真空閥門是真（zhēn）空係統的重要元件。對（duì）於構成管路一部分的閥門，其（qí）流導大（dà）小是一個重要（yào）的性（xìng）能參數。對於主要用來起開關氣路（lù）作用的閥門，閥板關閉的密封性能也（yě）是重要的性能參數之一。密封性（xìng）能是（shì）用其漏氣率來衡量的。對於主要用來調節（jiē）氣流大小的閥門，能（néng）夠調節氣流量的精度及範圍（wéi），則是一（yī）項重要的性能參（cān）數。對於全金屬超高真空閥門，每次關閉是否性能（néng）穩定?使用壽命是否長?是其主要的性能指標。

(1)對真空閥門的一般（bān）要（yào）求

　　①閥門（mén）的密封性能要好，閥板密封處的漏氣率要小;

　　②閥板（bǎn）開啟後應盡可（kě）能有較大的流導;

　　③閥門內所用材（cái）料應有（yǒu）較低的飽和蒸氣壓，高抗腐蝕性能（néng）和高化學穩定性、耐磨損、壽命長，超高真（zhēn）空（kōng）閥門應能耐烘烤（kǎo）(400～450℃);

　　④閥門結構要簡單，開關輕便省力，有標誌，傳動機構在高壓（yā）側;

　　⑤真空閥門的型式、基本參數、連接尺（chǐ）寸和技術條（tiáo）件（jiàn）應按國家專業標準執行。

　　(2)閥（fá）板的密封結（jié）構和密封力（lì）計算

　　①膠（jiāo）墊密封結構及（jí）密封力的計算

　　橡膠墊圈密封是（shì）利用閥板與閥座間壓緊橡膠墊圈，依靠橡（xiàng）膠彈性變形（xíng）填塞表（biǎo）麵不平（píng）來實現的密封（fēng）。目前真空閥門的膠墊（diàn）密封（fēng）歸納起來（lái）有6種，如（rú）圖18所示。前4種用於較大（dà）口徑的閥門（mén），後2種用於較（jiào）小（xiǎo）口徑的閥門。a種是早期采用的結（jié）構，為了便於加工閥座（zuò）上的密封槽，必須把閥座與閥殼設計成可拆卸的，這就（jiù）在結構上增加了一道真空密封。現在絕大（dà）多數閥門都采用閥（fá）板上帶密封圈的結構。

　　選擇（zé）真空閥門的密（mì）封結構（gòu）時（shí）應注意以下幾點：a.盡可能減少閥板（bǎn）下高真空側的放（fàng）氣因素，例如選用放氣率小的密封墊材料等.b.關閥後（hòu）密封（fēng）圈截麵上有大的壓（yā）縮變形.c.結構力求簡單;d.製造方便;e.密封（fēng）元件便於拆卸和修（xiū）理。

　　閥門關（guān）閉的密封性能好壞（huài）決定於密封墊填塞閥座表麵不平（píng）的程度。影響這種填塞程度的因素有二方麵：a.密封墊材料的硬度和壓緊程度;b.閥座表麵（miàn）的粗糙度。通常閥座表麵的粗度都高於3.2/Δ，密（mì）封（fēng）墊的硬度都在邵（shào）氏硬（yìng）度55～75之間。密封墊的壓緊程度，根據（jù）試驗結果，當橡膠的硬（yìng）度在邵氏硬度（dù）50以上（shàng），而（ér）表麵沒有任何擦（cā）傷（shāng）時，橡膠墊的高度壓縮比在15%以上就能達到漏氣率小於1.33×10-7Pa·L/s·cFn。的（de）密封（fēng）性能。如果考慮到（dào）製造精度上允許的偏差·把壓（yā）縮比（bǐ）適當提高一（yī）些是必要的。因此建議真空閥門密封墊的相對壓縮（suō）比通常取為15%～25%。

　　膠墊密封悶板的密封力計算，多數可按0形環在矩形槽中受壓縮的密封力進行近似地計算

　　Fs=σBL =σxEBxπdDN (1)

　　式中σ-密封比壓力，N/cm2;B-密封寬度，即密封圈與閥座的接觸寬度，cm;L-密封圈平均（jun1）周長，cm;σx-相對比壓力;E-密封圈材料的相氏模量，N/cm2;Bx-密封圈的相對寬度，d-密封圈的線徑，cm;D-密封槽的中徑，cm。

　　有些閥門隻需要單向使（shǐ）用，例如擴散泵入口閥（fá）門（mén），閥（fá）板隻需要封住擴散泵中的真空狀（zhuàng）態。這種閥（fá）的設計，結構上允許閥板在壓（yā）力差作用（yòng）下（xià）繼續被壓緊。因此，閥板關閉（bì）時（shí）隻需要初始壓緊力就可以。我國1968年（nián）真空閥門聯合設計中（zhōng）提出，在上述情況下，密封的初始比壓力可以取為20N/cm。。實踐證明，這（zhè）種做法是可行的。故這種閥門的初始密封力為

　　Fs=20BLN (2)

　　式中B-與（yǔ）密封比壓力為20N/cm2相對應的膠墊密封寬度，cm;L-膠墊的長度，cm。

　　有些閥門需要雙向使（shǐ）用，既不但需要封住閥板上方的大氣壓，有時還得封住閥板下方的大氣（qì）壓。這種閥門的閥板密封力應用下式計算：

　　Fs=σBL+7.85×10-5D2PdN (3)

　　式中Pd是大氣壓強，Pa;其餘符號同（tóng）前。

　　②金屬墊密封結構及密封力計算

　　給出金屬墊密封的幾（jǐ）種結（jié）構。其中有針閥的結構（gòu），還有都是用於超高真空係（xì）統中的金屬墊密封閥門（mén）。

　　一般來（lái）說，閥板用軟金屬紫銅、無氧（yǎng）銅、鋁、鎳和鉛等製成，銅、鋁、鎳要預先經過退火處理。閥座用（yòng）硬金屬不鏽鋼等製成（chéng）刀口形。一種是用低熔（róng）點的（de）軟金屬及其合金作為密封材料，而閥座也是用硬金（jīn）屬不鏽鋼等製成。它們都是依靠軟金屬受壓產生塑性變形與閥座密合達到密（mì）封的。為（wéi）保證密封，每次閥板關閉（bì）時刀（dāo）口的壓痕必（bì）須重合。為此除了閥板的傳動上應有精確的導向（xiàng）機構外，刀口尖還應倒圓。倒圓半徑一般（bān）有兩種：R0.1mm和R0.2mm，多數取（qǔ）為（wéi）R0.1。圖(g)沒有刀口壓痕問題，密封墊的壽命較長。

　　刀口形狀對閥門性能也有（yǒu）一定影響。表2給出了一些實驗數據，從表中實驗數據可知，直角形刀口比夾角形刀口所需螺旋壓緊轉矩大些。

　　為了提高閥板(或金屬（shǔ）墊)的壽命，閥板的壓下量還可以設計成可微調的。一旦原（yuán）有壓痕失去了應有的（de）密封性能時，可通過微調，使壓痕再稍深一些。這（zhè）樣能保（bǎo）證密封性一能，也延長了閥板的使用壽命。

　　目前有關金屬墊密封閥門的密封力計算通常是基於實驗數（shù）據。設計者（zhě）針（zhēn）對所設計的密封結構進行模（mó）擬試驗，確定（dìng）出密封比壓力，然後按照具（jù）體的密封尺寸進行計算。

　　根據表中（zhōng）的數（shù）據，金屬墊密封力可按下式計算：

　　Fs=Ls.fls=As.fsaN (4)

　　式中Ls-密（mì）封口中心長度，mm;fls-單位長度的密封力，N/mm;As-密封麵積，mm2;fsa-單位麵積的密封力，N/mm2。

　　(3)閥板壓緊裝置

　　精確地計算閥板的密（mì）封力是真空（kōng）閥（fá）門設計的首要問題，而正確地設計閥板壓緊裝置則是達到密（mì）封力的基本保證。

　　①閥板壓緊（jǐn）裝置應達到的要求

　　a.在壓緊密封墊時，閥板不產生橫向運動。因為橫向運動會搓傷密封墊;

　　b.壓緊位置要有重合性，即每次關（guān）閉都（dōu）壓在（zài）同一位置上。隻有這樣（yàng）才能保（bǎo）證閥門關閉性能穩定。金屬墊閥門對此（cǐ）要求嚴格（gé），膠墊的差些;

　　c.要均衡壓緊密封墊。因為不均（jun1）衡壓緊密封墊就可能（néng）造成封閉不嚴密;

　　d.壓緊後必須能自鎖，否則（zé）要有動力來維持壓（yā）緊狀態;

　　e.壓緊程度必（bì）須可（kě）調，因為密封墊都有一定製造公差，必須通過調整才能壓緊。

　　②常用的幾種壓緊方式

　　a.螺（luó）旋（xuán）壓緊在真空閥門中應用廣，它的結構簡單（dān），製造容易，壓緊時增（zēng）力倍數（shù）較大（dà），適於手（shǒu）動、電動兩種閥門;其缺點是開關閥門時間較長、傳動效率較低。

　　現以超高真空閥門的具體結構來說明螺旋壓緊。1帶刀口的閥座，2是可更換的閥（fá）板，它由帶導向槽（cáo）的（de）螺杆3帶動。螺母4擰在螺杆3上，其軸向由止推軸承限（xiàn）定，隻能轉動。當螺母轉動時，螺杆3因導向鍵5的限製，隻能（néng）作（zuò）上下移動，從而帶動閥板上下移動，或打開閥門或關閉閥門（mén）。這種閥的關鍵是閥板關閉要有（yǒu）重合性。經驗（yàn）證明，利用閥板（bǎn）凸出（chū）的圓周麵和閥腔的內圓（yuán）柱麵精加工配合，可以達到閥板粗定（dìng）位。該種結構（gòu）還利（lì）用製動圈6來解（jiě）決螺母退扣問題，效果很（hěn）好。

　　螺旋壓緊的螺母（mǔ）阻力矩（jǔ）的計（jì）算可參照機械設計中有關的計算。壓緊後的自鎖條件是（shì）　λ=arctanf(5)

　　式中 λ——螺旋升角;f——螺杆與螺（luó）母材（cái）料的摩擦係數（shù）

　　b.斜麵壓緊

　　如圖6所示，閥板（bǎn）上的斜（xié）麵沿著（zhe）墊塊上的斜麵向左滑動、閥板與（yǔ）墊塊被撐開而將膠圈壓緊密封（fēng）。和螺旋壓緊類似，若（ruò）斜麵升角小於兩（liǎng）者材（cái）料的摩擦角，壓緊後就能實現自鎖。然而對於普通鋼材，摩擦角為5°43’，若（ruò）要保證自鎖，需（xū）斜麵升角入<5°43'。假設膠圈壓下量為1.5mm，則在極限情況下（xià），上（shàng）述閥板需相對於斜塊向左移動15mm才行。即閥板接觸到膠圈後（hòu），還要相對於膠圈橫向移動15mm，顯然這是不能允許的。所以這種結構（gòu）要利用傳動（dòng）連板5轉（zhuǎn）至（zhì）死點來保證自鎖。

　　為產生所（suǒ）需密封力Fs，見圖22，傳動（dòng）連板給閥板的推力（lì）Ft，應為

　　Ft=Fs.tan(λ+ρ) +fFs(6)

　　式中ρ——斜麵間材料的摩擦角;f——膠圈與閥板的摩擦係數

　　為了（le）消除壓緊密封圈時，閥板與（yǔ）密封圈間的摩擦（cā）力，目前國內外都采用（yòng）圖23所示的壓緊密封原理。此時

　　Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7)

　　式中f1——滾輪與導軌之間的（de）摩擦係（xì）數;其餘符號的意義同上。

　　c.鏈板壓緊

　　鏈板（bǎn）壓緊機構如圖7所（suǒ）示。圖24是典型的鏈板壓（yā）緊力圖。如果不考慮鉸鏈的摩擦力，作（zuò）用在鏈（liàn）板上有4個力：密封力Fs、閥板受到的（de）止推力（lì）Fz、導軌槽通過滾輪(或滑塊)給出的反力Ff(Ff=Fs)和推杆傳來的推力（lì）F`t。因為鏈板是壓力杆，所以合力在其中心線上。推力Ft還（hái）需克服滾輪與（yǔ）導（dǎo）軌槽的摩擦力fFf=fFs，根據力的平衡條件（jiàn）可得

　　Ft=Fs(tanα+f) (8)

　　式中α——鏈板中心線與閥板密封麵法線的（de）夾角;f——滾輪（lún）與導軌槽的摩擦係數

　　壓緊裝置的自鎖（suǒ）條件是

　　λ＜tan-1f (9)
 

　　對（duì）於真空（kōng）中的幹摩（mó）擦，鋼與鋼之間（jiān）的滑動摩擦係數為（wéi）0.15，滾動摩擦係數為0.05，代入上式可得（dé）：對於滑塊摩（mó）擦，a<8°30’，鏈（liàn）板（bǎn）自鎖;對於滾輪摩擦，a<2°50’，鏈板自鎖。

　　d.彈簧壓緊

　　閥板6由彈（dàn）簧5壓緊密封。當電（diàn）磁線圈2通電時，銜（xián）鐵4被吸上，閥板被提起打開閥門（mén）。

　　e.彈性墊圈自身壓緊

　　閥塞被碗形密封（fēng）圈箍緊密封。這就（jiù）象往複運動的動密封一樣，不過由於閥（fá）塞進出密封圈，需要閥（fá）塞（sāi）的（de）兩頭有光滑的倒角，以免擦傷密封圈。

　　f.動力壓緊

　　動力壓緊有氣壓的、液（yè）壓的和電磁力（lì）的壓緊。凡是密封力大的閥門都用液壓壓緊。閥門是靠薄壁銅筒在油壓作用下產生彈性變形，與閥（fá）體內筒的光滑表麵緊密（mì）貼合來密封的。當撤去油壓時，薄壁銅筒（tǒng）恢複原形（xíng），閥塞就可（kě）以拉上去打開閥門。

　　為了解決金屬墊密封閥門所需的大壓緊力，國外采用了高壓氣動壓緊。當閥板推至閥口後，往波紋管中通以高壓空氣(21個（gè）大（dà）氣壓或35個大氣壓)對閥板壓緊密封。

　　由於電磁力較小(大磁（cí）力線包可能很（hěn）大)，銜鐵行程有限，因此電磁力壓緊多用於小口徑閥門。

　　③壓緊裝置中（zhōng）的均壓、續壓和調壓措施（shī）

　　為了保證閥門的密封性能，要求閥板壓緊密封圈時（shí）能自動均壓;當（dāng）大氣壓壓到閥板上時（shí）能允許進一步（bù）壓緊（jǐn）;又因為密封圈和其（qí）它傳動件的加工製造差不可避免，所以閥（fá）板壓緊程度必須可調。這就是壓緊裝置的均壓、續壓和調壓問題。在圖11所示的（de）真空閥（fá）門中，通過錐麵閥座和與之配合的錐麵閥板（bǎn）及鉸銷壓緊來自動調均對膠墊的壓力;利用（yòng）壓杆頭(兼（jiān）作導向杆（gǎn）8)與閥板螺紋聯接來達到壓緊程度可調;利用初壓後活塞達不到氣缸（gāng）底來實現大氣壓壓到（dào）閥板時，閥（fá）板繼續壓緊密封圈。

　　上述的均壓措施在鉸銷軸方向不能自動均（jun1）壓，需要在裝配中人工調好（hǎo）。對於口徑較小的閥門，由於誤差量較小，在裝配（pèi）中容易（yì）調好，但對於口徑較大的閥門，就困（kùn）難得（dé）多。因此對於大口徑閥門應（yīng）采（cǎi）用完全自動均壓的措施。例如圖28所示的結構（gòu），采用球而壓頭就能完全自動均壓。

　　(4)閥（fá）板的傳動機構

　　閥板的傳動機構有兩個職能：一是（shì）使閥板壓緊密封圈，保證閥門的密（mì）封性能;二是使閥板開啟後，閥門有較大（dà）的流導。承擔第一個職能的機構零件（jiàn），由於受力較大、有強度、剛度和穩定性問題，設（shè）計中需要（yào）考慮。這些（xiē）機件是傳動機構中（zhōng）的主要構件，承擔第二個職能的機件（jiàn）主要使閥板按所需要的位置開啟，因此受力不大（dà），零件（jiàn）的強度等問題是（shì）次要的。

　　一般的真空閥（fá）門，其閥板的壓緊機構就是（shì）其傳動機構，例如圖7、圖8、圖（tú）12、圖14等。這類傳動機構，隻要知道了閥（fá）板壓緊機構的壓緊力，就（jiù）可以按照普通機械傳動進行設計了。

　　對於真空翻板閥，閥門開啟時（shí）閥板翻轉一個（gè）角度，對閥板運（yùn）動的特殊要求是：①閥板壓緊或鬆（sōng）開密封墊圈時，需（xū）要直起直落;②開啟閥板時，需要翻轉較大的角度，好（hǎo）達到90°;③在閥板翻轉（zhuǎn）過程中，閥板不能與閥座相（xiàng）碰。目前國內主要采（cǎi）用三種翻轉機（jī）構，即擋杆擋翻、四連杆機構和蚌線機構。

　　(5)真空閥門的動力選（xuǎn）擇

　　真空（kōng）閥門的傳動動（dòng）力主要有手動（dòng）、磁動、氣動、電動（dòng）和液動。選（xuǎn）擇閥門動力主要考慮①操（cāo）作方（fāng）便;②工作可靠。例（lì）如手動適合於（yú）小型的，自動化（huà）程度（dù）要求不高的和試驗用的設（shè）備上應用的閥門;而大（dà）型工業生（shēng）產用的自動化程度高的設備上的閥門，則必須用磁動、氣動、電（diàn）動或液壓（yā）的。一般說（shuō）來，磁動閥門口徑都較小，動作較快，電磁（cí）電源也（yě）較方便;而氣動閥門突出的特點（diǎn）是動作快;兩者都適合於作保護性（xìng）的閥門。電動(即電動機傳（chuán）動的)和液壓的閥（fá）門，都（dōu）是需要大動力的閥門，尤其是液（yè）壓傳動的閥門，動力小了不合適，它不象電動的閥門，常常（cháng）因為電源方便而（ér）被采用。實際上，不管采（cǎi）用哪種動力，都必須保證閥（fá）門工作可靠。

　　(6)閥門開關的限（xiàn）位和指示

　　為了使閥門開關準確可靠和操作方便，閥門的開啟和關閉需要有限位和指示。特別是金屬墊密封的閥門更須嚴格控製閥座刀口對金（jīn）屬墊的楔（xiē）入量，在保證密封性能的前提下，楔入量愈少，墊圈受壓（yā）處冷硬現象（xiàng）愈輕，閥（fá）門使用（yòng）壽命愈長。對於機動閥（fá）門，限位有保護設備免遭機械損傷的重要作用。

　　電動真空閥門中所用的開關限位和指示裝置。螺杆5被固（gù）定在閥板的傳動（dòng）軸上，指針8固定在螺母6上，指針8和螺母6隻能沿著刻度尺滑動，當（dāng）螺杆5隨閥板傳動軸轉（zhuǎn）動時，它們即是指針（zhēn）又是限位開關（guān）的動觸點。l是行程開關;4是刻度尺。當（dāng）然（rán）這隻是（shì）限位和指示裝置（zhì）中的一種。

　　(7)打開閥板的先導裝置（zhì）

　　有（yǒu）的真空閥門在開啟閥板之前，需要先使閥板上下的氣壓平衡，避免壓差過大使傳動裝置超負（fù）荷而受損害，這就要用到先導裝（zhuāng）置。先導（dǎo）裝置（zhì）還可用來在閥板上下壓（yā）差較大的情況下，用較小的傳動力打開閥（fá）板。在閥板上裝設個小閥門，讓傳動杆（gǎn）6先（xiān）打開小閥（fá）的密封板3，使閥板上下壓差消失後再打開閥板8，這就是在壓差較大的情況下順利（lì）打開閥門的一個可行措（cuò）施。小閥起到了先導作用，故稱該（gāi）小閥為（wéi）先導（dǎo）裝置或先導閥。