真空系统设计（真空法兰连接）

　　真空系统是指由真空泵、真空计及各种零件通过管道以适当的方式联接，组合成能达到一定真空度要求的装置。真空系统的基本要求是都有哪些？
　　3.3.3   真空法兰连接
　　真空法兰连接属于可拆密封连接。真空系统中常用的法兰有橡胶密封法兰、氟塑料密封法兰、金属密封法兰、快卸法兰。
　　3.3.3.1 橡胶密封真空法兰
　　法兰与橡胶垫圈相结合的真空静密封连接是真空系统中应用最多的一种可拆密封连接结构，只靠两个法兰之间的密封面进行密封是达不到保证连接部位的气密性要求的。实验表明，即使法兰平面加工十分平整，表面粗糙度极低，但只要出现一条0. 25nm的刀痕，其漏气率即可达到10-8Pa. L/s。因此可将氯丁橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯等弹性体制成不同形状截面的垫圈或0型密封圈，然后将其夹在两个连接件之间，以达到真空静连接及密封的目的。这种结构的密封性能主要取决于弹性体和被连接件之间接触面的粗糙度及弹性体本身的透气性、放气率和蒸气压等因素。为了消除这些因素对密封性能的影响，接触表面的粗糙度至少要求加工到1.6μm, 而且设计时，尽量使弹性体暴露在真空一 侧的表面最少。
　　橡胶密封法兰用于低、中及高真空系统中，也可用于超高真空装置的真空室门密封。用于超高真空系统密封时，为了减少密封圈出气量，常采用氟橡胶密封圈，或用低温冷却结构冷冻密封圈。目前，真空法兰执行GB/T 6070- 2007标准。此标准适用于低、中、高真空设备所用的连接法兰(包括:固定法兰、活套法兰和卡钳法兰)。
　　A法兰用材料与法兰公称通径
　　真空法兰所用材料-般为Q235A或20号钢，要求防磁:用于腐蚀介质的法兰材料可采用奥氏体不锈钢，选用其他材料时应满足国家标准规定的真空法兰线密封载荷和焊接性能的要求。真空法兰(包括导管)的公称通径即公称内径，- -般应等于或稍小于实际内径。法兰连接的所有结构尺寸及密封圈的尺寸均根据连接导管的内径，即公称通径来决定。公称通径、实际内径与法兰接管的尺寸关系见图3-58和表3- 16。
　　图3-58真空法兰 与接管
　　表3-16真空法兰公称通径、 实际内径与法兰接管的尺寸( mm)
　　注: d、 :数值取自GB/T 17395- 1998， 作为指导用。
　　①在GB/T 17395- -1998 中没有此规格，该尺寸作为参考。
　　B法兰尺寸
　　a固定法兰
　　固定法兰的各部配合、连接尺寸由图3-59和表3-17给出。
　　图3-59真空固定法兰
　　表3-17真空 固定法兰公称通径及尺寸
　　注:表中D、D2的尺寸决定了法兰的最小密封面。
　　b活套法兰
　　活套法兰的公称通径尺寸和其他各部配合、连接尺寸由图3-60和表3-18给出。
　　图3-60活套法兰
　　表3-18活套法兰公称通径及尺寸(mm)
　　注:卡环直径de建议用下列公差: do =2mm,公差为±0.02mm; do =3 -5mm,公差为±0. 025mm; do =8 - 10mm,公差为±0.030mm。
　　c卡钳法兰
　　卡钳法兰的公称通径尺寸和其他各部配合、连接尺寸由图3-61和表13-19给出。
　　图3-61卡钳法兰
　　表3-19卡钳法兰公称通径及尺寸（mm）
　　注: 1.表中D、Dg的尺寸决定了法兰的最小密封面;2.焊接管径等所用夹紧装置接触面的最大直径由D.决定。
　　C法兰连接形式
　　a固定与活套法兰连接
　　​真空固定法兰与活套法兰的连接形式如图3-62 ~图3-65所示。该连接形式适用于低、中、高真空设备和管路的法兰连接。在法兰连接安装时，法兰的密封槽应开在面向气流方向的法兰平面上。
　　图3-62固定法兰 与固定法兰连接
　　图3-63活套法兰 和活套法兰连接
　　图3-64固定法 兰与活套法兰连接
　　图3-65活套法 兰用钩头螺栓连接
　　真空固定法兰和活套法兰的螺栓孔位置应按图3-66所示排列，图中ax角是螺栓孔数的函数，螺栓孔数n根据法兰线密封载荷及给定的螺栓应力得出。
　　b卡钳法兰连接
　　卡钳真空法兰连接采用橡胶密封圈密封，特点是:使用方便，便于快速安装和拆卸，适用于低、中、高真空管路连接用。卡钳真空法兰连接有三种形式:卡钳螺钉连接、卡钳垫块连接、 卡钳螺栓连接，如图3-67~图3-69所示。
　　图3-66真空法兰 的螺栓孔位置
　　图3-67卡钳螺钉法 兰连接
　　图3-68卡钳垫块法 兰连接
　　图3-66真空法兰 的螺栓孔位置
　　c真空快卸法兰连接
　　(1) 夹紧型真空快卸法兰。夹紧型真空快卸法兰适用于低、中、高真空管路，法兰用0型橡胶密封圈密封，其结构形式见图3-70，卡箍材料推荐采用铸铝ZL7。
　　图3-70夹紧型真空快卸法兰结构形式
　　(2)拧紧型真空快卸法兰。拧紧型真空快卸法兰适用于低、中、高真空管路，其公称通径为10 ~40mm,用0型橡胶密封圈密封。拧紧型真空快卸法兰的结构形式如图3-71所示。
　　图3-71拧紧型 真空快卸法兰结构形式
　　D法兰线密封载荷及对应的O型密封圈
　　真空法兰的线密封载荷8为:
　　式中，8为n个螺栓以200MPa应力均布施压在胶圈上的线密封载荷，N/mm;n为螺栓数量; S为螺栓截面面积，mm2; d为密封圈内径，​mm; d2 为密封圈压缩前的截面直径，mm。
　　常用法兰的线密封载荷值及对应的0型密封圈由表3-20给出。
　　表3-20常 用的法兰线密封载荷及对应的O型密封圈
　　①在CB/T3452.1- -2005 中没有此规格，该尺寸作为参考。
　　②该值作为指导用，根据所选用的密封圈的不同而不同。
　　E真空法兰密封槽结构形式及尺寸
　　如图3-72和图3-73所示，真空法兰密封槽的结构形式为在法兰面上开槽(矩形、梯形等)，或采用平面法兰加内定位圈形式(此时采用圆形密封圈)，内定位圈的结构如图3-74所示。密封槽应开在面向气流方向的法兰平面上。
　　图3-72 0 型密封圈矩形密封槽结构
　　图3-73 0型密封圈梯形密封槽结构
　　图3-74 0型密封圈内定位圈
　　密封槽对于所用的密封圈规格和密封槽及内定位圈的尺寸见表3-21,内定位圈所用密封圈的截面直径分别为5. 3mm、7mm和10mm三种规格。
　　表3-21密封槽及 内定位圈尺寸让物( mm)