真空系統(tǒng)設計（真空法蘭連接）
真空系統(tǒng)是指由真空泵、真空計及各種零件通過管道以適當的方式聯接，組合成能達到一定真空度要求的裝置。真空系統(tǒng)的基本要求是都有哪些？ 3.3.3真空法蘭連接 真空法蘭連接屬于可...
真空系統(tǒng)是指由真空泵、真空計及各種零件通過管道以適當的方式聯接，組合成能達到一定真空度要求的裝置。真空系統(tǒng)的基本要求是都有哪些？
3.3.3真空法蘭連接
真空法蘭連接屬于可拆密封連接。真空系統(tǒng)中常用的法蘭有橡膠密封法蘭、氟塑料密封法蘭、金屬密封法蘭、快卸法蘭。
3.3.3.1橡膠密封真空法蘭
法蘭與橡膠墊圈相結合的真空靜密封連接是真空系統(tǒng)中應用最多的一種可拆密封連接結構，只靠兩個法蘭之間的密封面進行密封是達不到保證連接部位的氣密性要求的。實驗表明，即使法蘭平面加工十分平整，表面粗糙度極低，但只要出現一條0.25nm的刀痕，其漏氣率即可達到10-8/s。因此可將氯丁橡膠、丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等彈性體制成不同形狀截面的墊圈或0型密封圈，然后將其夾在兩個連接件之間，以達到真空靜連接及密封的目的。這種結構的密封性能主要取決于彈性體和被連接件之間接觸面的粗糙度及彈性體本身的透氣性、放氣率和蒸氣壓等因素。為了消除這些因素對密封性能的影響，接觸表面的粗糙度至少要求加工到1.6μm,而且設計時，盡量使彈性體暴露在真空一側的表面最少。
橡膠密封法蘭用于低、中及高真空系統(tǒng)中，也可用于超高真空裝置的真空室門密封。用于超高真空系統(tǒng)密封時，為了減少密封圈出氣量，常采用氟橡膠密封圈，或用低溫冷卻結構冷凍密封圈。目前，真空法蘭執(zhí)行GB/T6070-2007標準。此標準適用于低、中、高真空設備所用的連接法蘭(包括:固定法蘭、活套法蘭和卡鉗法蘭)。
A法蘭用材料與法蘭公稱通徑
真空法蘭所用材料-般為Q235A或20號鋼，要求防磁:用于腐蝕介質的法蘭材料可采用奧氏體不銹鋼，選用其他材料時應滿足國家標準規(guī)定的真空法蘭線密封載荷和焊接性能的要求。真空法蘭(包括導管)的公稱通徑即公稱內徑，--般應等于或稍小于實際內徑。法蘭連接的所有結構尺寸及密封圈的尺寸均根據連接導管的內徑，即公稱通徑來決定。公稱通徑、實際內徑與法蘭接管的尺寸關系見圖3-58和表3-16。
圖3-58真空法蘭與接管
表3-16真空法蘭公稱通徑、實際內徑與法蘭接管的尺寸(mm)
注:d、:數值取自GB/T17395-1998，作為指導用。
①在GB/T17395--1998中沒有此規(guī)格，該尺寸作為參考。
B法蘭尺寸
a固定法蘭
固定法蘭的各部配合、連接尺寸由圖3-59和表3-17給出。
圖3-59真空固定法蘭
表3-17真空固定法蘭公稱通徑及尺寸
注:表中D、D2的尺寸決定了法蘭的最小密封面。
b活套法蘭
活套法蘭的公稱通徑尺寸和其他各部配合、連接尺寸由圖3-60和表3-18給出。
圖3-60活套法蘭
表3-18活套法蘭公稱通徑及尺寸(mm)
注:卡環(huán)直徑de建議用下列公差:do=2mm,公差為±0.02mm;do=3-5mm,公差為±0.025mm;do=8-10mm,公差為±0.030mm。
c卡鉗法蘭
卡鉗法蘭的公稱通徑尺寸和其他各部配合、連接尺寸由圖3-61和表13-19給出。
圖3-61卡鉗法蘭
表3-19卡鉗法蘭公稱通徑及尺寸（mm）
注:1.表中D、Dg的尺寸決定了法蘭的最小密封面;2.焊接管徑等所用夾緊裝置接觸面的最大直徑由D.決定。
C法蘭連接形式
a固定與活套法蘭連接
?真空固定法蘭與活套法蘭的連接形式如圖3-62~圖3-65所示。該連接形式適用于低、中、高真空設備和管路的法蘭連接。在法蘭連接安裝時，法蘭的密封槽應開在面向氣流方向的法蘭平面上。
圖3-62固定法蘭與固定法蘭連接
圖3-63活套法蘭和活套法蘭連接
圖3-64固定法蘭與活套法蘭連接
圖3-65活套法蘭用鉤頭螺栓連接
真空固定法蘭和活套法蘭的螺栓孔位置應按圖3-66所示排列，圖中ax角是螺栓孔數的函數，螺栓孔數n根據法蘭線密封載荷及給定的螺栓應力得出。
b卡鉗法蘭連接
卡鉗真空法蘭連接采用橡膠密封圈密封，特點是:使用方便，便于快速安裝和拆卸，適用于低、中、高真空管路連接用?？ㄣQ真空法蘭連接有三種形式:卡鉗螺釘連接、卡鉗墊塊連接、卡鉗螺栓連接，如圖3-67~圖3-69所示。
圖3-66真空法蘭的螺栓孔位置
圖3-67卡鉗螺釘法蘭連接
圖3-68卡鉗墊塊法蘭連接
圖3-66真空法蘭的螺栓孔位置
c真空快卸法蘭連接
(1)夾緊型真空快卸法蘭。夾緊型真空快卸法蘭適用于低、中、高真空管路，法蘭用0型橡膠密封圈密封，其結構形式見圖3-70，卡箍材料推薦采用鑄鋁ZL7。
圖3-70夾緊型真空快卸法蘭結構形式
(2)擰緊型真空快卸法蘭。擰緊型真空快卸法蘭適用于低、中、高真空管路，其公稱通徑為10~40mm,用0型橡膠密封圈密封。擰緊型真空快卸法蘭的結構形式如圖3-71所示。
圖3-71擰緊型真空快卸法蘭結構形式
D法蘭線密封載荷及對應的O型密封圈
真空法蘭的線密封載荷8為:
式中，8為n個螺栓以200MPa應力均布施壓在膠圈上的線密封載荷，N/mm;n為螺栓數量;S為螺栓截面面積，mm2;d為密封圈內徑，?mm;d2為密封圈壓縮前的截面直徑，mm。
常用法蘭的線密封載荷值及對應的0型密封圈由表3-20給出。
表3-20常用的法蘭線密封載荷及對應的O型密封圈
①在CB/中沒有此規(guī)格，該尺寸作為參考。
②該值作為指導用，根據所選用的密封圈的不同而不同。
E真空法蘭密封槽結構形式及尺寸
如圖3-72和圖3-73所示，真空法蘭密封槽的結構形式為在法蘭面上開槽(矩形、梯形等)，或采用平面法蘭加內定位圈形式(此時采用圓形密封圈)，內定位圈的結構如圖3-74所示。密封槽應開在面向氣流方向的法蘭平面上。
圖3-720型密封圈矩形密封槽結構
圖3-730型密封圈梯形密封槽結構
圖3-740型密封圈內定位圈
密封槽對于所用的密封圈規(guī)格和密封槽及內定位圈的尺寸見表3-21,內定位圈所用密封圈的截面直徑分別為5.3mm、7mm和10mm三種規(guī)格。
表3-21密封槽及內定位圈尺寸讓物(mm)
3.3.3真空法蘭連接
真空法蘭連接屬于可拆密封連接。真空系統(tǒng)中常用的法蘭有橡膠密封法蘭、氟塑料密封法蘭、金屬密封法蘭、快卸法蘭。
3.3.3.1橡膠密封真空法蘭
法蘭與橡膠墊圈相結合的真空靜密封連接是真空系統(tǒng)中應用最多的一種可拆密封連接結構，只靠兩個法蘭之間的密封面進行密封是達不到保證連接部位的氣密性要求的。實驗表明，即使法蘭平面加工十分平整，表面粗糙度極低，但只要出現一條0.25nm的刀痕，其漏氣率即可達到10-8/s。因此可將氯丁橡膠、丁腈橡膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯等彈性體制成不同形狀截面的墊圈或0型密封圈，然后將其夾在兩個連接件之間，以達到真空靜連接及密封的目的。這種結構的密封性能主要取決于彈性體和被連接件之間接觸面的粗糙度及彈性體本身的透氣性、放氣率和蒸氣壓等因素。為了消除這些因素對密封性能的影響，接觸表面的粗糙度至少要求加工到1.6μm,而且設計時，盡量使彈性體暴露在真空一側的表面最少。
橡膠密封法蘭用于低、中及高真空系統(tǒng)中，也可用于超高真空裝置的真空室門密封。用于超高真空系統(tǒng)密封時，為了減少密封圈出氣量，常采用氟橡膠密封圈，或用低溫冷卻結構冷凍密封圈。目前，真空法蘭執(zhí)行GB/T6070-2007標準。此標準適用于低、中、高真空設備所用的連接法蘭(包括:固定法蘭、活套法蘭和卡鉗法蘭)。
A法蘭用材料與法蘭公稱通徑
真空法蘭所用材料-般為Q235A或20號鋼，要求防磁:用于腐蝕介質的法蘭材料可采用奧氏體不銹鋼，選用其他材料時應滿足國家標準規(guī)定的真空法蘭線密封載荷和焊接性能的要求。真空法蘭(包括導管)的公稱通徑即公稱內徑，--般應等于或稍小于實際內徑。法蘭連接的所有結構尺寸及密封圈的尺寸均根據連接導管的內徑，即公稱通徑來決定。公稱通徑、實際內徑與法蘭接管的尺寸關系見圖3-58和表3-16。
圖3-58真空法蘭與接管
表3-16真空法蘭公稱通徑、實際內徑與法蘭接管的尺寸(mm)
注:d、:數值取自GB/T17395-1998，作為指導用。
①在GB/T17395--1998中沒有此規(guī)格，該尺寸作為參考。
B法蘭尺寸
a固定法蘭
固定法蘭的各部配合、連接尺寸由圖3-59和表3-17給出。
圖3-59真空固定法蘭
表3-17真空固定法蘭公稱通徑及尺寸
注:表中D、D2的尺寸決定了法蘭的最小密封面。
b活套法蘭
活套法蘭的公稱通徑尺寸和其他各部配合、連接尺寸由圖3-60和表3-18給出。
圖3-60活套法蘭
表3-18活套法蘭公稱通徑及尺寸(mm)
注:卡環(huán)直徑de建議用下列公差:do=2mm,公差為±0.02mm;do=3-5mm,公差為±0.025mm;do=8-10mm,公差為±0.030mm。
c卡鉗法蘭
卡鉗法蘭的公稱通徑尺寸和其他各部配合、連接尺寸由圖3-61和表13-19給出。
圖3-61卡鉗法蘭
表3-19卡鉗法蘭公稱通徑及尺寸（mm）
注:1.表中D、Dg的尺寸決定了法蘭的最小密封面;2.焊接管徑等所用夾緊裝置接觸面的最大直徑由D.決定。
C法蘭連接形式
a固定與活套法蘭連接
?真空固定法蘭與活套法蘭的連接形式如圖3-62~圖3-65所示。該連接形式適用于低、中、高真空設備和管路的法蘭連接。在法蘭連接安裝時，法蘭的密封槽應開在面向氣流方向的法蘭平面上。
圖3-62固定法蘭與固定法蘭連接
圖3-63活套法蘭和活套法蘭連接
圖3-64固定法蘭與活套法蘭連接
圖3-65活套法蘭用鉤頭螺栓連接
真空固定法蘭和活套法蘭的螺栓孔位置應按圖3-66所示排列，圖中ax角是螺栓孔數的函數，螺栓孔數n根據法蘭線密封載荷及給定的螺栓應力得出。
b卡鉗法蘭連接
卡鉗真空法蘭連接采用橡膠密封圈密封，特點是:使用方便，便于快速安裝和拆卸，適用于低、中、高真空管路連接用?？ㄣQ真空法蘭連接有三種形式:卡鉗螺釘連接、卡鉗墊塊連接、卡鉗螺栓連接，如圖3-67~圖3-69所示。
圖3-66真空法蘭的螺栓孔位置
圖3-67卡鉗螺釘法蘭連接
圖3-68卡鉗墊塊法蘭連接
圖3-66真空法蘭的螺栓孔位置
c真空快卸法蘭連接
(1)夾緊型真空快卸法蘭。夾緊型真空快卸法蘭適用于低、中、高真空管路，法蘭用0型橡膠密封圈密封，其結構形式見圖3-70，卡箍材料推薦采用鑄鋁ZL7。
圖3-70夾緊型真空快卸法蘭結構形式
(2)擰緊型真空快卸法蘭。擰緊型真空快卸法蘭適用于低、中、高真空管路，其公稱通徑為10~40mm,用0型橡膠密封圈密封。擰緊型真空快卸法蘭的結構形式如圖3-71所示。
圖3-71擰緊型真空快卸法蘭結構形式
D法蘭線密封載荷及對應的O型密封圈
真空法蘭的線密封載荷8為:
式中，8為n個螺栓以200MPa應力均布施壓在膠圈上的線密封載荷，N/mm;n為螺栓數量;S為螺栓截面面積，mm2;d為密封圈內徑，?mm;d2為密封圈壓縮前的截面直徑，mm。
常用法蘭的線密封載荷值及對應的0型密封圈由表3-20給出。
表3-20常用的法蘭線密封載荷及對應的O型密封圈
①在CB/中沒有此規(guī)格，該尺寸作為參考。
②該值作為指導用，根據所選用的密封圈的不同而不同。
E真空法蘭密封槽結構形式及尺寸
如圖3-72和圖3-73所示，真空法蘭密封槽的結構形式為在法蘭面上開槽(矩形、梯形等)，或采用平面法蘭加內定位圈形式(此時采用圓形密封圈)，內定位圈的結構如圖3-74所示。密封槽應開在面向氣流方向的法蘭平面上。
圖3-720型密封圈矩形密封槽結構
圖3-730型密封圈梯形密封槽結構
圖3-740型密封圈內定位圈
密封槽對于所用的密封圈規(guī)格和密封槽及內定位圈的尺寸見表3-21,內定位圈所用密封圈的截面直徑分別為5.3mm、7mm和10mm三種規(guī)格。
表3-21密封槽及內定位圈尺寸讓物(mm)
