Επισκόπηση του συστήματος κενού και ο βασικός ρόλος των βαλβίδων
1. Ορισμός και ταξινόμηση του συστήματος κενού συστήματος κενού είναι η μείωση της πίεσης του αέρα σε ένα περιορισμένο χώρο σε ένα περιβάλλον κάτω από την ατμοσφαιρική πίεση μέσω αντλιών κενού και άλλου εξοπλισμού. Χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή ημιαγωγών, στην αεροδιαστημική, στα πειράματα επιστημονικής έρευνας, στην τήξη κενού, στη συσκευασία τροφίμων και σε άλλους τομείς.
Σύμφωνα με το επίπεδο κενού, μπορεί να χωριστεί σε:
Χαμηλό κενό (1000 ~ 100 PA): Χρησιμοποιείται συνήθως στη συσκευασία κενού και στον εξοπλισμό καθαρισμού κενού.
Μεσαίο κενό (100 ~ 0.1 PA): Εφαρμοσμένο σε επικάλυψη κενού και φούρνο ξήρανσης κενού.
Υψηλό κενό (0,1 ~ 10⁻⁵ ΡΑ): Εφαρμοστέο για τη συγκόλληση της παραγωγής και της συγκόλλησης δέσμης ηλεκτρονίων ημιαγωγών.
Εξαιρετικά υψηλό κενό (<10⁻⁵ Pa): Used in cutting-edge fields such as space simulation cabins and particle accelerators.
2. Η βασική λειτουργία των βαλβίδων σε βαλβίδες κενού συστήματος κενού είναι ο "κόμβος ελέγχου" των συστημάτων κενού.
Οι κύριες λειτουργίες περιλαμβάνουν:
Απομόνωση και αποκοπή: Αποκλείστε τη ροή αέρα κατά τη συντήρηση του συστήματος ή τη μετάβαση της διαδικασίας για να αποφευχθεί η ατμοσφαιρική εισβολή.
Ρύθμιση ροής: Ελέγξτε με ακρίβεια τη ροή του αερίου για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της διαδικασίας για κλίση κενού.
Προστασία ασφαλείας: Αποτρέψτε την αντλία κενού, την ανάκριση της πίεσης κατά τη διάρκεια της υπερφόρτωσης και την αποφυγή βλάβης του εξοπλισμού.
Εξισορρόπηση πίεσης: Αργαρά εξαερώστε μεταξύ του θαλάμου κενού και της ατμόσφαιρας για την πρόληψη του βρασμού ή της πρόσκρουσης.
Κύριοι τύποι και χαρακτηριστικά βαλβίδων κενού
1. Ταξινόμηση ανά δομή και αρχή εργασίας
1.1 Βαλβίδα πεταλούδας
Αρχή: Άνοιγμα και κλείσιμο περιστρέφοντας το διάφραγμα (δίσκος), απλή δομή, ισχυρή ικανότητα ροής.
Χαρακτηριστικά
Εφαρμοστέο εύρος πίεσης: 10⁵ ~ 10⁻³ PA (μεσαίο και χαμηλό κενό).
Μέθοδος σφράγισης: Ο δακτύλιος στεγανοποίησης από καουτσούκ ή μεταλλικό, τύπος στεγανοποίησης μετάλλων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υψηλό κενό.
Πλεονεκτήματα: Μικρό μέγεθος, ελαφρύ βάρος, ταχύτητα γρήγορης απόκρισης. Μειονεκτήματα: Οι σφραγίδες από καουτσούκ είναι επιρρεπείς στη γήρανση και δεν είναι κατάλληλα για διαβρωτικά αέρια. Τυπικές εφαρμογές: Οι αγωγοί προ-εξαντλητικών αγωγών των μηχανών επικάλυψης κενού (όπως οι βαλβίδες διαφράγματος DAM του Leybold, Γερμανία). Τα κυκλώματα εξάτμισης των μηχανών συσκευασίας κενού τροφίμων.
1.2 βαλβίδα πύλης
Αρχή: Η πύλη ολισθαίνει κάθετα προς την κατεύθυνση του υγρού και η αντίσταση ροής είναι εξαιρετικά μικρή όταν είναι πλήρως ανοιχτή.
Χαρακτηριστικά
Εφαρμοστέο εύρος πίεσης: 10⁵ ~ 10⁻⁹ PA (από ατμοσφαιρική πίεση έως εξαιρετικά υψηλό κενό).
Μέθοδος στεγανοποίησης: μεταλλικός φυσητήρας + φθοροτεκούτο, το οποίο μπορεί να επιτύχει μηδενική διαρροή.
Πλεονεκτήματα: Εξαιρετική σφράγιση, κατάλληλη για την αποκοπή των αγωγών υψηλού κενού.
Μειονεκτήματα: σύνθετη δομή, μακρύ άνοιγμα και κλείσιμο εγκεφαλικού επεισοδίου και υψηλό κόστος. Οι τυπικές εφαρμογές είναι η απομόνωση του θαλάμου κενού των μηχανών λιθογραφίας ημιαγωγών (όπως η βαλβίδα πύλης της σειράς 2000 στις Ηνωμένες Πολιτείες). Ο κύριος αγωγός εξάτμισης του κλιβάνου τήξης κενού (όπως η βαλβίδα πύλης της σειράς GU του ULVAC).
1,3 βαλβίδα μπάλας
Αρχή: Υπάρχουν τρύπες ροής στη σφαίρα, οι οποίες μπορούν να ανοίξουν και να κλείσουν περιστρέφοντας 90 μοίρες και η διαδρομή ροής είναι ευθεία.
Χαρακτηριστικά
Εφαρμοστέο εύρος πίεσης: 10⁵ ~ 10⁻⁴ PA (χαμηλό έως μεσαίο κενό).
Μέθοδος στεγανοποίησης: Πολυτετραφθοροαιαιθυλένιο (PTFE) ή μεταλλική σκληρή σφραγίδα.
Πλεονεκτήματα: Μικρή αντίσταση ροής, ισχυρή αντοχή στη διάβρωση, κατάλληλη για κοκκώδη μέσα.
Μειονεκτήματα: Υψηλές απαιτήσεις ακρίβειας επεξεργασίας και υψηλό κόστος για τη σκληρή σφραγίδα μετάλλων.
Τυπικές εφαρμογές: Ρύθμιση πρόσληψης αέρα του εξοπλισμού ξήρανσης κενού (όπως βαλβίδες σφαιρών GV από το Edwards, UK). Αγωγός εκκένωσης του αντιδραστήρα κενού στη χημική βιομηχανία.
1.4 βαλβίδα γωνίας
Αρχή: Το σώμα της βαλβίδας είναι δομή δεξιάς γωνίας και ο πυρήνας της βαλβίδας μετακινείται κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης, με λειτουργίες κοπής και εκτροπής.
Χαρακτηριστικά
Εφαρμοστέο εύρος πίεσης: 10⁵ ~ 10⁻⁸ PA (υψηλό κενό έως εξαιρετικά υψηλό κενό).
Μέθοδος σφράγισης: μεταλλικός φυσητήρας + φθοροτεκούτο, το οποίο μπορεί να αντέξει το ψήσιμο υψηλής θερμοκρασίας.
Πλεονεκτήματα: Ομαλή κανάλι ροής, κατάλληλο για σενάρια γρήγορης ροής αερίου.
Μειονεκτήματα: Απαιτούνται απαιτήσεις χώρου υψηλής εγκατάστασης, κάθετη ή οριζόντια εγκατάσταση.
Τυπική εφαρμογή: αγωγός έγχυσης αερίου του Imperter Ion κενού (όπως η πνευματική βαλβίδα γωνίας του Kurt J. Lesker, USA). Κύρια βαλβίδα εξάτμισης της καμπίνας προσομοίωσης χώρου (όπως η εξαιρετικά υψηλή βαλβίδα γωνίας κενού που αναπτύχθηκε ανεξάρτητα από την κινεζική Ακαδημία Επιστημών).
1,5 βαλβίδα διαφράγματος
Αρχή: Αποκλεισμός της ροής αέρα μέσω της παραμόρφωσης του ελαστικού διαφράγματος (καουτσούκ ή μέταλλο), χωρίς σχεδιασμό κουτιού γέμισης.
Χαρακτηριστικά
Εφαρμοστέο εύρος πίεσης: 10⁵ ~ 10⁻2 PA (χαμηλό κενό).
Μέθοδος σφράγισης: Το υλικό διαφράγματος έρχεται άμεσα σε επαφή με το μέσο και είναι ανθεκτικό στη διάβρωση.
Πλεονεκτήματα: μηδενική διαρροή, εύχρηστη, κατάλληλη για διαβρωτικά ή υψηλά αέρια.
Μειονεκτήματα: Το διάφραγμα έχει περιορισμένη ζωή και πρέπει να αντικατασταθεί τακτικά. Τυπικές εφαρμογές Έλεγχος υλικού του εξοπλισμού απόσταξης κενού στη φαρμακευτική βιομηχανία (όπως η βαλβίδα διαφράγματος των ελβετικών συστημάτων σωληνώσεων GF). Βαλβίδα εισαγωγής κοιλοτήτων κενού στο εργαστήριο παραγωγής μπαταρίας λιθίου.
Βασικοί τεχνικοί δείκτες και σημεία επιλογής βαλβίδων κενού
1 βασικοί τεχνικοί δείκτες
Ρυθμός διαρροής
Ορισμός: Ο ρυθμός ροής αερίου που διέρχεται από τη σφράγιση της βαλβίδας ανά μονάδα χρόνου, στο PA ・ m³/s.
Πρότυπο: Οι βαλβίδες υψηλού κενού πρέπει να είναι μικρότερες ή ίσες με 10 ⁻⁹ pa ・ m³/s και οι υπερβολικά υψηλές βαλβίδες κενού πρέπει να είναι μικρότερες ή ίσες με 10⁻ ・ pa ・ m³/s.
Εφαρμοστέο εύρος θερμοκρασίας
Απαιτούνται από ανοξείδωτο χάλυβα + μεταλλικές σφραγίδες για σενάρια χαμηλής θερμοκρασίας (όπως ψύξη υγρού ηλίου) και σχέδια ανθεκτικά στο ψήσιμο (200 ~ 450 βαθμοί) απαιτούνται για σενάρια υψηλής θερμοκρασίας (όπως κλιβάνους ανόπτησης κενού).
Αγωγιμότητα
Ορισμός: Ο ρυθμός ροής αερίου όταν η βαλβίδα είναι πλήρως ανοιχτή, η οποία σχετίζεται με το διαμέτρημα και τη δομή (όπως η αγωγιμότητα της βαλβίδας πύλης είναι υψηλότερη από τη βαλβίδα σφαίρας).
Αντοχή στη διάβρωση
Κατά τη διαχείριση των διαβρωτικών αερίων (όπως το CL₂, SF₆), απαιτείται σώμα βαλβίδας Hastelloy + PTFE.
2 Διαδικασία επιλογής και προφυλάξεις
Καθαρό επίπεδο κενού
Για χαμηλό κενό, επιλέξτε μια βαλβίδα φλερτ ή μια βαλβίδα σφαίρας και για υψηλό κενό/εξαιρετικά υψηλό κενό, πρέπει να χρησιμοποιείται μια βαλβίδα πύλης ή μια βαλβίδα γωνίας.
Ανάλυση των χαρακτηριστικών των μέσων ενημέρωσης
Για μέσο που περιέχει σωματίδια, επιλέξτε μια βαλβίδα σφαίρας (κανάλι ροής ευθείας) και για διαβρωτικά αέρια, επιλέξτε μια βαλβίδα διαφράγματος ή ένα σώμα επικαλυμμένης βαλβίδας.
Απαιτήσεις ελέγχου αντιστοίχισης
Για γρήγορη αποκοπή, επιλέξτε μια βαλβίδα πνευματικής πύλης (Χρόνος απόκρισης <0,5 δευτερόλεπτα) και για ακριβή ρύθμιση, επιλέξτε μια ηλεκτρική βαλβίδα βελόνας (όπως η σειρά SS-4NV του Swagelok στις Ηνωμένες Πολιτείες).
Χώρος εγκατάστασης και συμβατότητα
Για συμπαγή εξοπλισμό, επιλέξτε μια βαλβίδα δεξιάς γωνίας (εξοικονόμηση χώρου) και η διεπαφή φλάντζας πρέπει να ταιριάζει με το πρότυπο αγωγού (όπως το ISO, CF).
Περιπτώσεις εφαρμογής βαλβίδων κενού σε τυπικές βιομηχανίες
1. Κατασκευή ημιαγωγών: Έλεγχος ακριβείας του περιβάλλοντος εξαιρετικά υψηλού κενού
Περίπτωση: Ομάδα βαλβίδων κενού στη διαδικασία φωτολιθογραφίας
Απαιτήσεις διαδικασίας
Ο θάλαμος κενού της μηχανής φωτολιθογραφίας πρέπει να διατηρήσει ένα εξαιρετικά υψηλό κενό 10 ° PA για να εμποδίσει την παρεμβολή των μορίων αερίου με τη διαδρομή δέσμης. Η συχνή φόρτωση/εκφόρτωση πλακιδίων απαιτεί γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής βαλβίδων (<1 second) and zero leakage.
Διάλυμα
Κύρια βαλβίδα απομόνωσης: βαλβίδα πνευματικής πύλης (όπως η σειρά VAT 2000), σφραγίδα μεταλλικών φυσαλίδων, ρυθμός διαρροής μικρότερο ή ίσο με 10⁻2 PA ・ m³/s.
Βαλβίδα έγχυσης αερίου: βαλβίδα ηλεκτρικής βελόνας (ακρίβεια ± 0,1 SCCM), ελέγξτε τη ροή του αέριο καθαρισμού (N₂).
Προστασία ασφαλείας: Ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα εξαερισμού (Χρόνος απόκρισης <50ms), εξισορροπήστε γρήγορα την πίεση σε περίπτωση βλάβης της αντλίας κενού.
Βασικά πλεονεκτήματα
Το εσωτερικό τοίχωμα της βαλβίδας είναι ηλεκτρολυτικά γυαλισμένο (RA μικρότερη ή ίση με 0,2 μm) για να μειώσει την προσρόφηση των σωματιδίων και να πληροί τις απαιτήσεις καθαριότητας ημιαγωγών.
Υποστήριξη απομακρυσμένου ψηφιακού ελέγχου (όπως διεπαφή RS-485), απρόσκοπτη σύνδεση με το σύστημα ελέγχου της μηχανής λιθογραφίας.
2. Αεροδιαστημική: Προσομοίωση κενού και δοκιμές ακραίων περιβάλλοντος
Περίπτωση: Θερμικός θάλαμος δοκιμής θερμικού κενού διαστημικού σκάφους
Απαιτήσεις διαδικασίας
Προσομοιώστε το κενό χώρου (10⁻³ PA) και την ακραία θερμοκρασία (-120 ~ +120 βαθμό) για να δοκιμάσετε την αξιοπιστία των εξαρτημάτων διαστημικών οχημάτων.
Η διέλευση μεταξύ του θαλάμου κενού και της αντλίας κενού και της πηγής αερίου βαθμονόμησης πρέπει συχνά να αλλάζει.
Διάλυμα
Κύρια βαλβίδα εξάτμισης: Βαλβίδα γωνίας μεγάλης διαμέτρου (DN200), αγωγιμότητα ροής μεγαλύτερη ή ίση με 5000 L/s, το νερό ψύξης χρησιμοποιείται για να αντιμετωπίσει την αύξηση της θερμοκρασίας ψησίματος.
Βαλβίδα ισορροπίας πίεσης: πνευματική βαλβίδα πτερυγίου με συσκευή ρυθμιστικού διαλύματος, ρυθμιζόμενο ρυθμό ροής (0 ~ 1000 PA/s) κατά τη διάρκεια του εξαερισμού για να αποφευχθεί η πρόσκρουση στον εξοπλισμό στην καμπίνα.
Ομάδα βαλβίδας αερίου βαθμονόμησης: συστοιχία βαλβίδων πολλαπλών καναλιών για την επίτευξη ταχείας μεταγωγής πολλαπλών αερίων όπως O₂ και Co₂.
Βασικές προκλήσεις και απαντήσεις
Οι κύκλοι θερμοκρασίας προκαλούν θερμική διαστολή και συστολή των σφραγίδων και οι Bellows Invar χρησιμοποιούνται για την αντιστάθμιση της παραμόρφωσης.
Ο έλεγχος του ρυθμού εξάτμισης του υλικού υπό υψηλό κενό, το σώμα της βαλβίδας είναι κατασκευασμένο από ανοξείδωτο χάλυβα 316L + ηλεκτρολυτική στίλβωση και ο ρυθμός outgassing της επιφάνειας είναι μικρότερος ή ίσος με 10⁻ ⁰ Pa ・ m³/(S ・ CM2).
3. Πυτώση κενού: πολύπλοκο περιβάλλον υψηλής θερμοκρασίας, υψηλής πίεσης και μεταλλικού ατμού
Περίπτωση: Έλεγχος τήξης του φούρνου τόξου κενού
Απαιτήσεις διαδικασίας
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τήξης, ο βαθμός κενού πρέπει να διατηρηθεί στα 10 ° PA για την πρόληψη της οξείδωσης μετάλλων. Ταυτόχρονα, πρέπει να εισαχθεί αδρανές αέριο (AR) για να ρυθμίσει την πίεση στον κλίβανο.
Ο μεταλλικός ατμός (όπως το Ti, Zr) είναι εξαιρετικά διαβρωτικός και η βαλβίδα πρέπει να είναι ανθεκτική στη διάβρωση και την πρόσφυση.
Διάλυμα
Βαλβίδα κενού: Βαλβίδα πύλης ψύξης με νερό, το σώμα της βαλβίδας ψεκάζεται με επικάλυψη καρβιδίου βολφραμίου (WC), η οποία είναι ανθεκτική στη διάβρωση των μεταλλικών ατμών.
Φουσκωτή βαλβίδα: βαλβίδα πνευματικής σφαίρας, η επιφάνεια του πυρήνα της βαλβίδας είναι τοποθετημένη με κράμα νικελίου-φωσφοριού (NI-P) για να αποφευχθεί η κολλημένη σταγονίδια μετάλλων.
Βαλβίδα ασφαλείας: Βαλβίδα ανακούφισης πίεσης με ελατήριο, Ρύθμιση πίεσης 0.15 MPa, αυτόματη εξάτμιση όταν ο κλίβανος είναι υπερπίεση.
Επίδραση λειτουργίας
Η διάρκεια ζωής της βαλβίδας επεκτείνεται από 3 μήνες από τον συνηθισμένο ανοξείδωτο χάλυβα σε περισσότερο από 1 χρόνο, μειώνοντας το κόστος συντήρησης χρόνου διακοπής.
Η ακρίβεια του πληθωρισμού είναι ± 5%, εξασφαλίζοντας ότι η περιεκτικότητα οξυγόνου ελέγχεται κάτω από 20 ppm κατά τη διάρκεια της διαδικασίας τήξης.
4. Τρόφιμα και φάρμακα: Ειδικές απαιτήσεις για συστήματα κενού υγιεινής
Περίπτωση: Ασηπτικός έλεγχος των στεγνωτηρίων φαρμακευτικής κατάψυξης
Απαιτήσεις διαδικασίας
Η ξήρανση του ψύξης των φαρμάκων πρέπει να πραγματοποιηθεί σε περιβάλλον χαμηλού κενού 10 ~ 1 PA για να αποφευχθεί η μετουσίωση των συστατικών φαρμάκων.
Το σύστημα πρέπει να συμμορφώνεται με τα πρότυπα GMP, το εσωτερικό τοίχωμα της βαλβίδας είναι ομαλό και δεν έχει νεκρές γωνίες, το οποίο είναι βολικό για τον καθαρισμό στο διαδίκτυο (CIP).
Διάλυμα
Κύρια βαλβίδα: Βαλβίδα διαφράγματος υγιεινής (όπως η σειρά 600 της Gemü στη Γερμανία), το σώμα της βαλβίδας είναι κατασκευασμένο από ανοξείδωτο χάλυβα 316L και η εσωτερική επιφάνεια είναι γυαλισμένη RA μικρότερη ή ίση με 0,8 μm.
Βαλβίδα αποστείρωσης ατμού: βαλβίδα πνευματικής γωνίας, υποστηρίζει αποστείρωση υγρής θερμότητας 134 βαθμών (SIP)
Βαλβίδα διάσπασης αέρα: βαλβίδα πτερυγίου με βακτηριακό φίλτρο, αποτελεσματικότητα διήθησης μεγαλύτερη ή ίση με 99,99% (σωματίδια 0,22mm) όταν περάσει ο αέρας.
Συμμόρφωση
Το Advantage Valve Design συμμορφώνεται με τα πρότυπα ASME BPE και μπορούν να παρασχεθούν πιστοποιητικά υλικού και δοκιμές τραχύτητας επιφάνειας.
Δομή χωρίς ελατήριο και χωρίς κενά για να αποφευχθεί η μικροβιακή ανάπτυξη που προκαλείται από υπολειμματικό υγρό.
Συντήρηση και αντιμετώπιση προβλημάτων βαλβίδων κενού
Ημερήσια σημεία συντήρησης
Δοκιμή σφράγισης
Σάρωση της σύνδεσης της βαλβίδας τακτικά με ανιχνευτή διαρροής φασματόμετρου μάζας ηλίου και αντικαταστήστε τον δακτύλιο στεγανοποίησης ή επισκευάστε τους φυσητήρες όταν ο ρυθμός διαρροής υπερβαίνει το πρότυπο.
Επιφανειακός καθαρισμός
Οι υψηλές βαλβίδες κενού πρέπει να σκουπιστούν με άνυδρη αιθανόλη ή ακετόνη και απαγορεύονται αυστηρά τα καθαριστικά με βάση το λίπος (για να αποφευχθεί η μόλυνση του συστήματος κενού).
Συντήρηση μηχανισμού κίνησης
Ελέγξτε τακτικά την πίεση της πηγής αέρα (0,4 ~ 0,6 MPa) για τις πνευματικές βαλβίδες και δοκιμάστε την αντίσταση μόνωσης κινητήρα (μεγαλύτερη ή ίση με 5 MΩ) για ηλεκτρικές βαλβίδες.
