真空閥門是真空係統的重要元件。對於構成管路一（yī）部分的閥門，其流（liú）導大小是一個（gè）重要的性（xìng）能參數。對（duì）於主要用來起開關氣路作用的閥（fá）門，閥板關閉的（de）密封性能也是重要的性能參數之一。密封性能是用其漏氣率來衡量的。對於主要用來調節氣流大小的閥門，能夠調節氣流量的精度及範圍，則是一項重要的性能參數。對於全金屬超（chāo）高真空閥門，每次關閉是否性能（néng）穩定?使用壽（shòu）命是否長?是其主要的性能指標。

(1)對真空閥門的（de）一般要求

　　①閥門（mén）的密封性能要好，閥板密封處的漏氣率要小;

　　②閥板開啟後應盡可能有較大的流導;

　　③閥門（mén）內所用材料應有較低的（de）飽和蒸氣壓，高抗腐蝕性能和高化學穩定性、耐磨損、壽命長（zhǎng），超高真空閥門應能（néng）耐烘烤(400～450℃);

　　④閥門結構要簡單，開關輕便省力（lì），有標誌，傳動機構在（zài）高壓側;

　　⑤真空閥門（mén）的型（xíng）式、基本參（cān）數（shù）、連接尺寸（cùn）和技（jì）術條件應按國家專業標準執行。

　　(2)閥（fá）板的密封結構和密封力計算

　　①膠墊密封結（jié）構及密封力的計算

　　橡膠墊圈密（mì）封是利用（yòng）閥板與閥座間壓緊橡膠墊圈，依靠橡膠彈性變形（xíng）填塞表麵不平來（lái）實現的密封。目前真空閥（fá）門的膠墊（diàn）密封歸納起來有（yǒu）6種，如圖18所示。前4種用於較（jiào）大口（kǒu）徑（jìng）的閥門，後2種用於較小口徑的閥門。a種是早（zǎo）期采用的結構，為了便於加工閥座上的密封槽（cáo），必須把閥座與閥殼設計成可拆卸的（de），這（zhè）就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（yòng）閥板上帶密（mì）封圈的結構（gòu）。

　　選擇真空閥門的密封結構時應注意以下幾點：a.盡可能（néng）減少閥板下高真空側的放（fàng）氣因素，例如選用放氣率（lǜ）小的（de）密封墊材料等.b.關閥後密封圈截麵上有（yǒu）大（dà）的壓縮變形.c.結（jié）構力求簡單;d.製造方便（biàn）;e.密封元件便於拆卸和修理。

　　閥門（mén）關閉的（de）密封（fēng）性能好壞決定於密封墊填塞閥座表麵不平的程度。影響這種填塞程度的因素有二方麵：a.密（mì）封墊材料的硬度和壓緊程度;b.閥座表麵的粗糙度。通常閥座表麵的粗度都高於3.2/Δ，密封墊的（de）硬度都在邵氏硬度55～75之（zhī）間。密封墊（diàn）的壓緊程度，根據試驗結果，當橡膠的硬度在邵氏（shì）硬度50以上，而表麵沒有任何擦傷時，橡（xiàng）膠墊的高度壓縮比在15%以上就能達（dá）到漏氣（qì）率小於（yú）1.33×10-7Pa·L/s·cFn。的密封性（xìng）能。如果考慮到製（zhì）造精度上允許（xǔ）的偏差·把壓縮比（bǐ）適當提高一些是必要的。因此建議真空閥門密封墊的相對（duì）壓縮比通常取（qǔ）為15%～25%。

　　膠墊密（mì）封悶板（bǎn）的密封力計算，多數可按0形環在（zài）矩形（xíng）槽（cáo）中受壓縮的密封力進行近似地（dì）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（mì）封圈平均周長，cm;σx-相對（duì）比（bǐ）壓力;E-密封圈材料的（de）相（xiàng）氏模量，N/cm2;Bx-密封圈的相對寬（kuān）度，d-密封圈的線徑，cm;D-密封槽的（de）中徑，cm。

　　有些閥門（mén）隻需要單向使（shǐ）用，例如擴散泵入口閥門，閥板（bǎn）隻需要封住擴散泵（bèng）中的真空狀態。這種閥的設計，結構上（shàng）允許閥板在壓力差作（zuò）用下繼續被壓緊。因此，閥板關（guān）閉時隻需要初始（shǐ）壓緊力就可以。我（wǒ）國1968年真空閥門聯合設計中提出，在上述（shù）情況（kuàng）下，密封的初始比壓力可（kě）以取為（wéi）20N/cm。。實踐證明，這種做法是可行的。故這種（zhǒng）閥門的初始（shǐ）密封力為

　　Fs=20BLN (2)

　　式中（zhōng）B-與密封比（bǐ）壓力為20N/cm2相對（duì）應的（de）膠墊密封寬度，cm;L-膠墊的長度，cm。

　　有（yǒu）些閥門需要雙向使用，既不但需要封住閥（fá）板（bǎn）上方的大氣（qì）壓，有（yǒu）時還（hái）得封（fēng）住閥板下方的大氣壓。這種閥門的閥板密封力（lì）應用（yòng）下式計算：

　　Fs=σBL+7.85×10-5D2PdN (3)

　　式中Pd是大氣壓強，Pa;其餘符（fú）號同前。

　　②金屬墊密封結構及密封力計算

　　給出金屬墊密封的（de）幾種結構。其中有針閥的結構，還有都是用於（yú）超高真空係統中的金屬墊密封閥門。

　　一般來說，閥板用軟金屬紫（zǐ）銅、無氧銅、鋁（lǚ）、鎳和鉛等製成，銅、鋁、鎳（niè）要預先經過退火處理。閥座用硬金屬不鏽鋼等製成刀口形。一種是用低熔點的軟金（jīn）屬及其合（hé）金作為密（mì）封材料，而（ér）閥座（zuò）也是用硬金屬不鏽鋼等製成。它們都是依（yī）靠軟金屬受壓產（chǎn）生塑性變形與閥座密合達到密封的。為保證密封（fēng），每次閥板關閉時刀口的壓痕必（bì）須重合。為此除了閥板（bǎn）的傳（chuán）動上應有精確的導向機構外（wài），刀口尖還應倒圓。倒圓半（bàn）徑一般有兩種：R0.1mm和R0.2mm，多數取為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一定影響（xiǎng）。表2給出（chū）了一些實驗數據，從表中實驗數據可知，直角形（xíng）刀口比夾角形刀口所需螺旋壓（yā）緊轉矩大些。

　　為了提（tí）高閥板(或金屬墊)的壽命，閥板的壓下（xià）量還可以設計成可微調的。一旦原有壓痕失去了應有的密封性能時，可通過微（wēi）調，使壓痕再稍深一些。這樣能保證（zhèng）密封性一能（néng），也延長了（le）閥板的使用壽命。

　　目前有關金屬墊（diàn）密封閥門的密封力（lì）計算通常是基（jī）於實（shí）驗數（shù）據。設計者針對所設計的密封結構進行模（mó）擬試（shì）驗，確定出密封比壓力，然後按照（zhào）具體的密封尺寸進行計算。

　　根據表中的數據，金屬墊密封力可按下式計算：

　　Fs=Ls.fls=As.fsaN (4)

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

　　(3)閥板壓緊裝置（zhì）

　　精確（què）地計算閥板的密封力是真空閥門設（shè）計的首要問題，而正確地設計閥板壓緊（jǐn）裝置則是達到密封力的基本保證。

　　①閥板壓緊裝置應達（dá）到（dào）的要（yào）求（qiú）

　　a.在壓緊密封墊時（shí），閥板不產生橫向（xiàng）運動。因為橫向運動會搓傷密封墊;

　　b.壓緊位置要有重合性，即每次關閉都壓在同一位置上。隻有這樣才能保證（zhèng）閥門關（guān）閉性能穩定。金屬墊閥門對此要求嚴格（gé），膠（jiāo）墊的差些;

　　c.要均衡壓緊（jǐn）密封墊。因為不均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（fǒu）則（zé）要有動力來維持（chí）壓緊狀態;

　　e.壓緊程度必須可調，因為密封墊都有一定製造公差，必須通過（guò）調整（zhěng）才能壓緊。

　　②常用的幾種壓緊方式（shì）

　　a.螺旋壓緊在真空（kōng）閥門中應用（yòng）廣，它的（de）結構簡單，製（zhì）造容易，壓緊時增力倍數較大，適於手（shǒu）動、電（diàn）動兩種閥門;其缺點是開（kāi）關閥門時間較長、傳動效率較低。

　　現以超（chāo）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（shì）可更換的閥板，它由帶導向（xiàng）槽的螺杆3帶動。螺（luó）母4擰（nǐng）在螺杆3上，其軸向由止推軸承限定，隻能轉動。當螺（luó）母轉動時，螺杆3因導向鍵5的限製，隻能作上下移（yí）動，從而帶動閥板上下移（yí）動，或打開（kāi）閥門或關閉閥門。這種閥的關鍵是閥板（bǎn）關閉要有重合性。經驗證明，利用閥板凸出的圓周麵和閥腔的內圓柱麵精加工配合，可以（yǐ）達到閥板粗定位。該種結構還利（lì）用製動圈6來解決螺（luó）母退扣問題，效果很好。

　　螺旋（xuán）壓緊的螺母阻力矩的計算可參（cān）照機械設計中有關的計算。壓緊後（hòu）的自鎖條件是　λ=arctanf(5)

　　式中 λ——螺旋升角;f——螺杆（gǎn）與螺母材料的摩擦係數（shù）

　　b.斜麵（miàn）壓（yā）緊

　　如圖6所示，閥板上的斜麵沿著墊塊上的斜麵向左滑動、閥板與墊塊被撐（chēng）開（kāi）而將膠圈壓緊密封。和螺（luó）旋壓緊類似（sì），若斜麵升角（jiǎo）小於兩者材料（liào）的摩擦角，壓緊後（hòu）就能實現自鎖。然而對於普（pǔ）通鋼材，摩擦角為5°43’，若要保證（zhèng）自鎖，需斜麵升角入<5°43'。假設膠（jiāo）圈壓下量為1.5mm，則在（zài）極限情況（kuàng）下，上述閥板需相對於斜塊向左移（yí）動15mm才行。即閥板接觸到膠圈後，還要相對於膠圈橫向移動15mm，顯（xiǎn）然這是不能允（yǔn）許的。所以這種（zhǒng）結構要利（lì）用傳動連板（bǎn）5轉（zhuǎn）至死點來保證自鎖。

　　為產生所需密封力Fs，見圖22，傳動連板給閥板的推力Ft，應為（wéi）

　　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

　　為了消除壓緊（jǐn）密封圈時，閥板與密封圈間的摩擦力（lì），目前國內外都采用圖（tú）23所示的壓緊密封原（yuán）理。此時

　　Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7)

　　式中（zhōng）f1——滾輪與導軌之間的摩擦係數（shù）;其餘符號的（de）意義同上。

　　c.鏈板壓（yā）緊

　　鏈板壓緊機構如圖7所示。圖24是（shì）典型的鏈板壓緊力圖。如果不考慮鉸鏈的摩擦（cā）力，作用在鏈板（bǎn）上（shàng）有4個力：密封力Fs、閥板受到的止推力（lì）Fz、導軌槽通過滾輪(或滑塊（kuài）)給出的反力Ff(Ff=Fs)和推杆傳來的推力F`t。因為鏈板是壓力（lì）杆，所以（yǐ）合力在其中心線（xiàn）上。推力Ft還需克服（fú）滾輪與導軌槽的摩擦力fFf=fFs，根據（jù）力的（de）平衡條件可得

　　Ft=Fs(tanα+f) (8)

　　式中（zhōng）α——鏈板中心線與閥板密封麵法線的夾（jiá）角;f——滾輪與導軌槽的摩擦（cā）係數（shù）

　　壓緊裝置的自鎖條件是

　　λ＜tan-1f (9)
 

　　對於真空中的幹摩擦，鋼（gāng）與鋼之間的（de）滑動摩（mó）擦係數為0.15，滾動摩擦係數為0.05，代入上式可得：對於滑塊摩擦，a<8°30’，鏈板自鎖;對於滾輪摩擦，a<2°50’，鏈板（bǎn）自鎖。

　　d.彈簧壓緊

　　閥（fá）板6由彈簧5壓緊密封。當電磁（cí）線圈2通電時，銜鐵4被吸上，閥板被（bèi）提起打開閥（fá）門。

　　e.彈性墊圈自身壓緊

　　閥塞（sāi）被（bèi）碗形密（mì）封圈箍緊密封。這就象（xiàng）往複（fù）運動的動密封一樣，不過由（yóu）於閥塞進出密封圈，需要閥塞的兩頭有光滑的倒角，以免擦傷密封圈。

　　f.動力壓緊

　　動力壓緊有氣壓（yā）的、液壓的和電磁力的壓緊。凡是（shì）密封力大的閥（fá）門都用液壓壓緊。閥門是靠薄壁銅（tóng）筒在（zài）油壓作用下產生彈性變形，與（yǔ）閥體內筒的光滑表麵緊密（mì）貼合來（lái）密封的。當撤去油壓（yā）時，薄壁銅筒恢複原形，閥塞就可以拉上去（qù）打開閥門。

　　為（wéi）了解（jiě）決金屬墊密封閥門所需的大壓緊力，國外采用了（le）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個大氣壓或35個大氣壓)對閥板壓緊密封。

　　由於電磁力較小（xiǎo）(大磁力線包可能很大（dà）)，銜鐵行程有限，因此（cǐ）電磁力（lì）壓（yā）緊多用於小口徑閥門。

　　③壓緊裝置中的均壓、續壓和調壓措施

　　為了保證閥門（mén）的密封性（xìng）能，要求閥板壓緊密封（fēng）圈時能自動均壓;當大氣壓壓到（dào）閥板上時能允許進一步壓緊;又因為密封圈和其它傳動件的加工（gōng）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（de）均壓、續壓和調壓問題。在圖（tú）11所示的真空（kōng）閥門中，通過錐麵閥（fá）座和與之配合的錐麵閥板及鉸銷壓緊來自動調均對膠墊的壓力;利用壓杆頭(兼作導（dǎo）向杆8)與閥板螺紋聯接來達到壓（yā）緊程度可調;利用初（chū）壓後活塞達不（bú）到氣缸底來實現大氣壓壓到閥板時，閥板繼續壓緊密封圈。

　　上述的均壓措施在鉸銷軸方向不能自動（dòng）均壓，需要（yào）在裝（zhuāng）配中人工調好。對於口（kǒu）徑較小的（de）閥門，由於誤差量較小，在裝配中容易調好，但（dàn）對於口徑較（jiào）大的閥門，就困難得多。因此對（duì）於大口徑閥門應采用完全自動均壓的（de）措施。例如圖28所示的結構，采用球（qiú）而壓頭就能完全自動均壓。

　　(4)閥板的傳動機構

　　閥（fá）板的傳動機構有兩個職能：一是使閥板壓緊密封圈，保（bǎo）證閥門（mén）的密封性能;二是使閥板開啟後，閥門有較大的流導。承擔第一個職能的機構零件，由於受力較（jiào）大、有強度、剛度和穩定性問題（tí），設計中需要考慮。這些機件（jiàn）是傳動機構中的主要構件，承擔第二個（gè）職能的機件主要使（shǐ）閥板按所需要的位（wèi）置開啟，因此受力不大，零件的強度等問題是次要的。

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

　　對於真空翻板閥，閥門開啟時閥板翻轉一個角度，對閥板運動的特殊要求是（shì）：①閥板壓緊或鬆開密封墊圈時，需要直起直落;②開啟閥板（bǎn）時，需要翻轉較大的角度，好達到90°;③在閥（fá）板（bǎn）翻（fān）轉過程中，閥板不能與閥座相碰。目（mù）前國內主要采（cǎi）用三種（zhǒng）翻轉機構，即擋杆擋翻（fān）、四連杆機構和蚌線機構。

　　(5)真空閥門的動力（lì）選擇（zé）

　　真空閥門的傳動動（dòng）力主要有手動、磁動（dòng）、氣（qì）動、電動和液（yè）動。選擇閥門動力主要考慮①操作方便（biàn）;②工作（zuò）可靠。例如手動適合於小型的，自動化（huà）程度要求不高的和試驗用的設（shè）備（bèi）上應（yīng）用的閥門;而大型工業生產（chǎn）用（yòng）的自動化程度高的（de）設備上的閥門，則必（bì）須用磁動、氣動（dòng）、電動（dòng）或液壓的。一般說來（lái），磁動閥門（mén）口徑都較小（xiǎo），動作較快，電磁電源也較方便;而氣動閥門突出的特點是動作快;兩者都適合於作保護性的閥（fá）門。電動(即電動（dòng）機傳動（dòng）的)和液壓的閥門，都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（diàn）動的閥門，常常因為電源方便而被采（cǎi）用。實際上，不管采用哪（nǎ）種動力，都必須保證閥門工作可靠。

　　(6)閥門開關的限位和指（zhǐ）示

　　為了使閥門開關準確可靠和操作方便，閥（fá）門的開（kāi）啟和關（guān）閉需要有限位和（hé）指示。特別是金屬墊密（mì）封（fēng）的閥（fá）門更（gèng）須嚴（yán）格控製閥座刀口對金屬墊的楔入量，在保證密封性能的前提（tí）下，楔入量愈少，墊圈受壓處冷硬現象愈輕，閥門使用壽命（mìng）愈長（zhǎng）。對於機動閥門，限位有保（bǎo）護設備免遭機械損傷（shāng）的重要作用。

　　電動（dòng）真空閥門（mén）中所用的開關限位（wèi）和指示裝置。螺杆5被（bèi）固定在閥板的傳動軸上，指針8固定在螺母6上，指（zhǐ）針8和螺母6隻能沿著刻度（dù）尺滑動，當螺杆5隨閥（fá）板傳動軸轉動時，它（tā）們即是指（zhǐ）針又是限位開關的動觸點。l是行程開關;4是刻度尺。當然這隻（zhī）是限位和指示裝置中的一（yī）種（zhǒng）。

　　(7)打開閥板的先（xiān）導裝置

　　有的真空閥門在開啟（qǐ）閥板之（zhī）前，需要先使閥（fá）板上下的氣壓平（píng）衡，避免壓差過大使傳動裝置超負荷而受損害，這就要用到先導裝置。先導裝置還可用來在閥板上下壓差較大的情況下，用較小的傳動力（lì）打開閥板。在閥板上裝設個小（xiǎo）閥門，讓傳動杆6先打開小閥的密封板3，使閥板上下壓差消（xiāo）失後再（zài）打開閥板8，這就是在壓差較大的情況下順利打開閥（fá）門的一個可行措施。小閥（fá）起到了先導作用，故稱該小閥為先導裝置或先導閥。