Vakum sistemine genel bakış ve vanaların temel rolü
1. Vakum sisteminin tanımı ve sınıflandırılması Vakum sisteminin, kapalı bir alandaki hava basıncını vakum pompaları ve diğer ekipmanlar yoluyla atmosfer basıncının altındaki bir ortama azaltmaktır. Yarı iletken üretim, havacılık, bilimsel araştırma deneyleri, vakum eritme, gıda ambalajı ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Vakum seviyesine göre, aşağıdakilere ayrılabilir:
Düşük vakum (1000 ~ 100 pa): Vakum ambalajında ve vakum temizleme ekipmanlarında yaygın olarak kullanılır.
Orta vakum (100 ~ 0.1 Pa): Vakum kaplama ve vakum kurutma fırına uygulanır.
Yüksek vakum (0.1 ~ 10⁻⁵ PA): Yarı iletken gofret üretimi ve elektron ışını kaynağı için geçerlidir.
Ultra yüksek vakum (<10⁻⁵ Pa): Used in cutting-edge fields such as space simulation cabins and particle accelerators.
2. Vakum sistemlerinde vanaların temel fonksiyonu vakum vanalarında vakum sistemlerinin "kontrol merkezi" dir.
Ana işlevler şunları içerir:
İzolasyon ve Kesme: Atmosferik saldırı önlemek için sistem bakımı veya işlem değiştirme sırasında hava akışını engelleyin.
Akış Regülasyonu: Proses'in vakum gradyanı için gereksinimlerini karşılamak için gaz akışını doğru bir şekilde kontrol edin.
Güvenlik koruması: Vakum pompası yağı geri yıkamasını, aşırı yük sırasında basınç tahliyesini önleyin ve ekipman hasarını önleyin.
Basınç dengesi: Kaynamayı veya darbeyi önlemek için vakum odası ile atmosfer arasında yavaşça havalandırın.
Vakum vanalarının ana türleri ve özellikleri
1. Yapı ve çalışma prensibine göre sınıflandırma
1.1 Kelebek Valfi
Prensip: bölmeyi (disk) döndürerek açma ve kapanma, basit yapı, güçlü akış kapasitesi.
Özellikler
Uygulanabilir basınç aralığı: 10⁵ ~ 10⁻³ PA (orta ve düşük vakum).
Sızdırmazlık yöntemi: Kauçuk veya metal sızdırmazlık halkası, metal sızdırmazlık tipi yüksek vakum için kullanılabilir.
Avantajları: Küçük boyut, hafif, hızlı tepki hızı. Dezavantajları: Kauçuk contalar yaşlanmaya eğilimlidir ve aşındırıcı gazlar için uygun değildir. Tipik Uygulamalar: Vakum kaplama makinelerinin (Leybold, Almanya'nın Dam Serisi Dikiş Valfleri gibi) ekshaust öncesi boru hatları. Gıda elektrikli ambalaj makinelerinin egzoz devreleri.
1.2 Kapı Valfi
Prensip: Kapı, sıvının yönüne dik kayar ve tamamen açık olduğunda akış direnci son derece küçüktür.
Özellikler
Uygulanabilir basınç aralığı: 10⁵ ~ 10⁻⁹ PA (atmosfer basıncından ultra yüksek vakuma kadar).
Sızdırmazlık yöntemi: Sıfır sızıntı elde edebilen metal körükler + flororubber.
Avantajları: Yüksek vakum boru hatlarını kesmek için uygun mükemmel sızdırmazlık.
Dezavantajları: Karmaşık yapı, uzun açma ve kapanış inme ve yüksek maliyet. Tipik uygulamalar, yarı iletken litografi makinelerinin (Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 2000 Serisi Kapı Valfı gibi) vakum odası izolasyonudur. Vakum eritme fırınının ana egzoz boru hattı (ULVAC GU Serisi Kapı Valfı gibi).
1.3 Top valfi
Prensip: Küre üzerinde 90 derece dönerek açılabilen ve kapatılabilen akış delikleri vardır ve akış yolu düzdür.
Özellikler
Uygulanabilir basınç aralığı: 10⁵ ~ 10⁻⁴ PA (düşük ila orta vakum).
Sızdırmazlık yöntemi: politetrafluoroetilen (PTFE) veya metal sert conta.
Avantajları: Küçük akış direnci, güçlü korozyon direnci, ayrıntılı ortam için uygun.
Dezavantajları: Yüksek işleme hassas gereksinimleri ve metal sert mühür için yüksek maliyet.
Tipik Uygulamalar: Vakum kurutma ekipmanlarının hava alım düzenlemesi (Edwards, İngiltere'den GV Serisi Ball Vanfes gibi). Kimya Endüstrisinde Vakum Reaktörünün Deşarj Boru Hattı.
1.4 Açı Valfi
Prensip: Valf gövdesi sağ açılı bir yapıdır ve valf çekirdeği hem kesme hem de saptırma fonksiyonları ile eksenel yön boyunca hareket eder.
Özellikler
Uygulanabilir basınç aralığı: 10⁵ ~ 10⁻⁸ PA (yüksek vakum-ultra yüksek vakum).
Sızdırmazlık yöntemi: Yüksek sıcaklık pişirmeye dayanabilen metal körükler + flororubber.
Avantajları: Hızlı gaz akışı senaryoları için uygun pürüzsüz akış kanalı.
Dezavantajları: Yüksek kurulum alanı gereksinimleri, dikey veya yatay kurulum gereklidir.
Tipik Uygulama: Vakum iyonu implanter'in gaz enjeksiyon boru hattı (Kurt J. Lesker, ABD'nin pnömatik açı valfi gibi). Uzay simülasyon kabininin ana egzoz valfi (Çin Bilimler Akademisi tarafından bağımsız olarak geliştirilen ultra yüksek vakum açısı valfi gibi).
1.5 Diyafram Valfi
Prensip: Elastik diyaframın (kauçuk veya metal) deformasyonu yoluyla hava akışının engellenmesi, doldurma kutusu tasarımı yok.
Özellikler
Uygulanabilir basınç aralığı: 10⁵ ~ 10⁻² PA (düşük vakum).
Sızdırmazlık yöntemi: Diyafram malzemesi doğrudan ortamı temas eder ve korozyona dayanıklıdır.
Avantajları: Sıfır sızıntı, temizlenmesi kolay, aşındırıcı veya yüksek saflıkta gazlar için uygun.
Dezavantajlar: Diyaframın sınırlı bir ömrü vardır ve düzenli olarak değiştirilmesi gerekir. Tipik Uygulamalar Farmasötik endüstrisindeki vakum damıtma ekipmanının malzeme kontrolü (İsviçre GF boru sistemlerinin diyafram valfi gibi). Lityum Pil Üretim Atölyesinde Vakum Boşluk Hava Emme Vanası.
Vakum vanalarının temel teknik göstergeleri ve seçim noktaları
1 temel teknik gösterge
Sızıntı oranı
Tanım: Birim zaman başına valf contasından geçen gaz akış hızı, pa m³/s.
Standart: Yüksek vakum vanalarının 10⁻⁹ pa ・ m³/s'den daha az veya daha az olması gerekir ve ultra yüksek vakum vanalarının 10⁻² pa ・ m³/s'ye eşit veya daha az olması gerekir.
Uygulanabilir sıcaklık aralığı
Düşük sıcaklık senaryoları (sıvı helyum soğutma gibi) için paslanmaz çelik + metal contalar gereklidir ve yüksek sıcaklık senaryoları (vakum tavlama fırınları gibi) için pişirmeye dayanıklı tasarımlar (200 ~ 450 derece) gereklidir.
İletkenlik
Tanım: Valf tamamen açık olduğunda gaz akış hızı, kalibre ve yapı ile ilişkilidir (kapı valfi iletkenliği gibi bilyalı valften daha yüksektir).
Korozyon direnci
Aşındırıcı gazların (CL₂, SF₆ gibi) kullanılırken, Hastelloy Valf gövdesi + PTFE contası gerekir.
2 Seçim Süreci ve Önlemler
Temiz vakum seviyesi
Düşük vakum için, bir sineklik valfi veya bilyalı valf seçin ve yüksek vakum/ultra yüksek vakum için bir kapı valfi veya açı valfi kullanılmalıdır.
Medya özelliklerinin analizi
Ortam içeren parçacıklar için bir bilyalı valf (düz akış kanalı) ve aşındırıcı gazlar için bir diyafram valfi veya kaplanmış bir valf gövdesi seçin.
Eşleşen Kontrol Gereksinimleri
Hızlı kesme için, pnömatik bir kapı valfi seçin (yanıt süresi <0.5 saniye) ve hassas ayar için bir elektrikli iğne valfi (Amerika Birleşik Devletleri'ndeki SS-4NV Swagelok serisi gibi) seçin.
Kurulum alanı ve uyumluluk
Kompakt ekipman için bir sağ açılı valf (boşluk tasarrufu) seçin ve flanş arayüzü boru hattı standardıyla (ISO, CF gibi) eşleşmelidir.
Tipik endüstrilerdeki vakum valflerinin uygulama durumları
1. Yarıiletken üretimi: Ultra yüksek vakum ortamının hassas kontrolü
Vaka: Fotolitografi sürecinde vakum valf grubu
İşlem Gereksinimleri
Fotolitografi makinesinin vakum odası, gaz moleküllerinin ışın yoluna müdahale etmesini önlemek için ultra yüksek bir 10⁻⁶ pa vakumunu korumalıdır. Sık gofret yükleme/boşaltma hızlı valf anahtarlama hızı gerektirir (<1 second) and zero leakage.
Çözüm
Ana izolasyon valfi: pnömatik kapı valfi (KDV 2000 serisi gibi), metal körük contası, sızıntı oranı 10⁻² pa ・ m³/s.
Gaz enjeksiyon valfi: Elektrikli iğne valfi (doğruluk ± 0.1 SCCM), tasfiye gazının (N₂) akışını kontrol edin.
Güvenlik koruması: Elektromanyetik havalandırma valfi (tepki süresi <50ms), vakum pompası arızası durumunda basıncı hızlı bir şekilde dengeleyin.
Temel avantajlar
Valfin iç duvarı, partikül adsorpsiyonunu azaltmak ve yarı iletken temizlik gereksinimlerini karşılamak için elektrolitik olarak parlatılır (0.2μm'ye eşit veya 0.2μm'ye eşit).
Uzaktan dijital kontrolü (RS-485 arayüzü gibi), litografi makine kontrol sistemi ile sorunsuz bağlantı destekleyin.
2. Havacılık ve Uzay: Vakum Simülasyonu ve Aşırı Çevre Testi
Vaka: Uzay Araç Termal Vakum Test Odası
İşlem Gereksinimleri
Uzay aracı bileşenlerinin güvenilirliğini test etmek için uzay vakumunu (10⁻³ PA) ve aşırı sıcaklığı (-120 ~ +120 derecesi) simüle edin.
Vakum odası ile vakum pompası ve kalibrasyon gazı kaynağı arasındaki geçişin sık sık değiştirilmesi gerekir.
Çözüm
Ana egzoz valfi: Büyük çaplı açı valfi (DN200), 5000 L/s'ye eşit veya eşit akış iletkenliği, fırınlama sıcaklığı artışı ile başa çıkmak için su soğutmalı ceket kullanılır.
Basınç Dengesi Vanası: Kabindeki ekipman üzerindeki etkiyi önlemek için havalandırma sırasında tampon cihazı, ayarlanabilir akış hızı (0 ~ 1000 pa/s) ile pnömatik sineklik vanası.
Kalibrasyon Gaz Vanası Grubu: O₂ ve CO₂ gibi çoklu gazların hızlı bir şekilde anahtarlanmasını sağlamak için çok kanallı bilyalı valf dizisi.
Temel zorluklar ve yanıtlar
Sıcaklık döngüleri termal genişlemeye ve contaların kasılmasına neden olur ve deformasyonu telafi etmek için invar körükler kullanılır.
Malzeme Gazdaner Hızının Kontrolü Yüksek vakum altında, valf gövdesi 316L paslanmaz çelik + elektrolitik parlatma işleminden yapılmıştır ve yüzey gaziyet hızı 10⁻ ・ pa m³/(s ・ cm²) 'den daha az veya eşittir.
3. Vakum Eritme: Yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve metal buhar karmaşık ortamı
Vaka: Vakum ark fırının eritme kontrolü
İşlem Gereksinimleri
Eritme işlemi sırasında, metal oksidasyonu önlemek için vakum derecesinin 10⁻² PA'da tutulması gerekir; Aynı zamanda, fırındaki basıncı ayarlamak için inert gaz (AR) eklenmelidir.
Metal buhar (TI, ZR gibi) oldukça aşındırıcıdır ve valfin erozyona ve yapışmaya dirençli olması gerekir.
Çözüm
Vakum valfi: Su soğutmalı kapı valfi, valf gövdesi metal buhar erozyonuna dayanıklı olan tungsten karbür (WC) kaplama ile püskürtülür.
Şişme Valf: Pnömatik bilyalı valf, valf çekirdek yüzeyi metal damlacıkların yapışmasını önlemek için nikel fosfor alaşımı (NI-P) ile kaplanmıştır.
Güvenlik valfi: Yaylı basınç tahliye vanası, basıncı 0.15 MPa, fırın aşırı basınçlı olduğunda otomatik egzoz ayarlayın.
Operasyon Etkisi
Valf ömrü, 3 aylık sıradan paslanmaz çelikten 1 yıldan fazla uzatılır ve arıza süresi bakım maliyetlerini azaltır.
Enflasyon doğruluğu ±%5'tir, bu da oksijen içeriğinin erime işlemi sırasında 20 ppm'nin altında kontrol edilmesini sağlar.
4. Yiyecek ve ilaç: sıhhi vakum sistemleri için özel gereksinimler
Vaka: Farmasötik donma kurutucularının aseptik kontrolü
İşlem Gereksinimleri
İlaç donma kurutma, ilaç bileşenlerinin denatürasyonunu önlemek için 10 ~ 1 pa düşük vakum ortamında gerçekleştirilmelidir.
Sistem GMP standartlarına uymalıdır, valfin iç duvarı pürüzsüzdür ve çevrimiçi temizlik (CIP) için uygun olan ölü köşeleri yoktur.
Çözüm
Ana valf: Sıhhi diyafram valfi (Almanya'daki 600 Gemü serisi gibi), valf gövdesi 316L paslanmaz çelikten yapılmıştır ve iç yüzey RA 0.8μm'den daha az veya eşit olarak parlatılır.
Buhar sterilizasyon valfi: pnömatik açı valfi, 134 derece ıslak ısı sterilizasyonunu (SIP) destekler, sızdırmazlık halkı perflororubber (FFKM), kimyasal korozyona dayanıklıdır.
Hava kırma valfi: Bakteriyel filtre ile sineklik valfi, hava geçtiğinde% 99.99'dan (0.22μm partiküller) daha büyük veya bunlardan daha büyük filtrasyon etkinliği.
Uygunluk
Avantaj Valf Tasarımı ASME BPE standartlarına uygundur ve malzeme sertifikaları ve yüzey pürüzlülüğü testi raporları sağlanabilir.
Kalıntı sıvının neden olduğu mikrobiyal büyümeyi önlemek için yaysız ve boşluksuz yapı.
Vakum vanalarının bakımı ve sorun giderilmesi
Günlük Bakım Noktaları
Sızdırmazlık testi
Valf bağlantısını bir helyum kütle spektrometresi sızıntı dedektörü ile düzenli olarak tarayın ve sızdırmazlık halkasını değiştirin veya sızıntı oranı standardı aştığında körükleri onarın.
Yüzey temizliği
Yüksek vakum vanalarının susuz etanol veya aseton ile silinmesi gerekir ve gres bazlı temizleyiciler kesinlikle yasaktır (vakum sisteminin kontaminasyonunu önlemek için).
Sürücü Mekanizması Bakımı
Pnömatik valfler için hava kaynağı basıncını (0.4 ~ 0.6 MPa) düzenli olarak kontrol edin ve elektrik valfleri için motor yalıtım direncini (5 MΩ'dan daha büyük veya eşit) test edin.
