真空系统设计（非接触式动密封连接）

　　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？
　　3.5.3.3磁力驱动真空动密封连接
　　A磁力驱动真空动密封连接的原理及特点
　　利用磁力把运动和动力传递到真空容器中去的动密封连接装置，通常称为磁力驱动真空动密封装置或磁连接隔板密封装置，也称磁力驱动器。
　　在磁力驱动真空动密封结构中，运动元件和真空室壁相互不接触，用隔板把主动和从动部件密封隔离。工作过程中，隔板除受大气和真空的压差作用外，不再承受其他任何载荷，从而保证了磁连接隔板密封具有较好的密封可靠性。密封隔板-般是平 板形或套简形，用非磁性材料制作，如不锈钢、铜、玻璃、聚四氟乙烯等。
　　这种磁力驱动的真空动密封装置如图3-143所示，图3-143 (a)中的密封连接结构是依靠电动机带动外磁转子旋转后，通过永磁体产生的磁力作用将运动传递到与工作轴相连接的内磁转子上，从而实现动力传递的目的。通过设置在内、外磁转子气隙间的隔离密封套，将内磁转子与工作轴一起封闭在真空 容器内而实现密封目的。图3-143(b)所示密封结构的磁力来源于旋转电磁线圈。该线圈通电后，产生旋转磁场用以带动被隔离密封套封闭在真空容器内的内磁转子旋转从而达到动力输送的目的。
　　图3-143磁 力驱动真空密封装置
　　(a)永磁体驱动的密封结构; (b) 旋转电磁场驱动的密封结构
　　1-被驱动轴; 2- -内磁转子; 3- 隔离密封套; 4- 外磁转子;
　　5- 驱动轴; 6- 旋转电磁线圈; 7-转子
　　磁力驱动用于真空动密封的特点如下:
　　(1)磁力驱动真空动密封对真空容器内的真空几乎没有影响，可达到零泄漏。
　　(2)动力传送轴与真空容器壁不接触，将依靠转矩传递的动密封变为静密封，密封性能可靠，在传送运动过程中除密封隔离套受压差的影响外，不承受其他载荷。
　　(3)密封件之间无运动摩擦，不但消除了对真空容器内的污染，而且也消除了摩擦功耗。对于这种密封装置，除了应注意磁场的存在对周围环境的干扰外，还应注意隔离密封套材料的选择。若采用金属材料，由于隔离套处于正弦交变磁场中产生的涡流电流所引起的涡流效应会使隔离套温度升高，不但会使永磁体产生退磁，而且也易于引起真空泵中的油温上升，因此在使用中应注意选择导磁性小的金属材料，或选用非金属材料并配合适当的冷却方法来解决这-问题。
　　B磁力驱动真空动密封装置的分类及选择
　　磁力驱动真空动密封连接装置可按其真空动密封的形式分类，如表3-40所示。
　　表3-40磁力驱动真空动密封连接 的分类
　　选择磁力驱动真空动密封装置时，主要应从真空设备要求传递的运动方式、真空容器内压力的高低以及容器内所从事真空工艺的具体要求等方面加以考虑，如传递旋转运动，压力高于10-5Pa,磁力驱动介质为气体时可选用图3- 144所示的同轴圆简形拉推组合形式的磁力驱动装置，其内外磁转子均可采用水磁体为磁力驱动源进行工作。若其他条件不变，当被抽容器内的压力低于10-5Pa，处于超高真空状态时，则应将图3- 144中的内磁转子上的水磁体用软铁材料取代，以避免超高真空下烘烤除气时温度过高引起内磁转子的永磁体退磁，从而影响磁力驱动密封装置的性能。若采用同轴圆简形密封隔离套在结构上有困难时也可采用图3-145所示的平盘式磁力驱动密封装置。
　　如果需要选用直线式或复合运动式的密封结构时，可以结合上述各种类型的特点和实际应用的需求选用图3-146所示的具有复合运动的磁力驱动装置。这种结构既能分别传递直线运动和转动，又能传递两种运动组合的运动，如螺旋运动等，其结构及磁极的排列要比单一运 动磁力驱动装置复杂，外形与直线传动机构相近。因为外磁极既要推动内磁极作直线运动又要作转动运动，而且传动杆仍然要在滚动轴承导轨上作直线运动，所以应在传动杆中心装一转轴来完成传动动作。样品托可固定在转轴的- 端，在转动时随转轴一起旋转， 传动杆不动;|作直线运动时，则同转轴-同随传动杆移动。传动杆可用滚轮调节其运动中心线和密封管道中心线的同轴度和平行度，导轨架同法兰做成一体，便于整体拆装。密封管焊在法兰上，密封管外装有一 根标尺，可以显示移动距离;外磁极上装有防尘垫和转角限位器，不需要转动时，用限位器夹住标尺，外磁极就不会转动。
　　图3- 144同轴圆筒形磁 力驱动密封装置结构示意图
　　1-外磁转子; 2- 隔离密封套;3-内磁转子; 4-滚动轴承
　　图3-145平 盘式磁力驱动密封装置结构示意图
　　1-滚动轴承; 2一内磁转子;3-隔离密封板; 4-外磁转子
　　图3- 146组合式磁力驱动密封装置结构示意图
　　1-轴承导轨架: 2-简状隔离密封套; 3- 外滚动轴承;
　　4- 外磁转子;5- -内磁转子;6-转轴; 7-法兰; 8- -样品托
　　如果限位器上有角度刻度，就可以测量转角的大小，将限位器松开，磁极可以旋转任意角度。如果标尺上装有定位夹，也可以固定传动杆往复运动的行程。密封杆的另一端焊有堵头，堵头上可装支架，托住密封管，避免密封管成为悬臂梁。
　　C传递旋转运动的电动机(或电磁联轴节)式屏蔽简密封装置
　　图3- 147所示的密封结构是利用定子在大气中，转子在真空中的异步电动机把旋转运动引人到真空容器内的结构实例。图中被动轴上的转子1是利用普通异步电动机的全金属短路的转子。在转子和定子3之间有屏蔽筒密封套2，它是用非磁性材料不锈钢制成的。定子3由焊在机壳上的冷却水管4冷却。因为转子发热时会伸长，因此在后盖装配时应留出一.定的问院。在电动机的端部装有观察窗，用以观察转子的转动情况。
　　图3-147异步电动机式的动密封装 置结构示意图
　　1一转子; 2-密封套; 3-定子; 4-冷却水管
　　D传递高转数磁连接密封装置
　　为了传递高转数也可以采用图3- 148所示的磁连接结构。通过内磁铁3，把类似结构的外磁铁2的旋转运动传递给被动轴4。可采用圆芯式六级磁铁结构，磁铁2与磁铁3相距5mm,中间通过厚度为2mm左右的玻璃隔板隔开，能传递10000r/ min的旋转运动，该连接密封结构可达到的真空度为10 -9Pa。
　　应当指出的是，磁力驱动真空动密封结构在使用上受到以下因素的限制:
　　(1)由于主动和从动环节之间是非刚性连接，如果负荷过大，可能产生丢转现象。
　　(2)因为有磁场存在，所以在某些情况下，特别是在带有电子束与离子束的真空装置中，采用磁连接隔板密封结构是不适宜的。
　　(3) 在传递重负荷时，磁铁系统笨重，外形尺寸大。
　　(4)由于磁性材料热学特性的限制，使密封装置的加热温度受限。
　　(5) 在结构上难以确定真空中从动部件的位置。
　　E传递直线运动的磁连接隔离密封装置
　　图3- 149是利用电磁力传递直线运动的密封装置。装在真空容器外的电磁线圈6通电后产生磁力把铁芯拉向上方，工作杆11在导向板2和3的中心孔中作往复运动。导向板2与3固定在薄壁铜质圆简4上，简4焊在法兰5上。电磁线圈6通过垫板7和螺杆8固定在法兰5上。为了抽出圆简4内的气体，在铁芯1上作出6个纵向沟槽，在导向板2、3上钻有通孔，这种结构比较适合用于真空容器内的往复直线运动。它的缺点是不能调节移动量，此外装置中发生移件必须用非磁性材料制造，这就使密封装置的设计较复杂。
　　图3-149传递直线运动的磁连接密封装置结构示意图
　　1- 铁芯:2,3-导向板;4- 密封套简:5-法兰:6一电磁线圈; 7-垫板;
　　8- 螺杆:9 -密封垫圈; 10-真空室接管; 11-工作杆
　　F传递特殊运动的磁动式隔离密封装置
　　采用电磁力传递往复运动，也可以转变为传递间歇式的旋转运动。图3-150所示为这种传递结构的两种实例。图3-150 (a)是采用螺管线圈驱动置于真空容器内的传动杆1,并且通过棘轮机构用以保证棘轮2作间歇式的旋转运动。图3-150 (b)是当电磁铁5吸引电枢6时，通过杠杆3和棘爪，使棘轮4转动一个角度，这样就把电枢6的往复运动转变为旋转运动了。
　　当需要向真空容器内传递周期性摆动时，可采用图3- 151所示的磁联摆动式密封结构。这种装置也是把螺管线圈置于大气中，通过厚壁密封板4实现与摆动件2的隔离。
　　图3-150用电磁 力变往复运动为间歇式旋转运动的密封装置结构示意图
　　1-传动杆; 2, 4-棘轮; 3-杠杆; 5一电磁铁; 6- -电枢
　　图3-151磁联摆动式密封装置结构示意图
　　1-电磁线圈; 2- 摆动件; 3-铁芯; 4-密封板