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1、高真空阀门漏率和升压率的区别众所周知,任何一种真空设备包括极高真空设备,都存在着气体通过器壁、微孔从高压力区向低压力区渗透即漏气的现象,绝对不漏的真空设备是不存在的。所谓的“漏”,必须和设备的最大允许漏量相联系。只要将漏气控制在设备允许的范围内,则认为是合理的、经济的。不同的真空设备对漏气量的要求是不同的,因此最大允许漏量也不一样。漏率和升压率是用于检测真空设备密封性的两个重要参数。漏率是在规定条件下处于高压力(或高浓度)下的气体在单位时间内通过漏孔流向低压力端(或低浓度端)的气体量,分为动态漏率
2、和静态漏率。升压率是通过被抽容器与真空泵隔离后测定随时间的增加而升高的压力值来确定的,是一个静态的概念。升压率除了气体通过焊缝、密封件、材料本体向设备内部渗透的漏率外,还包括设备内部各器件本身的吸附气体的解吸和其它物质(如油、脂)的蒸汽压。因此两个概念是不同的,漏率包含于升压率,其值只是升压率的一部分。实际测量过程中,往往用升压率来检测,并把升压率与被测容积相乘作为漏率。在一定范围这种转化是允许的、可行的,但超过适用范围,会发生数值严重背离的现象,即升压率达到指标,但转化后的漏率却大得不可思议。下
3、面以我公司高真空气动挡板阀为例,通过计算结果来说明漏率和升压率的差异,指出主要影响因素,并推而广之。1、阀门参数表1给出了GDQ-J系列阀门各参数的统计结果。为便于观察各参数的变化趋势,同时给出了变化趋势图(见图1)。从曲线可看出,阀门密封圈总长和焊缝总长的增幅远小于阀门内表面积和容积的增长。表1阀门参数表图1阀门参数变化曲线2、漏率计算本文论及的漏率主要包括大气通过密封圈和焊缝向真空侧的漏气量,没有把气体通过阀体材料渗入阀体内部的气体计算在内。2.1、密封圈的漏率计算漏率计算以Roth关于单橡胶
4、密封圈的密封过程基本方程为准。式中C———气体从环形密封界面流过的总流导F———密封过程橡胶圈所受到的压紧力q———漏率T———以绝对温标表示的气体温度M———气体分子的分子量R0———环形密封界面的外径R1———环形密封界面的内径A———密封表面等边角锥的峰谷高度值L———环形界面的总长度w———橡胶圈表面接触宽度R———密封系数,与密封材料有关的常数Cr———橡胶圈的压缩比E———橡胶材料的杨氏模量ΔP———密封界面两侧的压力差不失一般性,计算结果满足下列前提:大气为标态环境(压力1.013×
5、105Pa、温度293K、相对湿度65%);密封材料为丁腈的“O”形圈;密封圈内径在10～300mm,压缩比取0.25,内径在300～1200mm,压缩比取0.3;密封面粗糙度为Ra1.6;计算值为密封圈对空气的漏率。2.2、焊缝漏率焊缝漏率采用氦质谱检漏法得出漏孔对氦的漏率,转化为对空气的漏率,即氦漏率×4/29。采用真空氦罩法测量,检漏仪是法国ALCATEL公司ASM142氦质谱检漏仪,最小可检漏率为1×1027Pa·L/s。对高真空阀门的常规手工焊的焊缝测量结果可知,单位长度的焊缝漏率为1.
6、7×1028Pa·L/s·cm。3、放气量的计算放气量以阀门内表面和阀板暴露真空侧的表面积为主,没有把密封圈的放气量计算在内。Q=q×S式中Q———单位时间阀门内表面的放气量q———材料的常温出气率S———阀门内表面积和阀板暴露真空侧的表面积之和不锈钢材料,q按未经烘烤、布抛光、静态法测试、抽空5小时的出气速率选取(6.7×1028Pa·L/(s·cm2));碳钢材料,q按未经烘烤、丙酮清洗、静态法测试、抽空5h的出气速率选取(5.3×1027Pa·L/(s·cm2))。4、计算结果各计算数据列于
7、表2,并依此绘出曲线图2。图2阀门漏率和放气率曲线暂且把内表面放气量、密封圈总漏率和焊缝总漏率之和称为“漏放率”。密封圈总漏率为根据Roth公式计算出的漏率的2倍,即假设密封圈2个密封端面的漏率一样。漏放率基本上把影响阀体内压力上升的因素考虑了,因此在此处可以认为漏放率与升压率具有同等含义。从图2和表2可看出,密封圈和焊缝的漏率比阀门内表面放气率低1～2数量级,几乎对漏放率没有影响,以至于总漏放率的曲线和阀门内表面放气率曲线基本重合,因此影响压力上升的主要因素是内表面的出气量。这样就不难理解要达到
8、设备的极限压力,必须长时间抽空和采用烘烤等有效手段,采取措施的目的就是降低设备内表面的出气量。表2计算数据5、漏放率与升压率的比较依据表1和表2内的参数可以把漏放率转化为每小时漏放率使阀门压力升高的值(见表3和3),可以理解为经过1h由于漏放率使阀门内部压力升高的压力。表3漏放率使阀门压力上升值图3表明,漏放气对阀门压力升高的影响是不一样的,对小阀门的影响大于对大阀门的影响,即随着阀门容积的增大,其压力升高的梯度却相应地缩小。这亦从图1和图2中各参数变化曲线的不同得以显现,影响漏放
