真空閥門（mén）是真空係統（tǒng）的重要元（yuán）件。對於構成管路（lù）一部（bù）分的閥門（mén），其流導（dǎo）大小是一個重要的性能參數。對於主要用來起開關氣路作用的閥門，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（liú）量的精度及範圍，則是一項重要的性能參（cān）數。對於（yú）全金屬超高真空閥門，每次關閉是否（fǒu）性能穩定（dìng）?使用壽命是否（fǒu）長?是其主要的性（xìng）能指標。

(1)對真空閥門的一（yī）般要求

　　①閥門的密封性能要好，閥板密封處的（de）漏氣率要小;

　　②閥板開（kāi）啟後應盡可能有較（jiào）大的流導;

　　③閥門內所用材料應有較低的飽和蒸氣壓，高抗腐蝕性能和高化學穩定（dìng）性、耐磨損、壽命長，超（chāo）高真空閥（fá）門應能耐烘烤(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（xíng）式、基本參數、連接尺（chǐ）寸和技術條件應按國家專業標準執行。

　　(2)閥板的密封結構和密封力計（jì）算

　　①膠墊密封結（jié）構及密封力的計算

　　橡（xiàng）膠墊圈密封是利用（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（miàn）不平來實現的密封。目前真空閥（fá）門的膠墊密封歸納起來有6種，如圖18所示。前（qián）4種用於較大口徑的閥門，後2種（zhǒng）用於較小口（kǒu）徑的閥（fá）門（mén）。a種是早期采用的結構，為了便於加工閥座上的密封槽（cáo），必須把閥座與閥（fá）殼（ké）設計成（chéng）可拆卸的，這就在結構上增加了一（yī）道真空密封。現在（zài）絕大多數閥門都采用（yòng）閥板上帶密封圈的（de）結構。

　　選擇真（zhēn）空閥門的密封結構時應注意以下幾點：a.盡可能減少閥（fá）板下高真空側的放氣因素，例如選用（yòng）放氣（qì）率小的密封墊材料等.b.關閥（fá）後密封圈截麵（miàn）上有大的壓縮（suō）變形.c.結構力求簡單;d.製造（zào）方便;e.密封（fēng）元件便於拆卸和（hé）修理。

　　閥門關閉（bì）的（de）密封性能好壞決定（dìng）於（yú）密封墊填塞閥（fá）座（zuò）表麵不平的程度。影響（xiǎng）這種填（tián）塞程度的因素有二方麵：a.密封墊材料的（de）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（fēng）墊的硬度都（dōu）在邵氏硬度55～75之間。密封墊的壓緊程度，根據試驗結果，當橡膠的（de）硬度在邵氏硬度50以上，而表麵沒有任何擦傷時，橡膠墊的高度壓縮比在（zài）15%以上就能達到（dào）漏氣率小於1.33×10-7Pa·L/s·cFn。的密封性能。如果考慮到製造精（jīng）度上允許的偏差·把壓縮比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（bǐ）通常取為15%～25%。

　　膠（jiāo）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（jìn）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（yǔ）閥座的接觸寬度，cm;L-密封圈平均周長，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（mì）封槽（cáo）的中徑，cm。

　　有些閥門隻（zhī）需要單向使用，例如擴散泵入口閥門，閥板（bǎn）隻需要封住擴散泵中的真空（kōng）狀態。這種閥的設計，結構上（shàng）允許閥板在壓力差作用下繼續被壓緊。因此（cǐ），閥板關閉時隻需要初始（shǐ）壓緊力（lì）就可以。我（wǒ）國1968年真空（kōng）閥門聯合設（shè）計中提出，在上述情況下，密封的初始比壓力可以取（qǔ）為20N/cm。。實踐證明（míng），這種做法是可行的。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（kuān）度，cm;L-膠墊的長度，cm。

　　有（yǒu）些閥門需要雙向使用，既不（bú）但需要封（fēng）住閥板上（shàng）方的大氣（qì）壓，有時還得封住（zhù）閥板下方的大氣（qì）壓。這種閥門的閥板密封力應用下（xià）式計算：

　　Fs=σBL+7.85×10-5D2PdN (3)

　　式中（zhōng）Pd是大氣壓（yā）強，Pa;其餘符（fú）號同前。

　　②金屬墊密封結構及密封力計算（suàn）

　　給出金屬墊密封的幾種（zhǒng）結（jié）構。其中有（yǒu）針閥的結構，還有（yǒu）都是用於超高真空（kōng）係統中的金屬墊密封閥門。

　　一般來說，閥板用軟（ruǎn）金屬紫銅、無氧銅（tóng）、鋁、鎳和鉛等製成，銅、鋁、鎳要預先經過退火處理。閥座用硬金屬不（bú）鏽鋼等製成刀口（kǒu）形。一種是（shì）用（yòng）低熔點的軟金屬及其合金作為密封材料，而閥座也是用硬金屬不鏽鋼等製成。它（tā）們都是依靠軟金屬受壓產生塑性變形與閥座密合（hé）達到密（mì）封的。為保證密封，每次閥板關閉時（shí）刀口的壓痕必須重合。為此除了閥板的（de）傳動上應有精確的導向機構（gòu）外，刀口尖還應倒圓（yuán）。倒圓半徑一般有兩種：R0.1mm和R0.2mm，多數取為R0.1。圖(g)沒有刀口壓痕（hén）問題，密（mì）封墊的壽命較長。

　　刀口（kǒu）形狀對閥門性能也有一定影響。表2給出（chū）了一些實驗數據，從表中實驗數據（jù）可知，直角形刀口比夾角形刀口所需螺旋壓緊轉矩大些（xiē）。

　　為了提高閥板(或金屬墊)的壽命（mìng），閥板（bǎn）的（de）壓下（xià）量還可以設計成可微調的。一旦原（yuán）有壓痕失（shī）去（qù）了應有的密封性能時，可通（tōng）過微調，使壓痕再稍深一些。這（zhè）樣能保證密封性一能，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據。設計者針對所設計的密封結構進行模擬試驗，確定出密封比壓力，然後按照具體的密封尺寸進行（háng）計算。

　　根據表（biǎo）中的數據，金屬（shǔ）墊（diàn）密封力可按下式（shì）計算：

　　Fs=Ls.fls=As.fsaN (4)

　　式中Ls-密（mì）封口中（zhōng）心長度，mm;fls-單位長度的密封力，N/mm;As-密（mì）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（bǎn）的密封力是真空閥（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封力的基本保證。

　　①閥板壓緊裝置應達到的要求

　　a.在壓緊（jǐn）密封墊時，閥板不產生橫向運動。因（yīn）為橫向運動（dòng）會搓傷密封墊;

　　b.壓緊位置要有重（chóng）合性，即每次關閉都（dōu）壓在同一位置上。隻有（yǒu）這（zhè）樣（yàng）才能（néng）保證閥門關閉性能穩（wěn）定。金屬墊閥（fá）門對（duì）此要求嚴格，膠墊的差（chà）些;

　　c.要均衡壓緊密封墊。因為不均衡壓緊密封墊（diàn）就可能造成封閉（bì）不嚴密;

　　d.壓緊後必（bì）須能自鎖，否則要有（yǒu）動力來維持壓緊（jǐn）狀態;

　　e.壓（yā）緊程度必須可調，因為密封墊（diàn）都（dōu）有一定製造公差，必須通過（guò）調整才能壓（yā）緊。

　　②常用的（de）幾種壓緊（jǐn）方式

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

　　現以（yǐ）超高真空閥門的具體結構來說明螺旋壓（yā）緊（jǐn）。1帶刀（dāo）口的（de）閥座，2是可更換的閥板，它由帶導向槽的螺杆3帶動。螺母4擰在螺（luó）杆3上，其軸向（xiàng）由（yóu）止推軸承限（xiàn）定，隻能轉動（dòng）。當螺母轉動時（shí），螺杆3因導（dǎo）向鍵5的限製，隻能作上下（xià）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重合性。經驗證明，利用（yòng）閥（fá）板凸出的圓周麵和閥（fá）腔的內圓柱麵精加工配合，可以達到（dào）閥板粗（cū）定位。該種結構（gòu）還利用製動圈6來解決螺母退扣問題，效果很好。

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

　　式中 λ——螺（luó）旋升角;f——螺杆與螺母材料的摩擦係數

　　b.斜麵壓緊

　　如（rú）圖6所示，閥板上的斜（xié）麵沿著墊塊上的（de）斜麵向左滑動、閥板與墊塊被撐開（kāi）而將膠圈壓緊密封。和（hé）螺旋壓緊類似，若（ruò）斜麵升角小於兩者材料的摩擦角，壓緊後就能（néng）實現自鎖。然而對於普通鋼材，摩擦角為5°43’，若要保證自鎖，需斜麵升角入<5°43'。假設膠圈壓下量為1.5mm，則在極限情況下，上述閥板需相對於斜塊（kuài）向左移動15mm才行。即閥板接觸到膠圈後，還要相（xiàng）對於膠圈橫向移動15mm，顯然這是（shì）不能（néng）允許的。所以這種結構要利用（yòng）傳動連板5轉至死點來保證自鎖（suǒ）。

　　為產（chǎn）生所（suǒ）需密封力（lì）Fs，見圖22，傳動連板給閥板的推力Ft，應（yīng）為

　　Ft=Fs.tan(λ+ρ) +fFs(6)

　　式中ρ——斜麵間材（cái）料的摩擦角;f——膠圈與閥板的摩擦係數

　　為了消除壓緊密封圈時，閥板與密封圈間的摩擦力，目前國內（nèi）外都采（cǎi）用圖23所示的壓緊密封原理。此時（shí）

　　Fs/Ft=1/[tan(λ+ρ) +f1] (7)

　　式中f1——滾輪與導軌之間的摩擦係數;其餘符號（hào）的意（yì）義同上。

　　c.鏈板壓緊（jǐn）

　　鏈板壓緊機（jī）構（gòu）如圖7所（suǒ）示。圖24是典型的鏈板壓緊力圖。如果不考慮鉸（jiǎo）鏈的摩擦力（lì），作用在鏈板上有4個力：密封力（lì）Fs、閥板受（shòu）到的止推力Fz、導軌槽通過滾輪(或滑塊)給出的反力Ff(Ff=Fs)和（hé）推杆傳來的推力（lì）F`t。因為鏈板是壓力（lì）杆，所以合力（lì）在其中心線上。推力Ft還需克服滾輪與導（dǎo）軌槽的摩擦力（lì）fFf=fFs，根據力（lì）的平衡條（tiáo）件可得

　　Ft=Fs(tanα+f) (8)

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

　　壓緊（jǐn）裝（zhuāng）置的自鎖條件是

　　λ＜tan-1f (9)
 

　　對於（yú）真空中的幹摩擦，鋼與鋼之間的滑動（dòng）摩擦係數為0.15，滾動摩擦係數為0.05，代入上（shàng）式可得：對（duì）於滑塊摩擦，a<8°30’，鏈板（bǎn）自鎖（suǒ）;對於滾輪摩擦，a<2°50’，鏈板自鎖。

　　d.彈簧壓緊

　　閥板6由彈簧5壓（yā）緊密封。當電磁線圈2通電時，銜鐵（tiě）4被吸上，閥板（bǎn）被提起打開閥門。

　　e.彈性（xìng）墊圈自身（shēn）壓緊

　　閥塞被碗形密封（fēng）圈箍緊密封。這就象往複運動的動密封一樣，不過由於閥塞（sāi）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

　　動力壓緊有氣壓的、液壓的（de）和電磁力的壓緊。凡（fán）是密封力大的閥門都用液（yè）壓壓緊（jǐn）。閥門是靠薄壁銅筒在油壓作用下產生彈性（xìng）變形，與閥體內筒的光滑表麵緊密貼合來密封的。當撤去油壓時，薄壁銅筒恢（huī）複原（yuán）形，閥塞（sāi）就可以（yǐ）拉上去打（dǎ）開閥門。

　　為了解決金屬墊密封閥門所需的（de）大壓緊力，國外采用（yòng）了高壓氣動壓緊。當閥板（bǎn）推至閥口後，往波紋管中（zhōng）通以高（gāo）壓空氣（qì）(21個大氣壓或35個大氣壓)對閥板壓（yā）緊密封。

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

　　③壓緊裝置（zhì）中的均壓（yā）、續壓和調壓措施

　　為了保證閥門的密封性能，要求閥板壓緊密封圈時能自動均壓;當大氣壓壓到閥板上時能允（yǔn）許（xǔ）進一步（bù）壓緊;又因為密封圈和其它傳動（dòng）件的加工製造差不可避免，所以閥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（zài）圖（tú）11所示的（de）真空閥門（mén）中，通過（guò）錐麵（miàn）閥座和與之配合的錐麵閥（fá）板及鉸銷壓緊來自動調均對膠墊的壓力;利用壓杆頭(兼作導向（xiàng）杆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（dá）不到氣缸底來實現大氣壓（yā）壓到閥板時，閥板繼續壓緊密（mì）封圈。

　　上述的（de）均壓措施在鉸銷軸方（fāng）向不能自動均壓，需要在裝配中人工調好。對於（yú）口徑較小的閥門，由於誤差量較小，在裝配中容易調好，但對於（yú）口徑較大的閥門，就困難得多。因此對（duì）於大口徑（jìng）閥門應采用完全自動均壓的措施。例（lì）如圖28所（suǒ）示的結構，采用球而壓頭就能完全自動均壓。

　　(4)閥板的傳動機構

　　閥板的傳動機構有兩個職能：一是使閥板壓緊（jǐn）密封圈，保（bǎo）證閥門的密封性能;二是使閥板開啟後，閥門有較大的流導。承擔第（dì）一個職（zhí）能的機構零件，由於受力較大、有強度、剛度（dù）和穩定（dìng）性問題，設計中需要考（kǎo）慮。這些機件是傳動機構中的主要構件，承擔第二個職能的（de）機件主（zhǔ）要使閥板按所需要的位置（zhì）開啟，因（yīn）此受力不大，零件的強度等問題是次要的。

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

　　對於真空翻板閥，閥門開啟時閥板翻（fān）轉一（yī）個角度，對閥板運動的特殊要求是：①閥板壓緊或鬆開密（mì）封墊圈時，需（xū）要直起（qǐ）直落;②開啟閥（fá）板時，需要翻轉較大（dà）的角度，好達到90°;③在閥板翻轉過程中，閥板不能與閥座相碰。目前國內主要采用三種翻轉（zhuǎn）機構，即擋杆擋翻、四連杆機構和蚌線機構。

　　(5)真空閥門的動力選擇

　　真（zhēn）空閥門的（de）傳（chuán）動動力主要有（yǒu）手動、磁動、氣動、電動和液動。選擇閥門動力主要考（kǎo）慮①操作方便;②工（gōng）作可靠。例如（rú）手動（dòng）適合於小型（xíng）的，自動化程度要求不高的和試驗用的設備上應用的閥門;而大型工業生產用的自動化（huà）程度高的設（shè）備上的閥門，則必須用磁動、氣動、電（diàn）動或液壓的。一般（bān）說（shuō）來，磁動閥門口徑都（dōu）較小，動作較（jiào）快，電磁電源也較（jiào）方便;而氣動閥門突出的特點是（shì）動作快;兩者都適合於作保護（hù）性的閥（fá）門（mén）。電動(即電動（dòng）機傳動的)和液壓的閥門，都是需要（yào）大動力的閥門，尤其是液壓傳動的閥門，動力小（xiǎo）了不合適，它不象電動的閥門，常常因為電（diàn）源方便而被采用。實際上，不管采用哪種動（dòng）力，都必須保證（zhèng）閥門工作可靠。

　　(6)閥門開關的限位和指（zhǐ）示

　　為（wéi）了使閥門開關準確可靠（kào）和（hé）操作方便，閥（fá）門的開啟和關閉需（xū）要有限位和（hé）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屬墊的楔入量，在保（bǎo）證密封性能的前提下，楔入量愈少，墊圈受壓處冷硬現象愈輕，閥門使用壽命愈長。對於機動閥門，限位有保護設備免（miǎn）遭（zāo）機械損傷的重要作用。

　　電動真空閥（fá）門中所用的開關限位和指示裝置。螺杆5被（bèi）固定（dìng）在閥（fá）板的傳（chuán）動軸上（shàng），指針8固定在螺母6上，指針8和螺母6隻能（néng）沿著刻度尺滑動，當螺杆5隨閥板傳動軸轉動（dòng）時，它（tā）們即是指針又是限位開關的動（dòng）觸點（diǎn）。l是行程開關;4是刻度尺。當然（rán）這隻是限位和指（zhǐ）示裝置中的一種。

　　(7)打開閥板（bǎn）的先導裝置

　　有的真（zhēn）空閥門在開（kāi）啟閥板之前，需要先使閥（fá）板上下的氣壓平衡，避免（miǎn）壓差過（guò）大使傳動裝置超負荷而受損害，這就要用到先導（dǎo）裝置。先導裝置還可（kě）用來在閥板上下壓差較大的情（qíng）況下，用較（jiào）小的傳動（dòng）力打開（kāi）閥板。在（zài）閥板上裝設個小閥門，讓傳動杆6先打開小閥的密封板3，使閥板上下（xià）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打開閥門的一（yī）個（gè）可行措施（shī）。小閥起到了先導作用，故稱該小閥為先導裝置或先導閥。