Коммутационная аппаратура

Коммутационная аппаратура (раны, вентили, затворы, клапаны, натекатели) — обязательный элемент любой вакуумной системы. Этот элемент в закрытом состоянии должен быть герметичным, а в открытом состоянии обладать, возможно, большей проводимостью. В рамках данного учебного пособия нет возможности дать информацию обо всём спектре коммутирующих устройств, поэтому мы ограничимся рассмотрением конструкций наиболее распространённых в нашей лаборатории.
В металлических вакуумных клапанах и затворах, работающих при комнатной температуре, используются резиновые и фторопластовые уплотнители (рис. 5.17а).
В прогреваемых конструкциях применяются герметизация за счёт пластической деформации материала одной из соприкасающихся поверхностей. Широко распространена конструкция с конусным уплотнительным элементом (рис. 5.17б), изготовленным из меди и алюминия. Недостатком этой конструкции является постепенное увеличение площади герметизирующих поверхностей, а следовательно, и усилия, необходимого для закрытия клапана. В конструкции, изображенной на  рис. 5.17в уплотнительный элемент работает на срез, усилие герметизации не зависит от числа срабатываний, но возрастает ход запирающего элемента.
На рис. 5.18 изображён вентиль ДУ-25 с сильфонным уплотнением штока. Для удобства сборки привод вентиля с подвижным сильфонным уплотнением смонтирован на фланце 3 и представляет собой съёмный узел. Вентили с металлическим уплотнителем имеют аналогичную конструкцию, но из-за гораздо больших усилий герметизации они обладают существенно усиленной ходовой частью.

Рис. 5.17. Уплотнительный элемент вакуумных затворов:
1 — седло; 2 — уплотнитель; 3 — герметизирующий элемент

Ресурс вентилей с эластомерным уплотнением при регулярной смазки узлов трения составляет более 100 тысяч циклов без замены деталей привода. Ресурс уплотнителя много меньше и зависит от удельной нагрузки, т.е. от величины сжатия, установленной в процессе изготовления и регулировки вентиля. Поскольку в процессе эксплуатации клапана предусматривается замена уплотнителя, его ресурс не определяет ресурс вентиля. В обычных условиях эксплуатации уплотнитель рекомендуется заменять не реже чем после 20–25 тысяч циклов срабатывания вентиля.

Рис. 5.18. Вакуумный вентиль с ручным приводом:
1 — маховик; 2 — винт; 3 — фланец;
4 — корпус; 5 — резиновый уплотнитель

Медный уплотнительный конус вентиля с диаметром условного прохода 25 мм, работающий при оптимальной нагрузке (около25–30 кг  на миллиметр длины контакта конуса с седлом), способен выдержать без потери герметичности около 20 тысяч циклов срабатывания. По мере увеличения размера вентиля – диаметра условного прохода — ресурс конуса понижается.
При каждой разборке вентиля конус протачивают или заменяют. Это в первую очередь относится к вентилям с большим условным проходом — около 100мм. 
Ресурс вентилей с металлическим уплотнителем составляет до сотни тысяч циклов срабатывания. В процессе выработки ресурса производится два-три ремонта вентиля с заменой или восстановлением отдельных его деталей.
Для управления газовым потоком и контролем за расходом газа, например, при измерении скорости откачки, применяются краны с регулируемой проводимостью. В вакуумной технике обычно используются регуляторы с регулирующим органом в виде тонкой конической иглы, вводимой в канал соответствующей формы вплоть до полного его перекрытия (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Принцип устройства игольчатого регулятора

Ход иглы может изменяться непрерывно с помощью микрометрического винта. В узле управления перемещением иглы применяются соответствующие уплотнения, а пространство высокого вакуума герметизируется сильфоном (из металла или тефлона).