双重密封法兰结构及双重密封圈的密封效果

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    真空橡胶圈在密封时,通过它所渗漏的气体量与许多因素有关。例如橡胶的种类、硬度、蒸气压、压缩量,密封面的表面粗糙度、温度等等。但最重要的影响因素是密封圈内外两侧的压力差。实验证明:密封圈两侧压差的减小,可极大地提高其密封性能。

双重密封圈原理图

图13:双重密封圈原理图

    图13是双重密封圈的原理图。图中a是单垫圈的结构,这时设大气压为Pd,真空泵对被抽容器的有效抽气速率为Se,由Se而获得的被抽容器内的压强为P,经过密封垫圈漏隙由大气Pd漏入到真空容器中的气体量为Q,根据气流连续性方程,则

Q=SeP=C(Pd-P) (1)

    式中C是密封圈与法兰间漏隙的流导。显然

P=[C/(Se+C)]Pd (2)

    如果使用双重垫圈密封,并在双重垫圈之间用抽速为S1的真空泵抽空,在双重垫圈之间建立起P1压强值。设此时真空室内的压强值为P`,如图13(b)所示。则

P`=[C/(Se+C)]P1 (3)

    两种情况相比较,显然

P`=(P1/Pd)P (4)

    双重垫圈之间若用油封式机械泵抽空,建立P1=101Pa的压强是很容易做到的,而大气压Pd=105Pa,所以P`=10-4P。可见使用双重垫圈密封,并在双重垫圈之间抽空,可以极大地提高所获得的真空度。

    图14是采用两个O型橡胶圈,在内外O形圈之间设有排气空腔,用真空泵抽气的密封法兰结构。图15是橡胶O形圈1与金属O形圈1与金属O形圈2相结合的用于超高真空设备中的密封法兰结构。因为在真空度高于1.3×10-3Pa的真空设备中所采用的橡胶O形圈对真空度的影响主要有两个因素,一是材料本身的透气性;二是材料本身的蒸发或升华。
高真空与超高真空的双重密封结构
前者在真空度1.3×10-3~1.3×10-4Pa时影响最显著,后者在真空度为1.3×10-5~1.3×10-7Pa时影响最显著。因此这种结构在设计上把超高真空侧的密封圈选用金属材料是较为合适的。如内侧真空容器温度较高时,外环应采用水冷,以防止橡胶过热老化。此外,在金属O形圈的外表面上还可以涂上聚四氟乙烯,这样会使O形圈与相应密封接触面间的凸凹完全填满、紧密贴合,从而可进一步提高其密封性能。这种密封装置只要把空腔用真空泵抽空到1.3×10-3Pa,则获得1.3×10-9Pa的超高真空是完全可能的。

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