真空阀（fá）门是真空系统的重要元（yuán）件。对于构成管路一（yī）部分的（de）阀门（mén），其流导大小是一个重要的性能（néng）参数。对于主要用来起开关气（qì）路作用（yòng）的阀门，阀板关闭的（de）密封性能（néng）也是重要（yào）的性能（néng）参数之一。密封性能是用其漏气率来（lái）衡量（liàng）的。对于主要用来（lái）调节气流大小的阀门，能够调节气流（liú）量的精度及范围，则是一项重要的性能参数。对于全金属超高真空阀门，每次关闭是否性能稳定?使（shǐ）用寿命是否长?是其（qí）主要的性能指标。

(1)对真空阀门的一般（bān）要求

　　①阀门的密封性（xìng）能（néng）要好，阀板密封处的漏气率要小;

　　②阀板开启（qǐ）后应尽可能有较大的流导;

　　③阀门内所用材料应有较低的饱和蒸气压，高抗腐（fǔ）蚀性能和高化学稳定性、耐磨损、寿命长，超高（gāo）真空阀门应能耐烘烤(400～450℃);

　　④阀门结构要简单，开（kāi）关轻便省力，有标志，传动机构在高压侧;

　　⑤真空阀门的型式、基本参数、连接尺寸和技术（shù）条件应按国家专业（yè）标准执（zhí）行（háng）。

　　(2)阀板的（de）密封结构和（hé）密封力计算

　　①胶垫密封结构及密封（fēng）力的计算

　　橡胶垫圈密封是利用阀（fá）板与阀座间压紧橡（xiàng）胶垫圈，依靠橡胶弹性变形填塞表面不（bú）平来实现的密封。目前真空阀（fá）门的胶垫密封归纳起来有（yǒu）6种，如图18所示。前4种用于较大（dà）口径的阀门，后（hòu）2种用（yòng）于（yú）较小口径的阀门。a种是早期采用的结构，为了便于加（jiā）工阀座上的密封槽，必须把阀座与阀壳设（shè）计成可（kě）拆卸的，这就在结构上增加了一道真空密（mì）封。现在绝大多数阀门都（dōu）采用阀板上带密封（fēng）圈的结构。

　　选择真空阀门的密封结构时应注意以下几点：a.尽可（kě）能减少阀板（bǎn）下高真空侧（cè）的放气（qì）因素（sù），例（lì）如选用放气率小的密封垫（diàn）材料等.b.关阀后密封圈截面上有大的压缩变形.c.结构力求简单;d.制造方便;e.密封元件便于拆卸和修理。

　　阀门关闭的密封性能好坏决定于密封垫填塞阀座表面不平的程度。影响这种填塞程度的因素有二方面：a.密封垫材料的硬度和压（yā）紧程（chéng）度;b.阀（fá）座表（biǎo）面的粗糙度。通常阀座表面的粗度都高（gāo）于3.2/Δ，密（mì）封垫的硬度都在邵氏硬度55～75之间。密封垫的压紧程度，根据（jù）试验（yàn）结果（guǒ），当橡胶的硬（yìng）度在邵氏硬度50以上，而表面（miàn）没有任何擦伤时，橡胶垫的高度压缩比在15%以上就能达到漏气率小于1.33×10-7Pa·L/s·cFn。的密封性能。如（rú）果考虑到制造（zào）精度上允（yǔn）许的偏差·把压缩比适当提高一些是必要的。因此建议真（zhēn）空阀门密（mì）封垫的（de）相对压缩比通常取（qǔ）为15%～25%。

　　胶垫密封闷板（bǎn）的密封力计算，多数可按0形环在矩形槽中受压缩的密封（fēng）力（lì）进行近似地计算（suàn）

　　Fs=σBL =σxEBxπdDN (1)

　　式（shì）中σ-密封（fēng）比压力，N/cm2;B-密封宽度，即密封圈与阀座的接触（chù）宽（kuān）度，cm;L-密封圈平均周长，cm;σx-相对比压力;E-密封圈材料的相氏模量，N/cm2;Bx-密（mì）封（fēng）圈的（de）相对宽度，d-密封圈的线径，cm;D-密封槽的中径（jìng），cm。

　　有些阀门只需要单向使用，例如扩散泵入口阀门，阀板只需要封住扩散泵中（zhōng）的（de）真空状态。这种阀的设计，结构上允许（xǔ）阀板在（zài）压力差作用下（xià）继续被压紧。因此，阀板关闭时只需要初始压（yā）紧（jǐn）力就可以。我国1968年（nián）真空阀门联合设（shè）计中提出，在上述情况下，密封的初始比（bǐ）压力可以取为20N/cm。。实践证明，这种做法是可行（háng）的。故这（zhè）种阀门的初始密封力为

　　Fs=20BLN (2)

　　式中B-与密封比压（yā）力为20N/cm2相对应的胶（jiāo）垫密封宽度（dù），cm;L-胶垫的长度，cm。

　　有些阀门需（xū）要双向使用，既不但需（xū）要封住阀板上方的（de）大气压，有（yǒu）时还得封住阀（fá）板（bǎn）下方的大气（qì）压。这种阀门的阀板密封力应用下式计算：

　　Fs=σBL+7.85×10-5D2PdN (3)

　　式（shì）中Pd是大（dà）气压强，Pa;其余符号同前。

　　②金属垫密（mì）封结构及（jí）密封力计算

　　给出金属垫密封的几种结构。其中有针阀的（de）结构，还（hái）有都是用于超高真空系统中（zhōng）的金属垫密封（fēng）阀门。

　　一般来说（shuō），阀板（bǎn）用软金（jīn）属紫铜（tóng）、无（wú）氧铜、铝、镍和铅等制成，铜、铝、镍要预先经过（guò）退（tuì）火处理。阀座（zuò）用硬金属不锈（xiù）钢等制成刀口形。一种是用低熔点（diǎn）的软金属及其合金作为密封材料，而阀（fá）座（zuò）也是用硬金属不锈钢等制成。它们都（dōu）是（shì）依靠软金属受压产生塑性变形与阀座密合达到密封的。为保（bǎo）证密（mì）封，每次阀（fá）板关闭时刀口的压（yā）痕必须重合。为此除了阀板的传（chuán）动上应有精确的导向（xiàng）机构外，刀口尖还应倒圆。倒圆半径一般有两种：R0.1mm和R0.2mm，多数取为R0.1。图(g)没有刀口压痕问题（tí），密封垫的寿命较长。

　　刀口形状对阀门性能也有一定影响。表2给出了一些实验数据（jù），从表中实验数据可知，直角形刀（dāo）口比夹角形刀口所需螺旋压紧转矩大些（xiē）。

　　为了提（tí）高阀板(或（huò）金属（shǔ）垫)的寿命（mìng），阀板的压下量还可（kě）以设计成可微调的。一旦原有压痕失去了应有的（de）密封性能时，可（kě）通过微调，使压痕再稍深一些。这样能保证密封性一能，也延长了阀板的使用寿命。

　　目前有关金属垫密封阀门的密封力计算通常是基于实验数据。设计者针对所设计的密封结构进行模拟试验，确定出密封比压力，然后按照（zhào）具体的密封尺寸进行计算。

　　根据表中的数据，金属垫密封力可按下式计算：

　　Fs=Ls.fls=As.fsaN (4)

　　式（shì）中Ls-密封口中心长度，mm;fls-单位长（zhǎng）度的密（mì）封力，N/mm;As-密封面积，mm2;fsa-单位面积的密封（fēng）力（lì），N/mm2。

　　(3)阀（fá）板压紧装置

　　精确（què）地计算阀板的密（mì）封（fēng）力（lì）是真空阀门设计的首要问题，而正确地设计阀板压（yā）紧装（zhuāng）置则是达到密封力的基本保证。

　　①阀板压紧装置应达到的要求（qiú）

　　a.在压紧密封垫时，阀板不产生横向运动。因（yīn）为横向运动会搓伤密封垫;

　　b.压紧位置要有重合性，即每（měi）次关闭都压在同一位置上。只有这样（yàng）才能（néng）保证阀门关（guān）闭性能稳定。金属（shǔ）垫（diàn）阀门（mén）对此要求严格，胶（jiāo）垫的差些（xiē）;

　　c.要均衡压紧密封垫。因为（wéi）不均衡压紧（jǐn）密封垫就可能造成封闭不严密（mì）;

　　d.压紧后（hòu）必须能自锁，否则要有动力来维持（chí）压紧状（zhuàng）态;

　　e.压紧程度必须可（kě）调，因为密封垫都有一定制造公差，必须通过调整才能压紧（jǐn）。

　　②常用的几种压紧（jǐn）方式

　　a.螺旋压紧在真空阀门中应用广，它的（de）结（jié）构（gòu）简单（dān），制造容易（yì），压紧时增力倍数（shù）较（jiào）大，适于手动、电动两种阀（fá）门;其缺（quē）点是开关阀门（mén）时间较长、传动（dòng）效率较低。

　　现以超高真空阀（fá）门的具体结构（gòu）来说明螺旋压紧。1带刀口的阀座，2是（shì）可更换的阀板（bǎn），它由带导向槽的（de）螺（luó）杆3带动。螺母4拧在螺杆3上，其轴向由止推轴承限定，只能转动。当螺（luó）母（mǔ）转动（dòng）时，螺杆（gǎn）3因导向（xiàng）键5的限制，只能作上下移动，从而带动阀板上下移动，或打开阀门或关闭阀门。这种阀的关键是阀板（bǎn）关闭要有重（chóng）合性。经验证明，利（lì）用阀板凸出的（de）圆周面和阀腔的内圆柱面精加工配合，可以达到阀（fá）板（bǎn）粗定位。该（gāi）种结构还（hái）利用制动圈6来解决螺母退扣问题，效果很好。

　　螺旋（xuán）压紧的螺母阻力矩的计算可参照机械设计中有关（guān）的（de）计算。压紧后的自锁条件是　λ=arctanf(5)

　　式中 λ——螺旋升角;f——螺杆（gǎn）与螺母材（cái）料（liào）的摩（mó）擦系数

　　b.斜面压紧

　　如图6所示，阀板上的（de）斜面沿（yán）着垫块（kuài）上的斜面向左滑动、阀板与垫块被撑开而（ér）将胶圈压（yā）紧密封。和（hé）螺旋压紧（jǐn）类（lèi）似，若斜面（miàn）升角小于两者（zhě）材料的摩擦角，压紧后就能实现自（zì）锁。然而对（duì）于普通钢材，摩擦角为5°43’，若要保证自锁，需斜面升角（jiǎo）入<5°43'。假设胶（jiāo）圈压下量为（wéi）1.5mm，则在极限情况（kuàng）下，上述阀（fá）板需（xū）相对于斜块向左移动15mm才（cái）行（háng）。即阀板接触到胶圈后，还要（yào）相对于胶圈横向（xiàng）移动15mm，显然这是不能（néng）允（yǔn）许的。所以这种结（jié）构要利用传动连板5转至死点来（lái）保证自锁。

　　为产生所需密封力Fs，见图22，传动连板给阀板的推力Ft，应为

　　Ft=Fs.tan(λ+ρ) +fFs(6)

　　式中ρ——斜面间材（cái）料的摩擦角;f——胶圈与阀板的摩擦系数

　　为了消除压紧密封圈时，阀板与密（mì）封圈间的摩擦力，目前国内外都采用图23所示的压紧密封原理。此时

　　Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7)

　　式中f1——滚轮与导轨之间的摩擦系（xì）数;其余（yú）符（fú）号的意义同上。

　　c.链板压紧

　　链板压紧机构如图7所示。图24是典型的链板压紧力图。如（rú）果不考（kǎo）虑铰链的摩（mó）擦力，作用在链板（bǎn）上有4个力：密封力（lì）Fs、阀板受到（dào）的止推（tuī）力Fz、导轨槽通过（guò）滚轮(或滑（huá）块)给出的反力（lì）Ff(Ff=Fs)和推杆传来的推力F`t。因为链板是压力杆，所以合力在其中心（xīn）线上。推力Ft还需克服滚轮与导轨槽的（de）摩擦力fFf=fFs，根据力的平衡条件（jiàn）可得（dé）

　　Ft=Fs(tanα+f) (8)

　　式中α——链（liàn）板中心线（xiàn）与阀板密封（fēng）面法线的夹角（jiǎo）;f——滚（gǔn）轮与（yǔ）导轨槽的摩擦系数

　　压（yā）紧装置的自锁条件是

　　λ＜tan-1f (9)
 

　　对于真空中的干摩擦，钢与钢之间的滑动摩擦系数为0.15，滚动摩擦系数为0.05，代入上式可得：对（duì）于滑块摩擦，a<8°30’，链板自锁;对于滚轮摩擦，a<2°50’，链板自锁（suǒ）。

　　d.弹（dàn）簧压紧

　　阀板6由弹簧5压紧密封。当电磁线（xiàn）圈2通电时，衔铁4被吸上，阀板被提起打（dǎ）开阀门。

　　e.弹性垫圈自身压紧

　　阀（fá）塞被碗形密封圈箍紧（jǐn）密封。这就（jiù）象往复运动的动密封（fēng）一样，不过由于阀塞进出密封圈，需要阀塞的两头（tóu）有光滑的倒角（jiǎo），以免（miǎn）擦伤密封圈。

　　f.动力压紧

　　动力压（yā）紧有气压的、液压的和电磁（cí）力的压紧。凡是密封力（lì）大（dà）的阀门都用（yòng）液压压紧。阀门是靠薄壁铜筒在油压作用下（xià）产生弹性变形，与阀体内筒的光滑表面（miàn）紧密（mì）贴合来密（mì）封的。当撤去油压时，薄壁铜筒（tǒng）恢（huī）复（fù）原形，阀（fá）塞就（jiù）可以拉上去打开阀门。

　　为了解决金属垫密封阀门所需（xū）的大压紧力，国外采用了高压（yā）气动（dòng）压紧。当阀板推至阀口后，往波纹管中通以高压空气(21个大气（qì）压或35个大气压)对阀板压紧密封。

　　由于电磁力较小(大磁力线包可能很（hěn）大)，衔铁行程有限，因此电磁力（lì）压紧多用于小口径阀门。

　　③压紧装置（zhì）中的均压（yā）、续压和（hé）调（diào）压措施

　　为了保证阀（fá）门的密封（fēng）性能（néng），要求阀板（bǎn）压紧密（mì）封圈时能自动均压;当大气压压到阀板上时能允许（xǔ）进一步压紧;又因为密（mì）封圈和其（qí）它传动件的加工制造差不可避免，所以阀板压紧程度必须可调。这就是压紧装置的（de）均压、续压和调压（yā）问题。在图11所示的真空阀门中，通过锥面阀座和与（yǔ）之配合的锥面（miàn）阀板及铰销压紧来自动调均对胶垫的压力;利用压杆头(兼作（zuò）导向杆8)与阀板螺纹联接来（lái）达到压（yā）紧程度可调;利（lì）用初压后活塞达不到气缸底来实现大气压压到阀板（bǎn）时，阀（fá）板继续压紧密封圈。

　　上述的（de）均压措施在铰销轴方向不能自动（dòng）均压，需要在（zài）装配中（zhōng）人工调好。对（duì）于口径较小的阀门，由于误差量较小，在装配中容易调（diào）好，但对于口径较大的阀（fá）门，就困难得多。因此（cǐ）对于大口径（jìng）阀门应采（cǎi）用完全自动均压的措施（shī）。例如图28所示的结构，采用球而压头就（jiù）能（néng）完全自动均压。

　　(4)阀板的传（chuán）动机构

　　阀板的传动机构有两个职能：一是使阀板压紧密封圈，保（bǎo）证阀门的密封性能;二是使阀板开启（qǐ）后，阀门（mén）有较大的流导。承担第（dì）一个职能的机构（gòu）零件，由于受力较大、有强度、刚度和稳定性问题，设计（jì）中需（xū）要考虑。这些机件是传动机构中的主要构（gòu）件，承担第二个职能的机件主要使（shǐ）阀板（bǎn）按所需要的位（wèi）置开启，因此受力不大，零件的强度等问题是（shì）次要的。

　　一般的真空阀门（mén），其阀板的压紧机构就（jiù）是其传动机构，例如图7、图8、图12、图14等。这类传动机构，只要知道了阀板压紧机构的（de）压（yā）紧力，就可以按照普通机械传动进行设计了。

　　对于真空（kōng）翻板阀，阀门开启时（shí）阀板翻（fān）转一个角度（dù），对阀板运动的特（tè）殊要求是（shì）：①阀板压紧或松开密（mì）封垫圈时，需要直起直（zhí）落;②开启阀板时，需要翻转较大的（de）角（jiǎo）度，好达（dá）到90°;③在阀板翻转（zhuǎn）过程中，阀板不能与阀座相碰。目前国内主要采用三种（zhǒng）翻转机构，即挡杆挡翻、四连杆机构和蚌线（xiàn）机构。

　　(5)真空阀门的动力选择

　　真空（kōng）阀门的（de）传动动力（lì）主（zhǔ）要有手动、磁动、气动、电动和液动。选择阀门动力主要考虑①操作方便（biàn）;②工作（zuò）可靠。例如（rú）手动适合于小型的，自动化程度要求不高（gāo）的和试验用的设备上应用的阀门;而大型（xíng）工业（yè）生产用的自动化程度高的设备上的阀门，则必须用磁（cí）动、气动、电动或液压的。一般说来，磁动阀门口径都较（jiào）小，动作较快，电磁电（diàn）源也较方（fāng）便;而气动阀门（mén）突出的特点是（shì）动作快（kuài）;两者都适合于作保护性的阀（fá）门。电动(即电动机传动的)和液压的阀门（mén），都是需要大动力的阀门，尤其是液压传动的阀门，动力小了不合适，它不象电动的阀门，常常因为（wéi）电源（yuán）方便而被采用。实际上，不管采（cǎi）用哪种动力，都必（bì）须保证阀门工作可靠。

　　(6)阀门开（kāi）关的限位和指示

　　为了（le）使阀门开关准确（què）可靠和操作方便，阀门的开启和关闭需要有限位和指示。特别是金（jīn）属垫（diàn）密（mì）封（fēng）的阀门更须严格控制阀座刀口对金属垫的楔入（rù）量，在保证密封性能的前提下（xià），楔入量愈少，垫圈受压处冷硬（yìng）现象愈轻，阀门使（shǐ）用寿命愈长。对于机动阀门，限（xiàn）位有保护设（shè）备免遭机械损伤的（de）重要（yào）作（zuò）用。

　　电动（dòng）真（zhēn）空阀门中（zhōng）所用的开关限位和指示装置。螺杆5被固定在阀板的传动轴（zhóu）上，指（zhǐ）针8固定在螺母6上，指针8和螺母6只能沿着刻度尺滑动，当螺杆5随阀板传动轴转（zhuǎn）动时，它们即是指针又（yòu）是限（xiàn）位开关的动触点。l是行程开关;4是刻度尺。当然这只是限位和指示装（zhuāng）置中的一种。

　　(7)打开阀板的先导装置

　　有的真空（kōng）阀门在开启阀板之前，需要先使阀板上下的气压平衡，避免压差过大使（shǐ）传动装置超负荷（hé）而受损（sǔn）害，这就要用（yòng）到先（xiān）导装（zhuāng）置。先导装置还可用来在阀板上下压差较大的情况下，用较小的传动力打开阀板。在阀板上装设个小（xiǎo）阀门，让传动杆6先打开小阀的密封板3，使阀板上下压差消失后再打开阀板8，这（zhè）就是在压差较大的情况下顺（shùn）利打开阀门的（de）一个可行（háng）措施。小阀（fá）起到了先导作用，故称该小阀为先导装（zhuāng）置或先导阀。