磁力传动器的结构与应用特点

真空技术网 losesky.cn@gmail.com 15 磁力传动器的结构与应用特点 http://www.chvacuum.com/seal/dynamic/01626.html 磁力传动器是采用现代最新永磁材料或电磁力，使主动件与从动件之间靠磁力的超矩特性，实现无接触、无泄漏传递扭矩的新技术的一种装置。       磁力传动是采用现代最新永磁材料或电磁力，使主动件与从动件之间靠磁力的超矩特性，实现无接触、无<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/leakhunting/">泄漏</a>传递扭矩（功率）的一种新技术。实现这一技术的装置称为磁力驱动器，或称磁力传动、磁力耦合器、磁力联动器等，可用于对密封要求较高的<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/systemdesign/">真空系统</a>中。磁力传动技术具有以下应用特点：      (1)磁力传动传递力矩，是利用磁力的超矩作用特性而实现的。可转化主轴传递扭矩的动密封为<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/">静密封</a>，实现动力的零泄漏传递。     (2)可避免高频振动传递，实现工作机械的平衡运行。     (3)可实现工作机械运行中的过载保护。    (4)与刚性联轴器相比较，安装、拆卸、调试、维修均较方便。    (5)可净化环境，消除污染。 磁力传动器结构       最简单的磁力传动结构如图1所示。在真空技术中选用圆筒型磁力传动器较多，圆盘型多用于小型传动和一些特殊装置上。 图1 磁传动结构示意图 （a）圆筒型；（b）圆盘型 <img alt="磁传动结构示意图" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1120400.gif" />        选用稀土永磁材料，利用它的高磁能积、高矫顽力的特性把不同极性的磁体密集排列在一起，如图s所示。当没有外力作用时，主动两侧相对的不同极性相互吸合在一起，当主动侧在外力作用下产生位移，从动侧由于惯性及负载的作用使主动、从动两侧磁极发生错位，此时主动、从动两侧的磁极除了异极的相互吸引力之外，还有同极的相互斥力作用。吸力和斥力形成了“推拉”作用力，从而带动从动侧位移，实现磁力传动。同轴型永磁体磁力传动器，是由内转子和外转子组成的“组合推拉磁路”结构。旋转磁体在真空室外，用手或电机驱动，<a target="_blank" href="http://www.keyehf.com/Html/Product_109.html">真空室</a>壁选用非磁体材料（无磁不锈钢、铝合金等）制成隔离套，变动密封为静密封，因此，从根本上消除了转动轴密封处产生的泄漏。 磁力传动器磁力耦合器磁力联动器动密封网络真空技术网整理 2009-01-05 11:18 真空磁流体密封的结构设计与工作原理 http://www.chvacuum.com/seal/dynamic/01625.html 真空磁流体密封内部的圆环形永久磁铁、极靴和旋转轴构成磁回路。磁铁产生的磁场使磁流体集中在轴与极靴顶端缝隙中，形成一个所谓的磁流体密封O形环，从而实现密封。本文讲述了真空磁流体密封的结构设计与工作原理。        1965年美国papell发明一种磁流体是把磁铁矿等强磁性的细微粉末（约0.1nm~10nm）放入水、油类、脂类、醚类等液体中形成稳定分散的一种胶态液体。这种液体在通常离心力和磁场作用下，既不下沉、凝聚又具有磁性，可被磁铁吸引。把这种液态磁性体用于真空转轴密封，称为<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/dynamic/01625.html">真空磁流体密封</a>。它与其它<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封技术</a>相比有下列优点：      (1)磁流体密封真空转轴的摩擦力很小，可减少功耗和提高轴的最高转速（可达120000r/min）。采用低蒸气压磁流体密封，可使真空度维持在10-7Pa以上。      (2)磁流体密封结构简单、维护方便，轴与极靴间的间隙较大，制造精度要求低。      (3)磁流体在密封空隙中是靠磁铁产生的磁场固定的，因此转轴的启动和停止比较方便.      磁流体密封装置在高温下不稳定，工作温度一般在-30oC~100oC之间。轴在过高或过低温度下工作时，需采取冷却或升温措施，从而使密封结构复杂化。 <h2>1. 磁流体密封原理</h2>        磁流体密封原理如图1所示。圆环形永久磁铁1、极靴2和旋转轴3构成磁回路。磁铁产生的磁场使磁流体4集中在轴与极靴顶端缝隙中，形成一个所谓的磁流体密封O形环，从而实现密封。转轴材料可以是磁性体（图1（a））和非磁性体（图1（b））；前者磁束集中于间隙处并通过转轴构成磁回路，后者磁束不通过转轴，而是通过密封间隙中的磁流体构成磁回路。 图1  磁流体的密封原理及密封方式 1--永久磁铁；2--极靴；3--旋转轴；4--磁流体 <img alt="磁流体的密封原理及密封方式" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102180.gif" /> <h2 align="left">2. 磁流体的承压能力</h2>        磁流两侧承受的压力差Δp与磁流体两侧面的场强有关，也就是与磁流体在轴向上的厚度有关，而轴向厚度取决于磁流体注入量。磁流体耐压与注入量之间的实验曲线，如图2所示。可以看出，开始时增大磁流体注入量，耐压线性增加；但注入量达到一定值以后，耐压不再增加，而是稳定在某一恒定状态。图中注入量6倍以后，单极靴的耐压值平衡在0.02MPa 图2  磁流体注入量与耐压的关系 <img alt="磁流体注入量与耐压的关系" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102181.gif" />         图1的斜面齿型极靴的耐压值，当磁铁的场强很大时可按计算<img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102182.gif" /> <img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102183.gif" />        增加Bi可封住较大的压力差Δp。由于Bi的大小取决于磁流体种类，因此，在一定磁场下，密封装置的磁流体种类选定后，其单极靴的最大耐压能力也就确定了。表1给出了常用的磁流体的物理性质。 表1  常用的磁流体的物理性质 <img alt="常用的磁流体的物理性质" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102184.gif" />  <h2 align="left">3. 磁流体密封转轴转数对耐压的影响</h2>       密封轴转数增大（磁流体接触表面速度增大），高速旋转摩擦耗功增加而使磁流体温度升高，导致磁流体载液的蒸发和表面活化剂的脱离而恶化密封性能，耐压能力也将随磁流体温升而下降。图3给出耐压与温度的关系曲线。设计时应将转轴表面线速度控制在20m/s以下，或者对磁流体进行冷却，控制磁流体温度，防止温度过高。       磁流体油封的摩擦功耗，可用下式表示： <img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102185.gif" /> <img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102186.gif" /> 图3  磁流体密封耐压与温度关系 <img alt="磁流体密封耐压与温度关系" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102187.gif" />#p#副标题#e# <h2 align="left">4. 磁流体磁极靴结构设计</h2>        磁极靴顶端齿形设计是影响密封性能的重要因素。常见的齿型结构如图4所示。齿型的主要结构参数是<img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102188.gif" />及ao等，B是齿宽，其余符号同前。图5型密封(a)性能优于(b)型。表2是（a）型与（b）型的磁导率，磁导率大将增加磁流体的耐压，获得良好的密封性能。 图4  (a)型与(b)型结构的磁导率 <img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/1102189.gif" />        试验证明，(a)型齿的最佳参数是<img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/11021810.gif" />日本金子曾对<img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/11021811.gif" />的(a)型极齿进行了实验,当Lt在1mm~6mm范围内变化时，Lt/Lg=2具有较高的耐压能力。       图5(c)为多级结构型式的齿型。选取Lt/Lg=2,Ls/Lg=2.5~3比较合理。 <h2>5. 磁流体密封级数与磁路间隙</h2>        磁流体一级密封耐压最大值约为2MPa。在一定的场强下，耐压随级数的增加而提高。大约在7~14级之间耐压能力达到最大值，此后级数更增加，耐压能力反而减小，原因是间隙中场强及其分布的变化影响到耐压。 图5  极靴顶端齿型结构 <img alt="极靴顶端齿型结构" border="0" src="/uploads/allimg/090105/11021812.gif" />       对给定级数的密封装置，提高耐压可采用增加磁铁尺寸和减少齿顶与轴间的间隙Lg来实现。图6给出了<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/09232.html">径向间隙</a>、压差及磁铁尺寸之间的关系曲线。径向间隙通常取Lg=0.5mm~0.05mm，太小时轴的机械振动会引起齿顶与轴的机械摩擦。密封轴的径向跳动量，一般限制在径向间隙Lg的25%以内。 图6 磁场、间隙与耐压的关系 <img alt="" border="0" src="/uploads/allimg/090105/11021813.gif" /> <h2 align="left">6. 磁流体真空密封转轴结构</h2>         磁流体单极靴的耐压能力小，不能承受大气压力，用于真空转轴密封必须采用多级极靴结构，如图7所示。 图7 三种不同的结构磁路设计 <img alt="三种不同的结构磁路设计" border="0" src="/uploads/allimg/090105/11021814.gif" /> 真空磁流体密封结构设计工作原理动密封真空技术论坛转载真空技术网整理 2009-01-05 11:01 单端面非平衡型大弹簧机械密封在杂质泵上的应用 http://www.chvacuum.com/seal/static/01622.html 机械密封,性能稳定,几乎不漏(即使泄漏也小于3～5 滴/min ) ,寿命长,在使用得当、介质干净时, 寿命可达10000h 。阻力小,消耗功率少,机械效率高。但是结构复杂,价格昂贵,安装、维修要求技术高。         机械密封是靠2个经过精密加工的动环和静环的端面靠弹簧沿轴向紧接触来达到密封的。(静环固定,动环与轴一起旋转)所以又称端面密封。<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/12580.html">机械密封</a>的结构如图1所示,为单端面非平衡型大弹簧机械密封的典型结构。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041622214037.gif"><img height="391" alt="单端面机械密封" width="460" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041622214037.gif" /></a> 图1 　单端面机械密封  11 传动螺钉　21 传动座　31 弹簧　41 推环　51 动环密封圈　61 动环　71 静环　81 静环密封圈　91 防转销         图1中,动环和静环是主要<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封元件</a>,动环和静环一般由一软一硬不同的耐磨材料组成,如石墨、<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/material/material/10330.html">聚四氟乙烯</a>对硬质合金、陶瓷、碳化钨、氮化硅、硌钢等。动环6套在轴上,动环外径与传动座2内径是花键连接,传动座螺钉1压紧在轴上,这样轴旋转时,带动传动座和动环,动环和轴之间有密封环,轴与泵体之间也有密封环8防止液体往外漏,动环在弹簧力和液体压力的作用下,压紧在静环上达到密封的作用,传动座和动环之间的弹簧推环4 用调节螺钉(图中未标)来调节弹簧压力的大小,以调节动环与静环之间的密封程度。为防止静环旋转压盖上有防转销,为防止动环因对静环的相对转动产生摩擦而产生的高温烧坏密封面或使液体汽化而造成动环与静环之间的干摩擦,所以一般都要对端面用液体冲洗冷却。        机械密封虽然密封严密可靠,几乎不漏(最多3～5滴/min),但安装使用不当,会增大泄漏,减短寿命,甚至不如<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/01621.html">填料密封</a>;机械密封的压紧程度必须按样本要求,安装时要轻拿轻放,尤其是摩擦面要保护好,要用棉纸擦。不要用棉丝(尤其是棉丝有铁末时易划伤密封面) 及硬的东西擦,手也少擦;摩擦面要干净,不能夹脏物,安装时要涂一点甘油以防盘车或启动泵时不上液干磨;检查摩擦面,有否损坏,沟槽,不严重用研磨修理。研磨要用好的平板,8 字研磨;旋转方向,对单弹簧(大弹簧) 要注意弹簧的旋转方向,弹簧拧紧的方向是对的。尤其是多级泵,一般一个左旋,一个右旋,不要弄错;开泵前先冲洗、冷却,停泵后再冲洗、冷却;静环的缺口对准防转销;新的机械密封须有一定的磨合,1～5h开始泄漏量较大,磨合后应小于3～5滴/min 。如果还泄漏较大应检查原因,加以消除。        机械密封一般用于易燃易爆,有毒及昂贵的液体中或高温高压,极低温,强腐蚀的液体中,这一点正弥补了软填料密封在杂质泵应用中的不足。<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/">杂质泵</a>中不同条件下用不同的机械密封,如双端面密封用于腐蚀、高温、液化气带固体颗粒及纤维、润滑性能差的介质;外装式密封用于粘稠介质以及压力较低的场合。        在一些情况下机械密封不宜使用,如开式叶轮的砂轮,在叶轮的背面设有短的辐射状的背叶片。并且在靠近前面和背面的部分,在泵的端盖和泵体上安装更换简便的衬板,该衬板根据其磨损程度,可以在轴的方向朝着叶轮推出。这样,叶轮和衬板的间隙可以不断保持得很小,以使泵的性能经常达到高效率。背叶片不仅起到减轻泵的轴向推力的作用,而其主要目的是借助于离心力来防止粉末侵入填料箱。在这种情况下,也需在填料箱的里侧注入清水。得不到清水时,只好将泵压出的液体用过滤器过滤之后使用。 机械密封静密封邵芝梅黑龙江科技学院 2009-01-04 16:05 填料密封在杂质泵轴封中的应用 http://www.chvacuum.com/seal/static/01621.html 填料密封是一般泵中最常用的密封机构,它由填料环、填料套、填料,填料压盖、长扣双头螺栓和螺母组成,通过填料和泵轴表面接触阻止介质通过而达到密封的目的。本文介绍了填料密封在杂质泵轴封中的应用。        杂质泵的密封历来都是一个令研究者头痛的问题,随着杂质泵使用范围的扩大,这一问题就更加突出了。因为杂质泵输送的固体颗粒越来越大,液体的有害性越来越严重,这些物质较普通的泥沙对轴及<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封</a>的腐蚀和磨损都会更严重缩短密封的使用寿命,而密封一旦失效,<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/leakhunting/">泄漏</a>就直接影响着泵的正常运行甚至是操作人员的人身安全。要解决杂质泵的密封问题就要了解它的密封形式。 杂质泵密封的作用        旋转的泵轴和固定的泵体间的密封简称轴封。轴封的作用主要是防止高压液体从泵中漏出和防止空气进入泵内。尽管<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/dynamic/0968.html">轴封</a>在泵中所占的位置并不大,但泵能否正常运转却和轴封密切相关。如果轴封选用不当,不但在运转中需要经常维修,漏损很多被输送的液体,而且可能由于漏出的易燃、易爆和有毒液体引起火灾、爆炸和中毒事故,后果不堪设想。因此,必须合理选用轴封结构才能保证泵的安全运行。 杂质泵轴封的原理及分类        杂质泵的轴封主要有以下几类:<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/12579.html">填料密封</a>、机械密封、浮动环密封、其它密封等。下面主要针对填料密封的特点来说明它在杂质泵中的应用。 填料密封        填料密封是一般<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/">泵</a>中最常用的密封机构,它由填料环、填料套、填料,填料压盖、长扣双头螺栓和螺母组成,通过填料和泵轴表面接触阻止介质通过而达到密封的目的。在相接触的密封副之间,存在着许多细小的间隙和沟槽,因此,施加足够的压紧力以达到必要的密封比压,可使填料产生弹塑性变形以减小间隙。由于轴表面总是有一定的粗糙度,它与填料不可能达到理想接触,必然有微小的间隙存在,这样就形成无数个“迷宫”。这些微细曲折的间隙对介质多次节流而起到的阻尼作用,以及间隙内滞流边界层等因素所产生的“<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/12563.html">迷宫效应</a>”,导致间隙阻塞,实现密封。由此可知,密封作用是在介质进人填料与泵轴的接触面之间的阻塞在间隙内形成的。        流体通过填料密封的泄漏有3 条途径:        ①通过填料与静止件界面的泄漏;        ②通过填料本身的泄漏;        ③通过填料与运动界面之间的泄漏。        流体通过填料与静止界面的泄漏和流体通过静密封面的泄漏原理一样。流体通过填料本身的泄漏取决于被密封流体的渗透力和软填料本身的内部结构,编结填料易出现这种泄漏。当介质的渗透力强或介质为气体时,通过填料的渗透泄漏几乎不可避免,但具体的泄漏机制有待进一步探索。对于绝大多数液体介质,泄漏主要是通过填料与运动件之间的界面进行。对于杂质泵来说,输送的介质中固体颗粒直径较大在输送过程中很难靠近泵体轴封处的细小间隙,所以需要注意的是,当填料密封在腐蚀性介质条件下工作腐蚀性液体会渗透到填料中,而当填料中含有可溶性腐蚀性的杂质时,细小颗粒也会随液体进入填料,这些都会引起轴材料的磨损,同时还会受到腐蚀。尤其是当构成摩擦副组对的2 种材料均为导体时,在电解质溶液中,还有可能发生电偶腐蚀,更加速了轴的腐蚀破坏。所以,杂质泵在输送有毒、腐蚀及贵重液体时,由于要求泄漏量小,甚至不准漏出,不能采用填料密封。 填料密封杂质泵轴封静密封张永平黑龙江省巨宝安全环保评价有限公司 2009-01-04 15:32 胀缩式轻便闸阀的阀体强度分析 http://www.chvacuum.com/valve/01620.html 胀缩式轻便闸阀是一种新颖的双闸板平板闸阀, 该阀的阀体采用一种全新的对称式扁平结构, 密封采用钢珠顶置式机械胀缩密封机构, 具有质量轻、密封可靠、闸阀密封面磨损小、使用寿命长和开闭阻力矩小等优点。       胀缩式轻便闸阀的阀体是空间壳体结构,形状特殊,结构复杂,没有合适的理论上的解析公式进行强度计算,只能采用数值法进行求解。利用有限元法计算出<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀体</a>的应力与位移分布,进而验算阀体的强度。 阀体模型及网格划分        阀体模型按照实际尺寸建立,同时为了简化模型,提高计算速度,模型中略去小的倒角以及凹沟(图5)。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041336201443.gif"><img height="278" alt="阀体网格划分" width="360" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041336201443.gif" /></a>   图5 　阀体网格划分 边界条件        在进行阀体强度验算时,取<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀门</a>强度试验压力作为工况条件。位移边界尺寸是将阀体两侧的接口外端面及阀体上部的阀颈外端面固定,限制其运动。力边界条件是将阀体内部施加均匀压力p=214MPa(阀门<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/tools/pressure.php">工作压力</a>为116MPa)。 有限元分析        有限元网格单元类型采用8节点块单元,材料的机械性能为Ex=70GPa,ε=0.133 。变形计算结果见图6, 应力计算结果见图7 。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041336429336.gif"><img style="WIDTH: 755px; HEIGHT: 498px" height="350" alt="" width="600" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041336429336.gif" /></a>  图7 　应力分布结果 　   由变形计算结果图可知,阀体向两侧鼓出变形,最大变形发生在阀体的中心区域,中心最大变形为01061mm,最大变形区域的应力为1217MPa。由应力分布图可知,阀体的最大应力发生在阀体两侧中部加强筋外侧,最大应力为5416MPa。阀体材料采用高强度的铸铝材料(ZL205),〔σb）=437MPa, 阀体的强度满足要求。通过阀体强度试验证明,该闸阀的阀体强度和刚度都满足要求。 结语        胀缩式轻便闸阀将普通闸阀的阀体和阀盖合为一体,同时将普通闸阀的阀座与阀门接口组合为一体,结构设计独特,设计的钢珠顶置式<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/dynamic/12561.html">机械胀缩密封</a>机构,具有密封可靠、闸阀密封面磨损小、使用寿命长和开闭阻力矩小等优点。该阀进行了壳体强度试验、双向液体密封试验、双向气体密封试验、6000次静压寿命试验、高低温环境适应性试验等多项试验,各项试验结果表明该阀性能优越。 闸阀平板闸阀轻便闸阀设计真空阀门刘进立总后勤部油料研究所 2009-01-04 13:30 胀缩式轻便闸阀的结构设计 http://www.chvacuum.com/valve/01619.html 闸阀通常采用铸铁或铸钢材料,非常笨重,不适合应用于一些机动场合。因此设计了胀缩式轻便闸阀,减轻了平板闸阀的质量,提高了密封性能和使用寿命。        平板闸阀是一种单闸板或是其间带有撑开机构的双闸板阀门。平板闸阀在介质压力低时,容易出现渗漏。为保证阀门在全压程下的良好密封,须在阀座上施加足够的预紧力。然而,较大的预紧力和当介质压力高时,经常启闭可能使密封面磨损过快,影响阀门的使用寿命。同时,闸阀通常采用铸铁或铸钢材料,非常笨重,不适合应用于一些机动场合。因此设计了胀缩式轻便闸阀,减轻了平板闸阀的质量,提高了密封性能和使用寿命。 <h2>整体结构</h2>       阀门整体采用对称式的扁平阀体结构,将普通闸阀的阀体和阀盖合为一体,将阀体设计成扁方形(图1),这种设计减小了阀体的结构尺寸和体积,节省了阀体与阀盖之间的连接螺栓,有效地减轻了阀门的质量。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0413114U520.gif"><img height="548" alt="胀缩式轻便闸阀" width="361" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0413114U520.gif" /></a> 11 手轮　21 阀杆　31 闸阀开关指示装置 41 阀体　51 闸板总成　61 阀座 图1 　胀缩式轻便闸阀        阀座采用独立式设计,将普通闸阀的阀座与阀门接口合二为一,同一个阀体更换不同的阀座便可变化阀门的接口形式(图2),有效地提高了阀体的通用性和维修性,同时也避免了在高压情况下阀体变形导致的阀门密封效果变差的问题。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/04131212Y51.gif"><img height="376" alt="胀缩式轻便闸阀" width="477" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/04131212Y51.gif" /></a> (a) CRJ 接头　(b) 插转接头 图2 　不同接头的胀缩式轻便闸阀 <h2>密封结构</h2>       为了增加闸阀在低压力情况下的密封能力,解决闸阀在低压时的泄漏问题,同时减少闸板与阀座密封圈之间的摩擦,增加闸阀的使用寿命,将闸阀密封设计成钢珠顶置式机械胀缩密封机构(图3)。当闸阀关闭时,钢珠顶置机构将两闸板撑开,压紧密封面,产生密封比压,达到双面强制密封效果。当闸阀开启时,钢珠顶置机构收缩,闸板向内收离开密封面,从而在开启或关闭的过程中,减少了闸板与阀座密封圈之间的摩擦。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041312325017.gif"><img height="353" alt="　闸板总成结构" width="179" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041312325017.gif" /></a> 11 磁铁　21 阀芯　31 钢珠　41 导向销　51 闸板 图3 　闸板总成结构 <h2>暗杆闸阀开度指示器</h2>        磁力式闸阀开度指示器利用闸板上的磁铁带动闸阀外面安装的磁力感应表的指针显示闸阀的开度(图4)。在阀门不同开度的情况下,闸板上安装的磁铁与指示仪表有不同的距离和方位,对指示仪表上的磁力感应指针也产生不同强度和方位的感应,指针据此指示阀门不同的开度。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041312523548.gif"><img height="449" alt="磁力式开度指示器" width="305" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/041312523548.gif" /></a> 图4 　磁力式开度指示器 闸阀密封性能真空阀门邵伟光总后勤部油料研究所 2009-01-04 12:38 瓣阀的工作原理和材料的选择 http://www.chvacuum.com/valve/01617.html 瓣阀的阀体部件和支座为瓣阀的固定部分,阻尼臂部件和重锤部件为瓣阀的转动部分。瓣阀的关闭件采用金属硬密封结构。金属硬密封一般是通过在阀瓣和阀座的基体材料上堆焊硬质合金材料(如CoCrW合金)实现。 <h2>瓣阀的工作原理</h2>       <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/01616.html">瓣阀</a>由阀体部件、阻尼臂部件、重锤部件和支座4部分组成(图1),另外还设置了阀位指示器。       阀体部件和支座为瓣阀的固定部分,阻尼臂部件和重锤部件为瓣阀的转动部分。瓣阀的阀座类似于一个<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/material/pipeline/11362.html">法兰盘</a>固定在阀体上。阀瓣安装于阻尼臂上,随阻尼臂部件转动。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/031HS3RT.gif"><img style="WIDTH: 482px; HEIGHT: 424px" height="293" alt="瓣阀" width="418" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/031HS3RT.gif" /></a> 11 阀体部件　21 阀瓣　31 阀座　41 阻尼臂部件　51 支座　61 重锤部件 (a) 开启状态　(b) 关闭状态 图1 　瓣阀        阻尼臂部件的重力对支座转轴中心线的力矩为逆时针方向,促使瓣阀开启。重锤部件的重力对支座转轴中心线的力矩为顺时针方向,促使瓣阀关闭。按照瓣阀的功能和技术要求,需经过一系列的设计计算工作, 逐步调整阻尼臂和重锤的结构和几何位置,改变瓣阀两大转动部件的力矩平衡关系,使得瓣阀在非能动条件下的启闭动作正确可靠。为了在安装调试时使瓣阀具有一定的调节能力,将阻尼臂部件与重锤部件的结构设计为可调形式,这样就可以在一定范围内调整瓣阀关闭和开启时的所需压差值。 <h2>瓣阀的材料选择</h2>        瓣阀的关闭件采用<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/10246.html">金属硬密封结构</a>。金属硬密封一般是通过在阀瓣和阀座的基体材料上堆焊硬质合金材料(如CoCrW合金)实现。由于瓣阀在关闭时,密封面容易受到大的冲击,所以,高硬度的脆性堆焊材料可能会因为受到冲击而与基体材料之间产生裂纹甚至剥离而使<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封</a>失效。为保证密封可靠,阀座和阀瓣材料都选用0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)整体锻件材料制造,而不需要堆焊硬质合金。0Cr17Ni4Cu4Nb材料是一种沉淀硬化<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/material/material/11437.html">不锈钢</a>,可方便地通过不同的<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/heat/">热处理</a>工艺,分别使阀瓣和阀座达到不同的硬度值。该材料的耐腐蚀性能与18-8<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/material/material/11437.html">奥氏体不锈钢</a>接近, 而常温和高温力学性能均高于18-8奥氏体不锈钢,在核级阀门中得到了广泛的应用。        重锤连杆和支座转轴是支撑重锤部件与阻尼臂部件的主要零件,同时,还要求其转动灵活,要求此材料具有较高硬度和良好的耐磨性能,因此也选用0Cr17Ni4Cu4Nb制造。其余零、部件一般都选用0Cr18Ni10Ti材料制造。 瓣阀工作原理材料真空阀门刘燕中国原子能科学研究院 2009-01-03 17:22 瓣阀主要部件的结构设计 http://www.chvacuum.com/valve/01618.html 为了使阀瓣在规定的参数条件下开启和关闭,必须通过反复试算,逐步确定出瓣阀转动部件的位置和尺寸。设计计算中,针对承受压力、强剪切力和应力比较集中的零件进行了强度计算和校核。       瓣阀的结构设计在三维<a target="_blank" href="http://baike.baidu.com/view/4176.html">CAD软件</a>UnigraphicsNX210环境下完成,阻尼臂和重锤等转动部件的重心、重量及运动轨迹等参数可以由CAD软件求解得到。借助于三维CAD软件,针对瓣阀所处的几个极限位置进行力矩平衡计算和分析。为了使阀瓣在规定的参数条件下开启和关闭,必须通过反复试算,逐步确定出<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/01617.html">瓣阀</a>转动部件的位置和尺寸。设计计算中,针对承受压力、强剪切力和应力比较集中的零件进行了强度计算和校核。 <h2>阀体部件</h2>       阀体部件由阀体、下<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/engineering/12516.html">法兰</a>、<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/10295.html">密封垫圈</a>和阀座等组成。下法兰<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/static/10290.html">焊接</a>在阀体上,阀座与下法兰之间采用螺栓连接,中间安装石墨缠绕垫圈保持密封。 <h2>阻尼臂部件</h2>        阻尼臂部件由阻尼臂、阻尼轴、阻尼片、挡片和阀瓣等零件组成。       阻尼臂部件安装在支座转轴上。阀瓣通过阻尼轴与阻尼臂连接在一起,可随阻尼臂绕支座转轴转动,从而达到开启或关闭的目的。       阻尼片通过螺栓固定在阻尼臂的下端,其大小和数量可以调整,以此来调整阻尼臂部件的质量和重心位置,使得瓣阀关闭和开启的压差可以调节。另外,阻尼片在关闭运动过程中受到流体阻力作用, 在一定程度上可减轻瓣阀关闭时的水锤效应。挡片与阻尼臂通过销轴连接在一起。当挡片与阀体上表面接触时,通过挡片可阻止阻尼臂部件继续朝开启方向旋转,确保瓣阀在最大开启状态时的角度为30°。       阀瓣与阻尼轴之间采用球铰连接,这样使得阀瓣与阀座接触时,有一定的自由度,可以进行微小的调整,使阀瓣与阀座接触良好,保持<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封性能</a>。 <h2>重锤部件</h2>        重锤部件主要由重锤、调整连杆、重锤支架及定位挡块等零件组成。重锤部件的作用是当系统压差达到一定值时,重锤与压差对转轴的力矩将会大于瓣阀自重对转轴的力矩,达到在较小的压差下关闭。当瓣阀旋转到某一角度后,重锤与阻尼臂脱离,减小瓣阀重量,从而减小阀瓣与阀体的冲击力,提高关闭的可靠性。重锤直径的大小可调整阻尼臂自由行程。重锤支架对重锤起到支撑作用。重锤连杆可调整重锤在支架的相对位置,从而达到微调目的。为方便调整,将支架作成可拆卸结构。 <h2>防松和定位</h2>        由于瓣阀放置在堆内,必须考虑螺栓及调整机构的防松和定位问题。阀座与下法兰之间的连接螺栓全部采用防松垫片,以防止螺栓的松弛脱落。起连接和固定作用的螺栓、螺柱、螺母以及转轴,采用开口销的方式固定。对于具有调整作用的螺栓和螺母,必须在瓣阀调整完毕后,再采用开口销的方式固定。 <h2>位置指示器</h2>       由于瓣阀安装在反应堆水池水面以下,在瓣阀上需要设置阀位指示器,以实时监测瓣阀的开启或关闭状态。瓣阀的位置指示器为干簧管式。永磁铁安装在阻尼臂部件的其中一块阻尼片上,随阻尼臂转动,内装干簧管的指示器传感装置固定在阀体上。当阻尼臂运动时,阻尼片中的永磁铁随之运动,经过相应的干簧管时电路接通,从而监测瓣阀所处的位置。 <h2>接口设计</h2>        瓣阀与导流箱之间的连接形式为焊接。接口下端面尺寸为Φ500mm,与导流箱焊接。上端面尺寸为Φ348mm,与下法兰焊接。同时为了降低整体制造难度,便于瓣阀安装,阀体为异形结构。要求下端面直径从Φ500mm 逐渐过渡到上端面直径Φ348mm,上、下两端面均为圆形,并且上、下两端面间的转角为30°。 阀瓣结构设计真空阀门罗志远中国核动力研究设计院 2009-01-03 17:38 自然循环瓣阀的功能要求和主要技术指标 http://www.chvacuum.com/valve/01616.html 瓣阀安装在反应堆水池内约513m标高处的导流箱上。瓣阀浸没在反应堆水池的水面以下。按照CARR系统总体设计要求,对瓣阀的功能也提出了相应的要求。         自然循环瓣阀是中国先进研究堆工程(CARR)堆芯非能动余热排出系统的关键设备,对保证反应堆的安全具有重要意义。根据总体设计要求,该设备为非能动型<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀门</a>,即阀门的开启或关闭由系统内的压力变化来控制,不需要外界提供能源来驱动。瓣阀在结构形式上与旋启式止回阀类似,但二者的使用工况显著不同。止回阀的功能主要是防止管路中的流体介质发生倒流,而瓣阀内的流体介质无反向流动。瓣阀作为新型反应堆的专用部件,是一种特殊类型的自动阀门,需要专门研制。 瓣阀的功能要求和主要技术指标       瓣阀安装在反应堆水池内约513m标高处的导流箱上。瓣阀浸没在反应堆水池的水面以下。按照CARR系统总体设计要求,对瓣阀的功能也提出了相应的要求。       ①在反应堆强迫循环工况下(即主泵或应急泵运行情况下),瓣阀保持关闭状态。       ②在反应堆自然循环工况下,必须维持开启状态。       ③当上述两种工况改变时,瓣阀的开启和关闭动作应正确、灵活、可靠。      ④瓣阀在安装调试时应具有一定的调节能力,可通过粗调和微调机构,调整瓣阀关闭和开启时的所需压差值。      根据规定,瓣阀安全等级为SC -2级, 质保等级为QA1,规范Ⅱ级,适用规范为GB/T16702-1996C篇,抗震类别为I类(表1) 。 表1 　瓣阀主要技术指标 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/031G2353206.gif"><img height="261" alt="瓣阀" width="510" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/031G2353206.gif" /></a>  瓣阀真空阀门李晓钟中国核动力研究设计院 2009-01-03 17:07 电磁先导阀阀芯故障的分析及处理 http://www.chvacuum.com/valve/01615.html 介绍了电磁先导阀的工作原理, 分析了电磁先导阀阀芯磨损的原因, 论述了零部件结构改进方法。        田湾核电站主蒸汽系统的主蒸汽隔离阀前设有主蒸汽大气释放系统,以防止二回路主蒸汽系统超压,避免主蒸汽<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/11485.html">安全阀</a>的动作。主蒸汽大气释放系统中安装了先导式介质自驱动快速动作隔离阀,其先导阀为<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/01614.html">电磁先导阀</a>,该阀在机组热态试验及功率调试运行期间出现了阀芯磨损的故障,导致机组被迫停机进行缺陷处理,对整个试验的进程产生了严重影响。通过对故障部件的检查和分析,对其结构做了改进,使试验正常进行。        在一号机组进入热态试验及功率调试运行期间,由于二回路凝汽器缺陷导致真空无法建立,主蒸汽系统被隔离,使热态下蒸汽发生器产生的蒸汽无法向凝汽器排放,一回路无法保持温度和压力。在此情况下,大气释放<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/01613.html">隔离阀</a>起到了调节和保持热态时一回路温度和压力的作用。在此期间大气释放阀处于开启状态(先导阀处于持续排气的开启状态),当完成二回路消缺后准备预热蒸汽管线时,在关闭3#大气释放隔离阀时发现先导阀断电后无法关闭大气释放隔离阀的主阀。现场检查发现先导阀电磁头断电后其排放管线仍然有持续排气,导致主阀上腔压力无法升高因而主阀无法关闭。经分析,确定是先导阀产生了故障,根据运行规程,机组只能退出试运行状态,进行设备的检查和维修。 部件检查       首先对故障先导阀阀芯部件的调节螺钉、阀芯、阀杆和销钉做了检查。 调节螺钉         当采用10×放大镜低倍宏观分析先导阀阀杆顶部的调节螺钉时,发现其螺纹磨损严重,在磨损表面有许多的蚀点,并且螺钉下端与阀芯接触的顶部已磨平。当采用扫描电子显微镜进行微观形貌分析时,发现螺纹磨损表面有大小不等、形状不同的斑坑,斑坑放大后的显微形貌分析,斑坑是由基体的剥落所形成,存在磨粒及剥落磨屑的微观特征。        另外,局部区域有不连续、短距离的划痕。能谱分析结果表明磨损表面发生了金属迁移。金相分析还可知,调节螺钉横截面和纵截面的金相组织特征均为调质处理后的回火索氏体,其金相组织正常,在样品纵截面的外表层还可观察到沿螺钉轴向分布的形变流变组织特征。 阀芯       阀芯上部销孔磨损,销孔内侧有较为明显的被磨压形成的凹槽,微观形貌可见有磨屑磨粒及较短的划痕等特征,磨痕边缘为挤压辗平的金属磨屑形态。阀芯内腔底部与调节螺钉接触处,可见有明显的磨损痕迹,靠中间位置形成一圆形的凹坑,微观形貌可见有剥落及腐蚀微孔等显微特性。 阀杆       阀杆仅外圆表面有局部磨损,存在部分剥落现象,局部区域留下了与轴向基本平行的沟槽特征,可认为该阀芯与阀杆间存在周向相对运动。 销钉      销钉两端有明显的磨损及沟槽,表面有可见剥落及较短的划痕等显微特性。 原因分析       经检测,阀芯、阀杆、调节螺钉和销钉材料的化学成分均与设计技术要求一致。硬度测试结果显示,调节螺钉的硬度约为280HV, 阀芯硬度约为440HV, 阀杆硬度约为500HV, 销钉硬度约为550HV 。分析确定, <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀门</a>开启时阀芯等组件沿轴向产生微小振动及周向的相对微小转动,造成了销钉、阀芯销孔处以及阀杆外表面的局部磨损。对于调整螺钉的螺纹部位而言,宏观分析及微观分析表明,该部位主要为接触疲劳引起的失效。由于螺纹连接部位存在一定的间隙,在接触应力以及<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/leakhunting/">泄漏</a>引起的振动荷载作用下,金属表面的直接接触以及相对的运动,使硬度相对较低的螺杆螺纹表面产生剥落(能谱分析结果表明磨损表面发生了金属的迁移)。#p#副标题#e#       剥落的磨屑及基体脱落的粒子又使表面产生了磨料磨损,同时兼有腐蚀磨损等,导致了螺纹部的失效。由金相分析可知,螺纹部的外表层存在较明显的形变流变痕迹,表明该螺纹部位存在较大的应力作用。调节螺钉螺纹处的腐蚀麻点及腐蚀斑,加上先导阀长期开启后,其电磁头保持带电产生磁性,引起调节螺钉和阀杆材料之间电极电位存在差异,使调节螺钉螺纹处与阀杆之间的电化学腐蚀作用加速了螺纹处的失效。对于调节螺钉下端顶部而言,由于阀芯与调节螺钉电极电位存在差异,导致阀芯产生电化学腐蚀引起表面粗糙以及接触强度下降,因而导致调节螺钉下端顶部与阀芯接触面产生粘着磨损(能谱分析中也可看出磨损面上产生的金属迁移),随着泄漏引起的轴向振动载荷以及周向转动载荷的不断作用,较软的螺钉顶部将随着粘着磨损的进行不断削平,最终导致螺杆接触端面的失效。       部件的失效分析表明,失效不是由于单向高载荷引起的,而是一种循环载如振动)现象。 改进       为了消除阀芯组件的振动问题,其有效的方法就是在先导阀处于开启状态时,消除阀芯的自由活动性。因此对阀芯组件做了改进(图4)。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/021630211L9.gif"><img height="358" alt="" width="333" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/021630211L9.gif" /></a> 11 阀杆导向套　21 销钉　31 阀杆　41 阀芯　51 阀体　61 阀座 图4 　改进的阀杆阀芯结构      ①取消阀杆的上密封,将阀芯的筒体长度增加,以阀芯与阀杆套筒控制阀门的行程。      ②取消调节螺钉,不再通过调节螺钉来调节阀门的行程,避免材料不同引起电极电位差导致的电化学腐蚀。阀杆加长,顶部呈圆头,材料仍采用Inconel,与阀芯材料接近。      ③销钉直径由Φ3mm增加到Φ5mm,提高了强度,以便在阀门处于开启状态下将阀杆的力传递到阀芯上,将阀芯的上密封压紧在阀杆套筒上,防止阀门开启后阀芯在蒸汽流的情况下发生振动。阀门的行程则通过阀芯的筒体长度来调整,在先导阀组装初期,通过加工阀芯的倒密封端来控制行程,并控制先导阀的行程为负偏差,阀芯和阀座密封面研磨后,其行程取正偏差,这样即使阀芯和阀座密封面多次研磨后也能保证先导阀的行程在允许误差范围内。       阀芯组件改进后,通过热态试验台架对一个新结构的先导阀进行了500次的开关排放试验。试验完成后,对阀芯组件进行了解体检查,未发现振动造成的磨痕。又经现场实际运行3个月后解体检查,先导阀状态良好,未发现阀芯部件存在磨痕,证明已经消除了电磁先导阀不能长时间开启的缺陷。 结语      先导阀的阀芯组件改进后,消除了阀芯在气流情况下的振动问题,为保证机组的安全经济运行奠定了基础。 电磁先导阀阀芯振动磨损故障真空阀门周兴强江苏核电有限公司 2009-01-02 16:17 先导式大气释放隔离阀的工作原理 http://www.chvacuum.com/valve/01613.html 先导式大气释放隔离阀由一个带活塞腔的主阀和联通活塞腔的两个互为备用的电磁先导阀组成。        田湾核电站主蒸汽系统的主蒸汽隔离阀前设有主蒸汽大气释放系统,以防止二回路主蒸汽系统超压,避免主蒸汽<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/11380.html">安全阀</a>的动作。主蒸汽大气释放系统中安装了先导式介质自驱动快速动作隔离阀,其先导阀为电磁先导阀,该阀在机组热态试验及功率调试运行期间出现了阀芯磨损的故障,导致机组被迫停机进行缺陷处理,对整个试验的进程产生了严重影响。通过对故障部件的检查和分析, 对其结构做了改进,使试验正常进行。 隔离阀工作原理        先导式大气释放隔离阀(图1)由一个带活塞腔的主阀和联通活塞腔的两个互为备用的电磁先导阀组成。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/02151032Y35.gif"><img height="346" alt="大气释放隔离阀" width="421" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/02151032Y35.gif" /></a> 11MV电磁先导阀　21UPC阀芯活塞上腔　31 弹簧　41LPC下腔 51 阀芯　61 阀芯导向套　71 阀体 图1 　大气释放隔离阀         系统介质通过节流孔A进入隔离阀上腔,在<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/01613.html">电磁先导阀</a>关闭的情况下,上腔压力等于系统压力,上腔压力作用在活塞上产生向下的力压紧阀芯,从而使阀芯与阀座<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封</a>面精密贴合,阀门保持关闭。        当先导阀电磁头通电时,电磁头产生的提升力打开先导阀,将隔离阀上腔的介质排放掉,由于先导阀排放介质的速度大于从节流孔进介质的速度,上腔压力下降,下腔的作用力使阀芯快速打开。需要大气释放隔离阀保持开启状态时,电磁先导阀需要持续开启并将通过节流孔A进入上腔的系统介质排放掉。 隔离阀真空阀门周兴强江苏核电有限公司 2009-01-02 15:05 电磁先导阀的工作原理 http://www.chvacuum.com/valve/01614.html 调节螺钉能补偿阀芯阀座密封面的磨损, 阀芯有一定的活动度能补偿阀芯阀座密封面的不平行度, 起到良好的密封作用。        在电磁先导阀(图2)电磁头不通电的情况下(电磁头无输出力),弹簧的作用力作用在阀杆上,阀杆将阀芯压紧在阀座上并保持<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">密封</a>。当电磁头通电产生提升力,克服弹簧的力,将阀杆提起,阀芯脱离阀座,系统介质排放。        阀杆和阀芯由销钉和调节螺钉连接(图3),调节螺钉与阀杆采用螺纹连接,调节螺钉头部为球状,顶住阀芯内部,阀杆与阀芯通过销钉组成活动连接,因此阀芯有一定的活动度。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0215192L121.gif"><img height="541" alt="电磁先导阀" width="260" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0215192L121.gif" /></a> 11 阀杆　21 阀杆导向套　31 销钉　41 调节螺钉 51 阀芯　61 阀体　71 阀座 图3 　阀杆阀芯结构        调节螺钉能补偿阀芯阀座密封面的磨损,阀芯有一定的活动度能补偿阀芯阀座密封面的不平行度,起到良好的密封作用。<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/10275.html">电磁阀</a>的行程由阀杆的倒密封与阀杆导向套之间的距离控制。导向套和阀芯材料为InconelX750,调节螺钉材料为X35CrMo17,阀杆材料为Inconel718,销钉材料为X17CrNiA117.7。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0215194SL2.gif"><img height="351" alt="阀杆阀芯结构" width="286" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0901/0215194SL2.gif" /></a>   11 阀位指示器　21 电磁头　31 轭架　41 弹簧 51 阀杆阀芯组件　61 阀体　71 阀座 图2 　电磁先导阀 电磁先导阀真空阀门周兴强江苏核电有限公司 2009-01-02 15:13 无栅网离子源的工作原理 http://www.chvacuum.com/application/film/12612.html 无栅网离子源的工作原理类似于磁控溅射,阳极偏压在磁力线束缚电子的区域产生高密度等离子体(high ne ionization region),离子的飞行轨迹不受磁场的影响,在偏压VDC作用下加速向阴极飞行,在开口处形成能量为VDC离子束,而其他的离子则在阴极上产生溅射,这样降低了束流密度,          常用的离子源(如<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/12609.html">kaufman离子源</a>)都需用栅网组成的离子光学系统来从等离子体中引出并加速离子形成具有一定能量的准直或发散的离子束。因此需要四组以上的电源来实现等离子体的产生,栅网系统的偏压和提供中和电子等。由于离子对栅网的溅射会侵蚀栅网系统并污染工艺过程,同时不利于获得大面积的离子束。而无栅网离子源可以完全克服上述问题。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/311639364T3.gif"><img height="460" alt="" width="491" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/311639364T3.gif" /></a>  表2 传统离子源和无栅网离子束源优缺点比较         无栅网离子束源是1997年由AE公司首先实现商品化的新型离子源,目前包括美国的Vecco,德国的IOM公司,英国的Vacutron技术公司生产此类产品。与kaufman等传统离子源相比,无栅网离子源没有灯丝或空心阴极这样的电子发射结构,未采用栅网来对离子加速至所需能量,仅用一套电源获得的阳极偏压来实现离子的产生、加速和等离子体中电子的返回路径。这样使之具有结构简单、价格低廉、便于维护,与反应气体兼容,并易于获得大面积的离子束等优点。        无栅网离子源的工作原理类似于<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/0825.html">磁控溅射</a>(如图5(a)示),阳极偏压在磁力线束缚电子的区域产生高密度<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/">等离子体</a>(high ne ionization region),离子的飞行轨迹不受磁场的影响,在偏压VDC作用下加速向阴极飞行,在开口处形成能量为VDC离子束,而其他的离子则在阴极上产生溅射,这样降低了束流密度,并破坏了阴极。而图5(b)的设计很好的消除了阴极溅射,使等离子体中的大多数离子形成离子束。软铁制成的阴极本身就是磁极,这样离化区域就限制在了磁极间隙W(2～4mm) 范围内,离子产生和加速发生在阴极(由不锈钢构成)附近,由于电场强度比较大,离子产生之后就会在下一次碰撞之前飞出放电区域,这样离子大都是单电荷。在磁极间隙的狭缝中磁场必须足够强,以限制电子横向运动,控制低压下辉光放电随电子漂移的浓度。电子拉莫尔半径要明显小于磁隙宽度W,以保证电子向阳极的缓慢漂移,离子拉莫尔必须大于磁隙宽度保证离子在电场中的加速,以此获得较小束散角的离子束。       为了限制离化区域,放电的沟道长度λ要远远小于沟道宽度W,阴极边缘设计为一定的斜度来降低对阴极溅射。一般情况下,增加气体压力可以增加离化几率,进而增加束流密度。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/3116394YP7.gif"><img height="183" alt="" width="432" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/3116394YP7.gif" /></a>  图5 漂移限定的无栅网离子源的工作原理 无栅网离子源真空镀膜王旭迪合肥工业大学机械与汽车工程学院 2008-12-31 16:31 电子回旋共振(ECR)离子源的工作原理 http://www.chvacuum.com/application/film/12611.html ECR离子源微波能量通过微波输入窗(由陶瓷或石英制成) 经波导或天线耦合进入放电室, 在窗上表面的永磁系统产生的高强磁场作用下, 放电室内的气体分子的外层电子做回旋运动。       ECR离子源如图4所示,微波能量通过微波输入窗(由陶瓷或石英制成)经波导或天线耦合进入放电室,在窗上表面的永磁系统产生的高强磁场作用下,放电室内的气体分子的外层电子做回旋运动,回旋角频率为: ωe= eB/m(3)        当ωe和外施微波角频率相等时,为共振状态,运动电子能从微波中不断地、有效地接受能量提高<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/12605.html">电子温度</a>,使气体电离。在低气压时,电子在与气体分子或原子相邻两次碰撞之间回旋次数可能更多,而每回旋一次的能量就增加,因此也可以获得较高密度的等离子体。电子从微波中的能量来自与外磁场方向成右手极化的波中获得。外磁场还有助于电子和离子的约束,以及离子的引出。微波输入窗是ECR的关键部件,它不仅用于<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/seal/">真空密封</a>,防止反向电子的轰击,而且在微波输入与等离子体之间起着极为重要的阻抗匹配作用。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31162445TJ.gif"><img height="185" alt="ECR离子源" width="409" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31162445TJ.gif" /></a>  图4 ECR 离子源原理       表1对以上讨论的离子源进行了比较。可以看出, 灯丝寿命短、稳定性差、污染及其与反应气体兼容性差是Kaufman离子源的缺点,<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/12610.html">RF和ECR离子源</a>解决了这些问题,虽然在反应气体工作时也会在放电室内部和栅网上产生碳氟沉积,但可以在工作间隙通入氧气或者一氧化碳等“清洗气体”(cleaning gas)加以去除。 表1 常用离子源的比较 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31162512C58.gif"><img height="439" alt="" width="497" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31162512C58.gif" /></a>  ECR离子源真空镀膜卢景景合肥工业大学机械与汽车工程学院 2008-12-31 16:20 RF-CCP(电容耦合) 和RF-ICP(感应耦合)离子源的结构原理 http://www.chvacuum.com/application/film/12610.html 电容耦合方式是由接地的放电室(由复合系数很小的材料如石英做成)和引入的驱动电极作为耦合元件，射频ICP源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边,当通过匹配网络将射频功率加到线圈上时,线圈中就有射频电流通过,于是产生射频磁通。 RF-CCP(电容耦合)离子源        如图2所示,电容耦合方式是由接地的放电室(由复合系数很小的材料如石英做成)和引入的驱动电极作为耦合元件。驱动电极上镀有溅射产额较低的陶瓷材料以减少离子的对阴极材料的溅射。当与电源接通后,在放电室和驱动电极之间产生高频电场,自由电子在此作用下做上下往复运动,并激发放电。由于电子的自由程远大于<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/else/12526.html">放电</a>室的尺寸,因此主要靠它们从管壁上打出的二次电子而获得倍增,后者成为这种放电的维持者,而由气体电离所产生的二次电子将起次要作用。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31154045CL.gif"><img height="138" alt="射频电容耦合离子源" width="393" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31154045CL.gif" /></a>  图2 射频电容耦合离子源        电容耦合产生的几百伏的鞘层电压,会导致放电室内部元件的快速溅射,同时影响离子轨迹,使离子束均匀性和准直性变差。 RF-ICP(感应耦合)离子源        射频ICP源的发射天线绕在电绝缘的石英放电室外边,当通过匹配网络将射频功率加到线圈上时,线圈中就有射频电流通过,于是产生射频磁通,并且在放电室内部沿着轴向感应出射频电场,其中的电子被电场加速,从而产生等离子体,同时线圈的能量被耦合到等离子体中。等离子体产生区的等离子体能量为 Ep=nekTeV(2)        其中,ne=ni为<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/09187.html">电子密度</a>,考虑到引出面上的等离子体是由等离子区中心扩散过来的,这里的扩散速度要比引出速度低得多,即平均等离子体密度要比引出面上高得多;Te为等离子体电子温度;V为等离子体体积。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/3115411J944.gif"><img height="194" alt="射频感应耦合离子源" width="425" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/3115411J944.gif" /></a>  图3 射频感应耦合离子源原理(a)和结构剖面图(b)        图3是Vecco公司典型射频ICP离子源的原理和剖面图,石英放电室外面是水冷的螺旋射频线圈,低能电子沿着平行放电室壁方向做螺旋线运动,被感应耦合电场加速,这样减小了电子损耗,增加了电离几率。为了保证等离子体的均匀性,气体被石英扩散器沿周向引入放电室,由于离子束流密度直接与等离子体密度和电子温度均方根成正比,根据螺旋射频线圈和射频趋肤效应(skin effect),温度较高的电子分布在放电室壁外周,补偿了因放电室壁处等离子密度的减小,有利于提高离子束的均匀性和准直性。 RF-CCP 电容耦合 RF-ICP 感应耦合离子源真空镀膜卢景景合肥工业大学机械与汽车工程学院 2008-12-31 15:25 Kaufman低能宽束离子源的结构原理 http://www.chvacuum.com/application/film/12609.html Kaufman离子源是由阴极(Cathode)、阳极(Anode)、栅极(Grids)、放电室圆筒构成气体放电室(Discharge Chamber),栅极构成离子光学系统。        Kaufman 离子源是最早出现、最基本的离子源,原理结构如图1所示,阴极(Cathode)、阳极(Anode)、栅极(Grids)、放电室圆筒构成气体放电室(Discharge Chamber),栅极构成离子光学系统。放电室筒外设置磁铁,通过磁路使磁力线穿过放电室,磁力线从阳极向栅极方向发散并布满栅极,栅极极靴收集磁力线回到磁铁。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31145513A02.gif"><img height="135" alt="Kaufman离子源" width="399" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/31145513A02.gif" /></a>  图1 Kaufman 离子源工作原理        阴极材料由电子发射性能较好的难熔金属W或Ta构成,发射的原初<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/09187.html">电子密度</a>由灯丝的温度(即阴极电流)控制。<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/vacuum-measure/gauge/09168.html">热阴极</a>在阳极电场作用下发射电子,由于阳极前有磁力线横过,阴极发射的绝大部分原初电子不能直接打到阳极,只有沿着磁力线可直达阳极的小部分原初电子和大量的低能、回旋半径较大的麦氏电子才能被阳极吸收。原初电子被限制在阴极平面、与阳极直接相交的磁力线和屏栅围成的边界内,这个区域称为原初电子区。阴极发射的原初电子可在此进行有效的电离过程,因此等离子体也基本限制在这个区域内。       放电室中产生的离子向所有的边界扩散,并且在等离子体与栅极附件形成弓形离子鞘,经栅极离子光学系统加速引出放电室形成离子束。        Kaufman离子源具有较宽的工作状态,在Ar作为工作气体时,阴极灯丝具有较长寿命和较稳定的工作状态。但是灯丝的消耗会对基片带来污染,而使用氧气和反应气体时,兼容性差,灯丝寿命和稳定性会大大下降,同时产生的C、F 沉积构成的绝缘层会导致离子源不能正常工作。 Kaufman 离子源真空镀膜王旭迪合肥工业大学机械与汽车工程学院 2008-12-31 14:50 真空容器充气时间计算公式 http://www.chvacuum.com/systemdesign/12607.html 真空容器充气时间的计算, 徐树深、夏正勋均推导出了真空容器充气时间的计算通式。本文从壅塞流的角度, 认为徐树深等的公式仅适用于亚音速充气。本文给出了判别音速充气与亚音速充气的临界压力, 并推导出了音速充气与亚音速充气时间的计算公式、简易计算式。        真空冷冻干燥结束时,需充气取出工件。向真空容器内充气时间的计算,真空技术网曾经给出了计算公式。作者在利用这些公式计算充气时间时发现了不合理的现象: 充气过程开始慢、中间快、结束时慢,因此对这些公式的适用范围产生了质疑。本文从壅塞流的角度,认为真空技术网提供的公式仅适用于亚音速充气过程,并推导出了音速充气与亚音速充气时间的计算公式、简易计算式,供大家参考、讨论。 壅塞流简介       当通过<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀孔</a>向真空容器内充气时,给定气源压力为大气压,真空容器内<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/tools/pressure.php">真空度</a>越高,流速越大,当流速达到音速时,会产生压力突变, 流速不再随真空容器内真空度的升高而增加,保持音速充气。 真空容器充气时间计算        研究表明,当气源压力与真空容器内压力之比大于临界压力比时,充气过程为音速充气过程,反之则为亚音速充气过程。对于空气,临界压力比约为1.9(1/0.525)。真空冷冻干燥过程结束时的充气可视为气源压力为101325Pa,容器压力为0.5Pa的充气过程。压比远大于临界压力比,因此,此充气过程为先音速充气,后亚音速充气。容易证明,大气压下的空气通过阀孔流入真空容器时,不论真空容器内的压力如何改变,流动状态只能是<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/systemdesign/10255.html">粘滞流</a>。在粘滞流状态下,气体流经小孔的流量为 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TF94F0.gif"><img height="88" alt="" width="496" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TF94F0.gif" /></a>  式中A—— —充气阀孔截面积,m2 Pa—— —大气压力,Pa P2—— —真空容器内压力,Pa K—— —绝热指数,取k=1.4 R—— —气体常数,8.3143J/(K.mol) M—— —气体摩尔质量,kg/mol T—— —气体温度,K Q—— —流量,Pa.m3/s 真空状态下流量公式为 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TH2PC.gif"><img height="51" alt="" width="361" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TH2PC.gif" /></a>  式中P—— —容器压力,Pa V—— —气体体积,m3 t—— — 时间,s 音速充气所需时间 音速充气时,充气流量为定值,由式(2)知容器压力与充气时间成线性关系。因此可以很容易的推导出音速充气时间计算公式: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TIB411.gif"><img height="57" alt="" width="362" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TIB411.gif" /></a>  式中t —— —充气时压力由P0上升到P所需时间,s P0—— —真空容器充气前初始压力,Pa P—— —真空容器充气后压力,Pa Qc—— —音速状态下流量,Pa.m3/s 对于20℃的空气,P0= 0.5Pa可得到简易计算式: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TR04504.gif"><img height="64" alt="" width="400" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TR04504.gif" /></a>  当然式(4)成立的条件是P/Pa≤0.525。 对于式(4),令P=0.525Pa,就得到音速充气的总时间: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TS2Q06.gif"><img height="53" alt="" width="357" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TS2Q06.gif" /></a>  亚音速充气所需时间 对于亚音速充气过程,由式(1)可知,充气流量与真空容器内压力有关,但某一时刻,流量可视为定值,因此可用积分求取。式(2)的微分形式可表示为: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TT53B7.gif"><img height="52" alt="" width="351" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TT53B7.gif" />#p#分页标题#e#</a>  两边定积分可求得亚音速充气时间公式为:  <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TZc446.gif"><img height="92" alt="" width="484" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301TZc446.gif" /></a> 式中V—— —真空容器容积,m3 A—— —充气回路合成有效截面积,m2 Pc—— —临界压力,取0.525Pa 由式(7)可以得到20℃,101325 Pa 的空气气源亚音速充气总时间: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T9242403.gif"><img height="58" alt="" width="357" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T9242403.gif" /></a>  充气总时间 综上所述,充气时间是一个分段函数。对于20℃,101325Pa的空气源,时间-压力关系可表示为: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T939BF.gif"><img height="117" alt="" width="487" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T939BF.gif" /></a>  真空容器从0.5Pa充气到101325Pa的时间为: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T94DL3.gif"><img height="45" alt="" width="331" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301T94DL3.gif" /></a>  真空充气时间壅塞流系统设计王成生伊马爱德华北京制药系统有限公司 2008-12-30 18:39 真空容器充气时间计算实例 http://www.chvacuum.com/systemdesign/12608.html 两种计算方法在充气后半部分(真空容器压力大于临界压力)充气速率几乎相等。而刚开始充气时相差较大。当未考虑壅塞流时,刚开始充气时压力每上升1333.22Pa充气时间超过200s,随后逐步缩短到10s左右,这显然不符合常理。从而证明了本文计算公式的合理性。       根据文献徐树深.<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/systemdesign/12607.html">真空容器</a>充气时间计算[J].真空,2000(2):10-12.和夏正勋.向真空室内充气时间的计算[J].真空,1982(04):31-33.的充气时间计算公式为: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z51N139.gif"><img height="78" alt="" width="438" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z51N139.gif" /></a>       对于20℃空气气源的简易计算公式为: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z5415063.gif"><img height="50" alt="" width="342" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z5415063.gif" /></a>        这里以伊马爱德华生产的25m2的Lyofast<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/12601.html">冻干机</a>为例进行计算比较。这里: V=11.93 m3,<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z5504615.gif"><img height="54" alt="" width="347" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z5504615.gif" /></a> 。计算结果见图1、图2。为方便表达,将文献[1],[2]的计算方法简称为未考虑壅塞流, 本文推导的计算方法简称为考虑壅塞流。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z60191S.gif"><img height="290" alt="充气过程压力- 时间曲线" width="458" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z60191S.gif" /></a>  图1 充气过程压力-时间曲线 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z61W030.gif"><img height="266" alt="充气过程压力上升1cmHg所需时间" width="450" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/301Z61W030.gif" /></a>  图2 充气过程压力上升1cmHg所需时间        由图2可知,两种计算方法在充气后半部分(真空容器压力大于临界压力)充气速率几乎相等。而刚开始充气时相差较大。当未考虑壅塞流时,刚开始充气时压力每上升1333.22Pa充气时间超过200s,随后逐步缩短到10s左右,这显然不符合常理。从而证明了本文计算公式的合理性。        由图1可知,未考虑壅塞流,总充气时间为1400s左右,而考虑壅塞流时,总充气时间为1000s左右。实际测试的充气时间为1200s左右。这可能是由下列原因引起的:      (1) 假定充气过程为绝热充气。实际充气过程是一个多变过程,这样绝热指数k就变成了多变指数。      (2) 假定气源温度与容器温度相等。当容器温度低于气源温度时,充气时间稍长;当容器温度高于气源温度时,充气时间稍短。     (3) 实际充气过程<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/material/pipeline/">管路</a>较长、<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/valve/">阀门</a>、弯头较多,在计算合成有效截面积A时可能存在误差。 真空容器充气时间系统设计赵国胜伊马爱德华北京制药系统有限公司 2008-12-30 18:57 等离子体在任意强度的直流电场中电子分布函数的演化以及产生电流的过程 http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/12606.html 等离子体在电场中需要一个响应时间来产生电流，同时撤销电场后电流的衰减也需要一个驰豫时间；同时发现在不同强度的电场中等离子体的行为存在着明显的差别。       通过Fokker-Planck数值模拟，我们研究了等离子体在任意强度的直流电场中电子分布函数的演变过程以及产生电流的过程。       研究发现等离子体在电场中需要一个响应时间来产生电流，同时撤销电场后电流的衰减也需要一个驰豫时间；同时发现在不同强度的电场中<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/">等离子体</a>的行为存在着明显的差别：        在弱电场中，电子分布函数近似满足静止的Maxwellian分布，电流与电场满足线性的Spitzer公式，且产生电流的响应时间几乎等于驰豫时间；       在强电场中，电子分布函数近似满足漂移Maxwellian分布，此时模拟和试验观察得到的电导率远远小于Spitzer公式的预测值；       而在中等强度的电场中，电子分布函数则呈现为一静止Maxwellian分布和另一漂流Maxwellian分布之和。       根据电子分布函数的演变规律，我们推导了一组类似于流体力学方程的公式，这组公式像Spitzer公式一样简便地描述了等离子体中电流与电场的关系，并且对电场强度没有限制。对惯性<a href="http://www.ipp.ac.cn">约束可控核聚变</a>的快点火方案中快电子束的输运过程的模拟显示这组方程比Spitzer公式更适合于描述此过程中激发的直流电场与其产生的回流之间的关系。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/292023195B2.gif"><img height="322" alt="" width="686" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/292023195B2.gif" /></a>  等离子体电子分布等离体物理翁苏明 CPS2008秋季学术会议 2008-12-29 20:21 电子温度涨落观测及锯齿重联的二维高时空演化成像 http://www.chvacuum.com/cps2008/dengliziti/12605.html 国内第一套128道二维电子回旋辐射成像诊断（ECEI）系统，在HT-7超导托卡马克上开展了湍动的电子温度涨落和锯齿振荡(不稳定) 诱发的温度涨落的实验研究。 国内第一套128道二维电子回旋辐射成像诊断（ECEI）系统，在HT-7超导托卡马克上开展了湍动的电子温度涨落和锯齿振荡(不稳定) 诱发的温度涨落的实验研究。在这些研究中，取得的重要物理结果有:  (1)在低密度欧姆加热等离子体中，观测到宽带温度涨落具有电子漂移漂湍流的特征，且其相对幅度随电子温度梯度的增大而增大; (2) 在高密度欧姆加热等离子体，观测到电子模和离子模湍流共存的迹象, 虽然,在电子密度涨落中有过这类共存现象的报道,但在电子温度涨落中这种类似现象的发现是首次; (3) 在发生锯齿不稳定性期间，二维的电子温度锯齿振荡的高时空演化测量发现，锯齿破裂时电子温度的演化特征，与气球模及完全重联的重联模型的预言部分一致,首次观测到在锯齿破裂之前的q=1面附近,存在多个磁岛, 并且观测到m=2/2的双磁岛重联复合为m=1/1的磁岛的过程.  *得到国家自然科学基金重点项目1033 5060，1023 5010, 中国科学院创新方向项目, 和教育部211工程项目课题经费的支持。 电子回旋辐射成像诊断 ECEI 等离体物理徐小圆 CPS2008秋季学术会议 2008-12-29 20:17 磁控溅射法镀制红外低辐射膜的光热性能 http://www.chvacuum.com/application/film/12604.html 本文对薄膜的节能原理、制备方法、膜层结构及其光学、热学性能进行了综述, 较详细地论述了目前低辐射薄膜研究中较为突出的金属银氧化和介质层增透的问题。 <h2>红外低辐射膜的光学性能</h2>         光学性能是衡量红外低辐射薄膜质量好坏的重要指标,它主要包括可见光区域的透过率和红外区域的反射率。单银膜的可见光透过率要比双银膜高,而且在红外线范围内,它的透过率也比双银膜高,故其红外反射效果不如双银膜。图3是单银膜(B)和双银膜(A)透光性的比较。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/29192320WX.gif"><img height="204" alt="单银膜和双银膜的光谱" width="426" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/29192320WX.gif" /></a>  图3 单银膜(B)和双银膜(A)的光谱        为了进一步改善原有Low-E玻璃的可见光透过率,C.Schaefer 等人采用高折射率的<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/12592.html">TiO2</a>来代替SnO2、ZnO 或ITO 作为Low-E膜的介质层,同时在金属银上面镀Ti阻挡层。这样制备的红外低辐射薄膜在可见光区最高透过率可达82%以上,红外区域的平均反射率达90%左右。 <h2>红外低辐射膜的热学性能</h2>        热学性能也是红外低辐射薄膜的一项重要指标,热学性能参数很多,其中主要有传热系数(U值)、遮阳系数(SC)等。U 值是指在单位温差下单位面积窗户所传递的热量,而SC值是指通过玻璃组件太阳辐射能与通过3mm普通透明玻璃太阳辐射能的比值,它们分别表征了玻璃组件的保温性能和对太阳能辐射的屏蔽性能。表1列出了目前较优的Low-E玻璃和普通玻璃的U值及SC值。 表1 Low-E玻璃和普通玻璃的U值及SC值 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291923592K8.gif"><img height="313" alt="" width="475" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291923592K8.gif" /></a>  注: Low-E内、外分别指靠近室内和室外的镀膜面。        由表1可见,Low-E膜能起到很好的遮阳保温效果,并且镀在玻璃的不同表面效果也不一样。外层玻璃内表面<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/">镀Low-E膜</a>的U值要比镀在外表面的好。外层玻璃镀Low-E膜在降低SC值方面要比内层玻璃好一些,McEvoy ME等人的实验也证实了Low-E膜所镀的位置对玻璃组件的热学性能有着明显的影响。 红外低辐射膜光热性能真空镀膜辛荣生郑州大学材料科学与工程学院 2008-12-29 19:13 红外低辐射膜的典型膜层结构 http://www.chvacuum.com/application/film/12603.html 低辐射薄膜的中间金属层起着反射红外线的重要作用,一般选用银,因它在对红外光具有较高反射率的同时,对可见光还具有较高的透射率,按银膜的数量可分为单银膜、双银膜和多银膜,每层银膜厚度一般在10~18nm之间。        目前采用磁控溅射法制备的红外低辐射膜的典型膜层结构如图1所示。低辐射<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/">薄膜</a>的中间金属层起着反射红外线的重要作用,一般选用银,因它在对红外光具有较高反射率的同时,对可见光还具有较高的透射率,按银膜的数量可分为单银膜(图a) 、双银膜(图b)和多银膜,每层银膜厚度一般在10~18nm之间。但由于银膜的稳定性较差,尤其是在溅射的条件下容易氧化,所以目前研究的热点是如何保护银层在溅射镀膜和后期使用中不受破坏。现在的膜设计一般是在银上面增加阻挡层,如NiCr合金、Ti金属薄层等，以防止银氧化。还有研究发现银靶中掺Pd,可以大大提高银的抗潮能力; 银靶中掺Au,可以提高薄膜的抗氧化性能。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291ZKR4C.gif"><img height="234" alt="低辐射薄膜" width="445" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291ZKR4C.gif" /></a>  图1 低辐射膜膜系的典型结构         为了保护金属膜,在金属膜的两侧需要镀介质膜,如ITO、ZnO、TiO2 膜等。内侧介质膜用来提高银与玻璃表面的附着力,同时兼有调节膜系光学性能和颜色的作用。外层介质膜既是减反射膜也是保护膜,有时也称它为增透膜。两侧的介质膜厚度都小于四分之一光学波长,通常在30~70nm范围内。并且,介质膜的折射率越高,整个膜系的透射率也越高。          因TiO2的折射率较高(为2.5 左右) ,且有光催化活性,故常选择TiO2作介质层。不过,作为增透膜的TiO2介质层虽有保护作用,但它的硬度并不很高,在近几年的膜设计中,也出现了增透层加镀顶层膜的方法,选择诸如Si3N4、SiO2等材料作顶层膜, 以增加低辐射薄膜的强度、化学稳定性、耐磨性和耐蚀性等。 低辐射薄膜膜层结构真空镀膜辛荣生河南教育学院化学系 2008-12-29 16:24 红外低辐射薄膜的节能原理 http://www.chvacuum.com/application/film/12602.html 膜层的电导率σ值越大, 它对入射光的反射率越大; 电磁辐射的频率υ越小(或波长越大) , 膜材料的反射率越大。所以, 导电薄膜对波长较大的红外线具有高反射性。        红外低辐射薄膜是在近几十年才得到大力发展的一种材料,因它对可见光具有较高的透射率,且对红外光、特别是6~15μm的远红外光具有较高的反射率,所以可同时具备隔热、保温和采光等功能。用低辐射薄膜装配门窗、高级建筑物的幕墙可以减少室内冬季取暖和夏季空调等设备的能量消耗,并且有利于环境保护,因此红外低辐射膜在建筑行业和汽车工业可得到广泛的应用。       低辐射薄膜(Low-E膜)的制备方法可分为在线法和离线法两大类。在线法是指在浮法玻璃生产线上利用高温热解法镀低辐射膜玻璃。离线法是指在玻璃下线以后,用<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/11472.html">磁控溅射</a>等方法在玻璃表面镀低辐射膜的方法,因离线膜的光学性能和热学性能要比在线膜好,更能满足应用需要,所以目前对离线膜的研究比较多。        研究者们在用磁控溅射法制备红外低辐射薄膜方面开展了许多工作,最近几年,用该方法分别在玻璃和柔性衬底上镀制红外低辐射薄膜发展的很快。本文根据国内外的研究现状,对磁控溅射制备<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/film/">红外低辐射膜</a>的工艺方法、膜层结构与性能及其节能原理进行综述性的介绍。 低辐射薄膜节能原理 根据膜层的反射率R与其折射率n和吸收系数k的关系: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2916143Q055.gif"><img height="32" alt="" width="356" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2916143Q055.gif" /></a>  通过求解麦克斯韦电磁场方程, 可以得到导电膜层的反射率: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291614461164.gif"><img height="37" alt="" width="261" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/291614461164.gif" /></a>        由此可见,膜层的电导率σ值越大,它对入射光的反射率越大;电磁辐射的频率υ越小(或波长越大),膜材料的反射率越大。所以,导电薄膜对波长较大的红外线具有高反射性。另外,当一个薄膜表面受到电磁辐射时,除了反射(R)外,还有吸收(A)、透射(τ),它们之间有A+R+τ=100%的关系。而物体吸收热量后还会再发射出去,称之为热量的电磁辐射,用发射率或辐射率E表征。基尔霍夫定律指出:在热平衡条件下,物体发射的辐射功率必等于它吸收的辐射功率,即在热平衡时E=A,所以有: <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2916145I314.gif"><img height="36" alt="" width="205" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2916145I314.gif" /></a>        可见,具有红外高反射率的薄膜,也就是红外低辐射薄膜,它能阻止室内物体热量的流失,这时τ≈0,E≈(1-R) 。因为根据维恩定律,物体最大热辐射率的波长λmax与绝对温度T之间有如下的关系:  <a target="_blank" href="/uploads/userup/0812/2916151X929.gif"><img height="39" alt="" width="264" border="0" src="/uploads/userup/0812/2916151X929.gif" /></a>        代入T = 293 K,得λmax =9.89 μm。实际上当室内物体温度为293K(20℃)时,室内物体辐射的红外线能量大部分是落在3~10μm的波长范围内,低辐射薄膜对物体这个波长范围的热辐射能正好具有高反射性,因此将该膜镀在窗玻璃上冬季可以阻止室内物体热量通过窗户流出室外。同样,镀有低辐射膜的窗玻璃夏季也能阻挡室外红外辐射热量流入室内。        这些就是低辐射薄膜的保温隔热原理,这种节能的方式不论对于玻璃还是柔性透明PET衬底都是一样的,镀膜本身并不改变玻璃或者PET的性质,但膜却能反射红外辐射。这也是为什么将透明柔性衬底低辐射薄膜贴在玻璃上也能起作用的原因。       根据太阳光谱能量分布可知,太阳辐射能量的97%集中在波长0.3~2.5μm的范围内,当膜层很薄时,这个波长范围的光一般还是能够透过薄膜的。因此用低辐射薄膜装配门窗玻璃,对采光的影响不大。 低辐射薄膜节能原理真空镀膜辛荣生郑州大学材料科学与工程学院 2008-12-29 16:10 影响土壤源热泵空调系统节能特性 http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/12586.html 土壤源热泵空调系统具有节能、环保的优点。通过比较土壤源热泵系统与风冷热泵系统的耗能量和土壤源热泵系统如何有效地利用地表热能两个方面,分析了土壤源热泵系统节能的原因并提出了影响其节能特性的因素。         土壤源热泵是把地表土壤作为热源的,要了解土壤源热泵的节能特性就需要了解地表土壤的热特性。大地土壤中蕴藏着丰富的低温地热,虽然与深层的高品味能量相比,浅层土壤热能品位要低,但可采集利用的量很大。浅层土壤就像是一个巨大的太阳能集热器,其吸收47%的太阳照射在地球上的能量和地心热综合作用下形成了一个相对恒温层,这个层大约在地面以下30~500m之间,它的温度接近全年的地表平均温度,温差波动在较深的地下消失,它储存了取之不尽、用之不竭的低温可再生能源,这种能源被称为浅层低温地热能。其温度会随着地下深度和气候不断地变化,变化情况如图3所示 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2014100W531.gif"><img height="279" alt="地下温度变化" width="395" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2014100W531.gif" /></a>  图3 　地下温度的变化情况        <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/12584.html">土壤源热泵</a>就是充分利用了这种浅层低温地热能,通过地埋管土壤换热器系统与大地交换热量,交换过程中的主要问题是需解决土壤冬夏季吸热和放热的平衡性。如果热量的取用不平衡,必然造成土壤的蓄热性变差。因为土壤与地下换热器进行热交换后,土壤内部也将进行不稳定的地传热,因此系统的性能与土壤性能是紧密相关的。        土壤的性质随着地区的不同和季节的变化而异,不同的土壤作为热泵的低温热源的不同情况,目前还难以作出优劣的评价。影响这个传热过程的主要因素有两个:一是传热面积;二是土壤的热力参数,包括土壤的热工特性、大地的平均温度、土壤的含水率、土壤的密度、土壤的容积热容量,热<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/steam/09147.html">扩散</a>率和地下渗流等。 热工特性        热工特性主要包括导热系数、容积热容量和热扩散率等。其中导热系数表示土壤传导热量能力的一个热物理特性指标,土壤的容积热容量表征土壤的蓄热能力,而热扩散率则表征土壤温度场的变化速度。导热系数、容积热容量、扩散率因土壤成分、结构、密度、含水量的不同有异,并随着地区不同和季节的变化而变化。在同一地区,土壤的放热量是土壤吸热量的80%。 大地的温度        对大地土壤温度情况的了解是很重要的,因为大地与地埋管中的循环水之间的温差驱动热量传递,大地温度接近全年的地表面平均温度。根据测定,10m深的土壤温度接近于该地区全年平均气温,并且不受季节的影响。在0.3m深处偏离平均温度为±15℃,在3m 深处为±5℃,而在6m 深处为±1.5℃,温差波动在较深的地方消失。根据资料记载,平均地下温度在60m 深度以下视为恒定。土壤越深,对热泵运行越有利。 含水率        土壤的含水率是影响传热能力的重要因素,但水取代土壤微粒之间的空气后,它减小微粒之间的接触热阻提高了传热能力。土壤的含水量在大于某一值时,土壤导热系统是恒定的,称为临界含湿量;低于此值时,导热系数下降。在夏季制冷时,热交换器向土壤传热,热交换器周围土壤中的水受热被驱除。如果土壤处于临界含湿量时,由于水的减少使土壤的传热系数下降,恶性循环,又使土壤的水分更多地被驱除。土壤含水率的下降,土壤吸热能力衰减的幅度比土壤放热能力衰减的幅度相对较大。所以在干燥高温地区采用地耦管要考虑到土壤的热不稳定性。在实际运行中,可以通过人工加水的办法来改善土壤的含水率。        我国北方地下水位较高和冷负荷较小的地区,土壤的含湿量将保持在临界点以上,可以认为大部分地区全年都是潮湿土壤。有关资料记载,大地下各种固体介质的热工参数如表2 所示,可作为不同土层结构导热系数大小比较的参考。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/201410513430.gif"><img style="WIDTH: 659px; HEIGHT: 176px" height="211" alt="" width="1030" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/201410513430.gif" /></a> 地下水的流动          地下水的渗流对加强大地的热传递有明显的效果。实际上,大地的地质构造很复杂,存在着松散的粘土层、砂层、沉积岩层、空气和水层等。由于地球构造运动,各岩层又出现褶皱、倾斜、断裂现象。降雨渗入土质层,在重力作用下,向更深层运动,最后停留在不透水层。地下水在空隙中流动以形成渗流,水的流动不但能进行传导传热并且又能进行对流传热。若地下水渗流流速>8mm/h 时,就可按水的传热来计算。 结　语 1) <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/jixie/12585.html">土壤源热泵空调系统</a>的节能、环保的优点主要是由于其机组的冷热源是地表热能,运行不受环境条件制约,节省了空间,改善了建筑物形象。 2) 土壤源热泵空调系统的性能系数比普通空调系统有较大提高,且设备集中、性能良好,具有较好的可行性。 3) 土壤源热泵空调系统的节能特性主要受制于地下换热器的传热面积和土壤的热力参数。可以通过开发换热效率较高的地下换热器、采用混合式的<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/pumps/">土壤源热泵机组</a>(即把地下埋管系统和冷却塔系统或其他的冷却系统结合起来)等方法来加以改善,使土壤源热泵机组有更好的使用前景。 土壤源热泵地表热能风冷热泵节能机械真空泵蔡颖玲上海工程技术大学机械工程学院 2008-12-20 13:50 射频识别系统在冻干工艺的应用 http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/12601.html 按照冻干工艺的需要,在射频卡中写入物料的种类、形状、分切方式、冻干层厚度、面积、加热方式、搁板层数等相关参数,再把射频卡贴在需要冻干的物料上。当贴有射频卡的物料进入安装在冻干机上的读写器的工作范围,读写器便可以迅速的读取射频卡中的信息,再把数据传输给主控 <h2>射频识别系统硬件组成</h2>         在冻干工艺系统中,读写器采用U2270芯片组成的电路,工作频率在125kHz,有效读识范围可达到10cm。该读写器支持的数据通信接口为RS-232、RS-485和韦根接口,由于串口通信只能连接一台计算机和一台读写器,并且通信距离短,传输速率较低,不适应车间运作的工作模式。        为了实现对多台读写器进行远距离快速通信,本系统RS-485接口方式,构建一个分布式控制网络,由一台计算机控制多台冻干机上的读写器,进行冻干工艺的控制。主控制计算机和读写器之间采用RS-485主从方式通信,在主机上运行API函数为主(客户端),读写器为从(服务端) 。         由客户端计算机通过主从协议与多个读写器建立网络连接,并对每个读写器设定一个唯一的标识码。计算机通过API函数主动向读写器发命令数据包,读写器收到命令数据包后执行操作,使冻干机进行操作流程,并把结果返回给API函数。 <h2>射频识别系统在冻干工艺的应用</h2>         冻干物料分为液体、固体和粉状体,同时物质的品种,质量也不同。即使在同一冻干机中,装载的方式不同,加热的方式也不相同,因此在冻干工艺流程中是相当复杂的。为了提高冻干速率、节约能耗,采用何种冻干工艺就非常重要。冻干工艺大体分为前处理、冻干、后处理等工艺。按照冻干工艺的需要,在射频卡中写入物料的种类、形状、分切方式、冻干层厚度、面积、加热方式、搁板层数等相关参数,再把射频卡贴在需要冻干的物料上。当贴有射频卡的物料进入安装在冻干机上的读写器的工作范围,读写器便可以迅速的读取射频卡中的信息,再把数据传输给主控计算机,由计算机按照工艺要求选定合适的冻干曲线进行冻干工艺流程。因此所获取的冻干曲线是最佳的工艺冻干曲线,从而达到高效快速,能源合理分配,大大提高了冻干效率,获得满意的冻干产品。采用射频识别技术的冻干工艺流程如图2所示。 <a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2Q523543621.gif"><img height="332" alt="冻干工艺流程" width="372" border="0" src="http://www.chvacuum.com/uploads/userup/0812/2Q523543621.gif" /></a>  <h2>总结</h2>       本文作者首次利用射频识别技术在冻干工艺中的应用,相比以前的人工操作具有许多优势。      (1) 灵活性: 采用可写入的射频卡,可以灵活地按照需要控制产品的生产,同时标签可以多次的使用。      (2) 对环境的要求不高: 射频识别系统完全不受灰尘、潮湿、油污、粉尘、有害气体、高温以及在生产环境中可能会产生的类似影响。     (3) 工作速度快: 读写器能够在不到一秒钟的时间里读出射频卡中的信息,使整个工艺流程大大提高。     (4) 数据安全: 通过校验和的方法来保证射频卡中存储的数据,从而确保读出数据的准确,错误的数据会被发现并被忽略掉。因此我们可以看出使用射频识别技术在控制方式上是一种新的尝试,是产品更加细化、科学,有利地提高了冻干的速效,具有广阔的市场前景。 冻干工艺射频识别真空冷冻周颖琦合肥工业大学计算机学院 2008-12-28 15:15 射频识别系统RFID的工作原理 http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/12599.html 射频识别( Radio Frequency Identification) 是一种非接触的自动识别技术。射频识别系统包括读写器、电子标签(射频卡)和控制单元三部分。        随着冻干工艺的发展,开发出的冻干食品和药品的品种越来越多。由于冻干是一种必须要保存其生物活性的冷冻干燥技术, 同时各种物料的成分和含水量的不同,冻干曲线的选取也就不同。在工业生产中,需要大量而快速地判断出冻干曲线,而射频识别技术正是能够胜任这样的要求。射频识别( Radio Frequency Identification) 是一种非接触的自动识别技术。射频识别系统包括读写器、电子标签(射频卡)和控制单元三部分。我们把需要冻干的物料的信息,例如名称、质量等储存在标签中,然后将标签帖在物料的表面,当标签处于读写器的工作范围内,读写器能够在几ms的时间内读出标签的内容。接着,通过与读写器相连接的PC机控制系统找到适合的冻干曲线,再去控制<a target="_blank" href="http://www.chvacuum.com/application/vacuumdrying/">冻干设备</a>的运行。使用射频识别技术,比较以前人工方式去判断冻干曲线,不仅大大提高了整个工艺流程的速度,而且更加准确高效。 RFID射频识别系统的构成        射频识别系统主要由电子标签、读写器、上位机控制系统和冻干机械四部分组成。如图1所示。读写器主要包括高频模块(发送和接受装置)、控制模块、以及与主机相连的接口(RS232、RS485 等)。电子标签是射频识别系统的数据载体, 它包括一个用于能量供应以及与读写器通信的高频界面和微处理器及存储单元。天线的作用是在读写器和电子标签之间传递能量、数据及控制时序。 <a target="_blank" href="/uploads/userup/0812/2Q5054295I.gif"><font face="Tahoma" size="2"&g