辑课件63

J型橡胶圈密封：如图34所示，橡胶垫片内径比轴径小20-35%。

使用场合:广泛应用于真空度不高于10-4Pa的真空设备中。这种密封结构适用于线速度小于2m/s,转速不高于2000r/min的真空转轴密封。可编辑课件64

JO型橡胶圈密封:如图35所示,带有锁紧弹簧。

使用场合:适用于线速度小于2m/s,转速不高于2000r/min的真空转轴密封。JB1092-1991O型真空用橡胶密封圈型式及尺寸JB1091-1991JO型和骨架型真空用橡胶密封圈型式及尺寸JB1090-1991J型真空用橡胶密封圈型式及尺寸可编辑课件65

(2)自给润滑的真空动密封：这种密封结构可以实现密封本身自给润滑，密封材料一般选用氟塑料，由于弹性差，残余变形较大，故常采用如下几种结构：利用氟塑料衬套的动密封（图36）：

轴表面粗糙度高可编辑课件66

用圆形聚四氟乙烯密封圈和圆橡皮圈调节压紧力的动密封结构(图37）可编辑课件67

密封件为氟塑料圈和进行中间抽气的密封部件(图38)可编辑课件68

3.1.2采用液体密封物质的接触密封(1)液态金属密封液体用于真空动密封的结构原理如图39所示，有(a)液体薄膜密封和(b)液体压差密封两种。可编辑课件69

(a)液体薄膜密封

它是利用小间隙中液体薄膜的表面张力和压差的平衡状态来实现的。在轴1处于静止状态时，其可靠的密封条件是：γ—液体的表面张力P1—密封高压侧压力可编辑课件70

(b)液体压差密封

图中b是具有液体静密封的装置，其中P1-P2应等于液柱高Δx的压强，为了减少所需的液柱高度,一般把密封容器2设置在真空室与单独抽真空的中间室中间。这种装置的缺点是它只能用于轴处于垂直的位置，而且需要设置中间抽气室。一旦中间室的压力增大，则会产生向真空室喷出密封液体的危险。液体密封在高温下工作，液体的蒸气有污染真空室的可能。几种易熔金属的蒸气压力见表3。可编辑课件71

可编辑课件72

(2)磁性流体密封磁流体真空动密封的原理磁流体:磁流体也称为铁磁流体或磁液。是将掺入到载液中的铁磁性微粒(<10nm)用分散剂均匀地分散,使成为某种具有流动性的悬浮状的胶态液体。这种液体具有在通常离心力和磁场作用下即不沉降和凝聚,又能承受磁性可以被磁铁所吸引的特性。组分材料概况如表4。可编辑课件73

磁性流体密封:磁性流体密封就是利用磁流体在外加磁场作用下具有承受压力差的能力而实现的。其原理如图40所示。这种密封方式可用于转轴是磁性体(图40b)和非磁性体(图40c)两种场合。可编辑课件74

磁流体密封的优点：

在真空转轴动密封技术中,磁性流体转轴动密封技术具有零泄漏、无固体摩擦、能耗小、无机械磨损、寿命长、适于传递高转速(最高可达120000r/min)等优良性质。如果采用低蒸气压的磁性流体,可用于10-7Pa以上真空度的真空设备。磁流体密封的缺点：由于磁性流体在高温下性能不稳定,所以磁性流体密封装置通常工作温度范围为-30～120℃,转轴在过高或过低温度下工作时必须采用冷却或升温措施,从而导致密封装置结构复杂化。可编辑课件75

磁流体转轴密封的结构真空磁流体转轴密封的常见结构如图41所示。磁流体密封结构位于两支撑轴承的一侧，轴承可以采用润滑措施。可编辑课件76磁流体转轴密封部位的几种结构形式：考虑磁流体密封的耐压能力，一般采用多级密封。图42(a)采用多个磁铁,每个磁铁与对应的一对极靴构成独立的磁回路,各回路间采用不导磁隔垫隔开。图42(b)则没有使用不导磁的隔垫。图42(c)只使用一个磁铁,是一种单磁路多级磁流体密封结构,这种结构性能完善,结构简单,适用广泛,是实践中大量采用的结构形式。

可编辑课件77磁流体密封耐压计算及影响因素分析磁流体密封失效：因磁流体材料蒸发、沉淀等失效较少，主要是耐压能力不足，流体密封环被冲破，磁流体喷射状泄漏而造成彻底失效。因而，磁流体密封设计关键问题是保证密封结构具有足够的耐压能力，磁性流体两侧面所能承受的压强差△P与两侧面的磁场强度有关。磁流体注入量：注入量增加，耐压能力大体线性增加，达到一定值后稳定在恒定状态。密封轴的转速：磁性流体温度升高会引起载液蒸发、表面活化剂脱离而引起密封性能恶化。为控制温度轴表面线速度应小于20m/s。磁流体的耐压能力：△P可由下式给出：可编辑课件78M---平均磁化强度反映了磁流体材料磁化性质对实际耐压能力的影响，其值越大越有利于密封耐压的提高。B0---最大工作磁感应强度应尽可能大，但不能超过极靴材料的饱和磁感应强度值，否则极靴材料的磁导率将变小。β---偏心系数是转轴轴线与极靴轴线出现偏心时的耐压值与无偏心时的耐压值之比，其值决定密封间隙的设计。△λ---最大相对导磁率反映磁场的相对不均匀程度，当极靴未达到饱和时只与齿形结构有关。极齿的设计应使该值尽量大。N、n---密封级数、安全系数。可编辑课件79

3.2动连接非接触密封3.2.1减压密封结构型式如图48所示。可编辑课件80

减压密封工作原理：参考图48,转轴1通过附加容器伸到高真空容器中,在附加容器的开口3处连接预抽真空泵对容器进行抽空,旋转轴在附加容器的入口处通常可采用标准式的密封结构(如O形、J型、JO型真空动密封)。转轴在通过附加容器和高真空容器之间不采用接触密封,而是建立缝隙通道,将通过该漏隙通道的漏气率控制在允许范围之内,即使附加容器与高真空容器间的缝隙通道具有足够小的流导。设该缝隙通道的流导为C,从附加容器漏入到高真空容器中的气流量为Q,则在平衡状态下,从高真空容器端抽走该漏气量的抽气速率S(简称密封抽速)为可编辑课件81

式中P1—附加容器内的压力

P2—高真空容器内的压力从上式可见,要降低密封抽速S,一是降低流导C,这意味着提高加工精度;二是降低P1,即是设置减压室(附加容器抽空)一般情况下,要求密封抽速S低于高真空容器出口处所具有的有效抽速Se的1/10。即要求:S≤0.1Se。可编辑课件82

3.2.2分子运动密封分子运动密封的结构原理图如图49。可编辑课件83

该密封形式是利用了涡轮分子泵的工作原理来实现真空动密封。但由于这种分子运动密封的结构特别复杂,实际的广泛应用很难做到。高速旋转的动叶片和静止的定叶片相互配合布置。在分子流范围,气体分子在窄缝中间同高速旋转的圆盘转子表面相碰撞,依靠刚体表面来携带气体分子,建立向高压区的定向气体分子流。这种密封要求转速相当高，动叶片线速度应达到400m/s。一般可以在附加容器与工作室间建立3-4各数量级的压差。可编辑课件84

3.2.3磁连接隔板密封利用磁力把运动和力传递到真空室内。在磁连接隔板密封结构中,运动元件和真空室壁相互不接触,用隔板把主动和从动部件密封隔离开。工作过程中,隔板除受大气和真空的压差作用外,不再承受其它任何载荷,从而保证了磁连接隔板密封有较好的密封可靠性。密封隔板一般是平板形或套筒形，用非磁性材料制作，如不锈钢、黄铜、玻璃、PTFE等。在磁连接隔板密封结构中,根据主动和从动环节之间不同的磁连接方法,可以分为以下几种基本类型：可编辑课件85

传递旋转运动的电机(或电磁联轴节)式屏蔽筒密封装置。（图50）可编辑课件86

图50所示的是利用定子在大气中,转子在真空中的异步电动机把旋转运动引入到真空容器内的结构实例。为提高转速，也可以采用图51所示结构。可编辑课件87

图51结构中磁铁1、2间可相距5mm，用2mm厚石英隔板4隔开,能传递1000rpm旋转运动，真空度可达10-9Pa.由于永久磁铁的使用，存在以下问题：主动与从动环节非刚性，负荷大时可能“丢转”由于磁场的存在，一些情况，特别是电子束或离子束存在时，不适合采用磁连接隔板密封。传递重负荷时，磁铁系统笨重，体积大。由于磁性材料热学特性的限制，加热温度有限在结构上难以确定真空中从动部件的位置。可编辑课件88

传递直线运动的磁连接隔壁密封装置（图52）这种结构用于真空容器内的固定的往复直线运动它的缺点是不能调节移动量,装置的设计也比较复杂。可编辑课件89

传递特殊运动的磁动式隔壁密封装置（图53）传递间竭的旋转运动：

图53就是这种传递的两种结构实例。可编辑课件90

传递周期性摆动（图54）它是磁联摆动式密封结构，这种装置也是把螺管线圈置大气中,与被动摆杆2的隔离是通过厚壁隔板4实现的。可编辑课件91

3.3采用软件变形的动连接密封3.3.1非金属软件变形的动连接密封用于非金属软件变形动连接密封的主要变形密封材料是真空橡胶。由于橡胶的放气率高和不能承受高温,因此对要求达到1.3×10-4Pa以下的压强或应进行高温烘烤的真空设备,这种密封连接不宜应用。如果采用耐热硅胶,其使用温度范围也可以达到150℃。靠橡胶变形密封元件可以向真空中传递直线往复运动、摆动和旋转运动。可编辑课件92

传动不同运动类型非金属软件变形密封示例：传递旋转运动图55是一种往真空室内传递转数达每分钟几百转的装置,它利用真空橡胶管实现密封。

工作原理：在这种装置中,具有球面支撑的轴1装在盖2的球面轴承座中用压盖3盖住,并套上皮带轮8,轮8上带有支臂9,其上有轴承10,并把它装在轴1的上端。轴1的下端装上轴承11,轴承11装在支臂12上。支臂12可以带动心轴13在套15内装的轴承14中转动。当皮带轮8由皮带19带动旋转时,轴1则围绕球面支承作圆锥形运动。此时，橡胶管5相应于轴1作摇动，可见它并不受扭，因此真空橡胶管5可以长时间工作。当轴1作圆锥形运动时,真空室内的心轴13即被带动旋转,其转数和皮带轮8的转数同步。可编辑课件93

可编辑课件94

传递往复直线运动图56是利用圆筒形橡胶隔套作为密封元件传递往复直线运动的例子。

工作原理：在这种结构中,连杆1用圆筒形橡胶隔套2密封,隔套2的外缘固定在真空室的壳体上,内缘固定在连杆上。圆筒形橡胶隔套可以弯曲折叠180°,因此用它可以得到很大的位移量。这种结构常常用在气动真空阀门、低真空阀门的结构中。可编辑课件95

可编辑课件96

摆角α=10°～20°的摆动运动

在真空中摆角α=10°～20°的摆动运动可以用图57所示的密封结构来实现。

工作原理：在这种结构中,铰链杠杆1可相对于轴A作摆动运动,而轴A固定在真空室壳体上,并用平橡胶隔板2密封。工作过程中,橡胶隔板承受复杂的弯曲变形。可编辑课件97

可编辑课件98

另一种传递旋转运动的结构图58所示的动密封装置是把大气压下的主动轴1的旋转运动传递给真空中的从动轴5。

工作原理：在这种装置中,传递运动是靠两个斜接圆盘2通过小球3的相互作用来实现的。小球3安装在支持架4内,当主动轴旋转时,垫圈6相对于轴摆动,通过小球使从动轴转动起来。柔性隔板7起密封作用。柔性隔板可以作成环状,其外缘固定在真空容器的壳体上,而内缘则固定在摆动的垫圈上。可编辑课件99

可编辑课件100

3.3.2金属软件变形的动连接密封在金属软件变形的动连接密封中,采用金属波纹管密封实现向真空中传递直线运动、摆动和旋转运动。金属波纹管是用金属制成的薄壁折皱软管,富有弹性,易于弯曲和伸缩,常用两种加工方式为：a.由薄壁管用模子液压加工制成,见图59,可用延展性好的金属如黄铜等。b.用环状薄片逐片焊接而成,见图60,可用易于焊接的金属如不锈钢、镍合金等。焊接波纹管较压制管，在轴向力、横向力和弯矩作用下能产生更大位移。可编辑课件101

由于金属波纹管能同高真空装置的其它元件一起进行高温去气,所以，可用于真空度为10-8Pa的真空容器中传递运动。可编辑课件102

传动不同运动类型的金属软件变形动密封示例传递直线运动