Вакуумные тарельчатые клапаны и затворы

Вакуумные клапаны и затворы, предназначенные для изоляции участков вакуумной системы, полностью герметизируют окно клапана и, как правило, используются только в открытом или закрытом виде. Клапаны вакуумной системы - промышленные быстро отсечные вакуумные затворы, шлюзовые затворы и др. такие как затвор вакуумный 2ЗВЭ, содержат в себе подвижный диск, с уплотнительным элементом, который прижимается к поверхности в корпусе клапана, чтобы отсечь поток газа. Уплотнительный элемент может быть изготовлен из полимера либо металла. Двумя распространенными видами вакуумных клапанов являются тарельчатые клапаны и затворы. Тарельчатый клапан показан схематически на рис. 1. В этом клапане уплотнительный диск или наконечник присоединен к штоку, который движется перпендикулярно уплотняющей поверхности. Закрытие и герметизация производятся путем насаживания наконечника на седло клапана. Для того чтобы открыть клапан, шток поднимается, оттягивая наконечник от седла. Тарельчатые клапаны устанавливают в трубопроводах с прямоугольным или рядным расположением окон. В некоторых рядных конструкциях клапанов газ движется по прямой и сквозной траектории (проходные клапаны), в то время как внутри других клапанов предусмотрено несколько колен (угловые клапаны). На рис. 2 показаны различные траектории движения газа.

Рис. 1. Пневматический угловой тарельчатый клапан с полимерной уплотнительной парой. В нем используется сильфон для передачи движения, пружина внутри сильфона, концентричная со штоком, закрывает клапан, когда падает давление воздуха в пневматическом цилиндре (источник: HPS Division of MKS Instruments, Inc.) 

Рис. 2. Траектории движения газового потока при работе вакуумного клапана: а - окна с рядным расположением и смещением трубы; б - окна с угловым расположением; в - проходной корпус клапана (используется для перемещения газа в вакуумных системах и оптических видах применения)

Рис. 3. Ручной вакуумный затвор с полимерным наконечником и металлическим уплотнением. Во время приведения в действие корпус герметизируется с помощью сильфона (VATLOCK mechanism, U.S.; источник: VAT Vacuumventile AG, Haag/Switzzerland)

Вакуумный затвор схематично показан на рис. 3. Здесь окна являются рядными, уплотнительный диск представляет собой часть затвора или каретки в сборе, которая вдвигается и выдвигается с траектории газового потока. Для выполнения герметизации, когда затвор находится между окнами, обычно предусматривается средство расширения для прижима уплотнительного диска к уплотнительной зоне, центрированной с одним из окон.

В большинстве тарельчатых клапанов шток обеспечивает фиксацию и направление наконечника. Это также справедливо в некоторых затворах меньшего размера, но по мере того, как размер окна затвора увеличивается, это становится нецелесообразным. Вместо этого затвор в сборе обычно направляется корпусом.

Стандартные тарельчатые клапаны изготавливают с размерами окна от 0,25 до 10 дюймов (от 6,35 до 254 см). Затворы с размерами окна от 0,625 до 20 дюймов (от 16 до 51 см) найти легко, но в основном производят клапаны обоих типов большего размера. Затворы с прямоугольными окнами, иногда называемые разрезными клапанами, используют для манипуляций с полупроводниковыми пластинами при изготовлении полупроводников или другими плоскими заготовками, обрабатываемыми в вакууме.

Затворы, в которых используется расширение, имеют больше подвижных частей и являются более сложными по сравнению с тарельчатыми клапанами, поскольку уплотнительный диск должен перемещаться в двух направлениях. Другим недостатком вакуумных затворов является более высокая стоимость, чем у тарельчатых клапанов. Кроме того, расширение затвора может создавать механический треск, неприемлемый в некоторых видах применения. Затворы без расширения характеризуются меньшим треском при закрытии. Преимущества вакуумных затворов включают относительно тонкие корпуса, большую проводимость в открытом состоянии и траекторию оптически прямого сквозного потока. Некоторые механизмы расширения механически запираются в закрытом положении, позволяя затвору оставаться закрытым и герметичным в случае отказа питания или сжатого воздуха. Преимущества и недостатки вакуумных тарельчатых клапанов и затворов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика вакуумных тарельчатых клапанов и затворов

Иногда в вакуумных системах используются диафрагменные клапаны (рис. 4) и клапаны-бабочки (рис. 5). В диафрагменном клапане диафрагма прижимается по кромке, а шток прикреплен к ее центру. Диафрагма часто изготовляется из полимера и для герметизации прижимается к корпусу клапана. Эти клапаны изготавливают для вакуумных систем с размерами портов до 50 см. В клапанах-бабочках для открытия или закрытия траектории газового потока поворачивается круглая задвижка. Для формирования уплотнения в закрытом состоянии на периферии задвижки установлено уплотнительное кольцо. Задир или скручивание уплотнительного кольца может нарушить герметичность уплотнения. Для преодоления этой проблемы в некоторых клапанах-бабочках в конце своего вращения уплотнительный диск кулачком устанавливается в соответствующее положение.

Рис. 4. Ручной диафрагменный клапан. Диафрагма зажимается и герметизируется по периферии между корпусом и крышкой. Шток присоединен к центру диафрагмы. Для отсечки газа диафрагма прижимается к корпусу клапана, изолируя входное и выходное отверстия (источник: VAT Vacuumventile AG, Haag/Switzzerland)

Рис. 5. Клапан-бабочка в частично открытом состоянии. Клапан приводится в действие с помощью шагового двигателя для прецизионного управления задвижкой. Эта конструкция используется для управления давлением замкнутого контура (источник: HPS Division of MKS Instruments, Inc.)