真空系统设计（双重橡胶密封法兰）

真空系统是指由真空泵、真空计及各种零件通过管道以适当的方式联接，组合成能达到一定真空度要求的装置。真空系统的基本要求是都有哪些？

3.3.3.3双重橡胶密封法兰
真空橡胶圈密封时所渗漏的气体量与许多因素有关，其中重要的影响因素是密封圈内外两侧的压力差和橡胶圈的出气和渗漏。减小密封圈两侧的压差和胶圈的出气量，可大大地提高其密封性能。
A双重密封圈的密封原理
真空橡胶圈在密封时，通过它所渗漏的气体量与许多因素有关，例如橡胶的种类、硬度、蒸气压、压缩量、密封面的表面粗糙度、温度等，但最重要的影响因素是密封圈内外两侧的压力差。实验证明，密封圈两侧压差减小，可极大地提高其密封性能。
图3-76所示为双重密封圈密封的原理。图3-76(a)所示是单垫圈的结构。如果设大气压为po，真空泵的有效抽气速率为Sg，由S。而获得的被抽容器内的压力为p，经过密封垫圈漏隙由大气压P漏人到真空容器中的气体量为Q。根据气体连续性方程，则:

式中，C为密封圈与法兰漏隙间的流导。
显然

图3-76双重密封圈的密封原理
(a)单垫圈密封;(b)双垫圈密封;(c)双垫圈中间减压密封
若其他条件不变，如图3-76(b)所示，再增加一-层密封圈，并设其漏隙的流导为C，这时真空容器内的压力为p，因为两层垫圈漏隙为串联，故:

从这里不难看出，如果只增加一-层胶圈，对降低真空容器内压力p的效果是不大的。
如图3-76(e)所示，如果在两层密封圈之间用抽气速率为S的真空泵抽空，并在密封圈中间建立起p的压力值。这时，真空室内的压力为p，则:

即p几乎降低了1万倍，因此采用双重密封圈并且在两层密封圈中间进行抽空的办法，对提高真空容器内的密封效果是十分显著的。
B双重密封的法兰结构
橡胶圈的出气会影响超高真空的获得，为减小橡胶密封圈的出气或漏气量，可采用双重橡胶密封法兰或者双重橡胶金属组合密封法兰来消除这些影响。图3-77所示的双重橡胶圈密封法兰的冷却管中通冷冻剂来冷冻橡胶，以降低橡胶材料的出气率。图3-78所示的双重橡胶圈密封法兰结构是在法兰上设置两个0型橡胶密封圈，在内外橡胶0型密封圈中间设有排气空腔抽真空，以减少渗漏的影响。图3-79所示是橡胶0型密封圈与金属0型密封圈相结合的用于超高真空系统中的法兰密封结构。因为在真空度高于1.3x10-3Pa的真空系统中采用橡胶0型密封圈对真空度的影响主要有两个因素:一是橡胶材料的透气性;二是橡胶材料本身的升华。

前者在真空度为1.3x10~1.3x10-4Pa时的影响最显著，后者在真空度为1.3x10-5~1.3x10-Pa时的影响最显著。因此在这种结构设计中，超高真空侧的密封圈选用金属材料。当内侧真空容器的温度较高时，外环应采用水冷，以防止橡胶过热老化。此外，在金属0型圈的外表面上还可以涂上聚四氟乙烯，使0型密封圈与相应密封接触面间的凸凹完全填满、紧密贴合，从而进一-步提高其密封性能。这种密封装置只要把空腔抽空到1.3x10-3Pa,则能够获得1.3
x10-9Pa的超高真空。

图3-79超高真空双重密封结构
1-橡胶密封圈;2-冷却水道;3-抽真空腔;4-金属密封圈