A 0,01 mbar (10⁻⁵ bar) nyomást igénylő nagy-vákuum alkalmazásokhoz gyakran nem elegendő egyetlen O-gyűrűs tömítés a PFA fűtőelem szerelőkarimáján az elasztomer áthatolása és a felületen lévő mikro-szivárgás miatt. A kettős O-gyűrűs tömítőrendszer közbülső vákuumnyílással ("szivattyúzott" kettős tömítés) csökkentheti a szivárgási arányt 10-3-10-4 mbar·L/s-ról (egyetlen tömítés) 10-10-10-10-10-10-10 mbar·L/s-ra, ami a legtöbb magas vákuum esetén elfogadható. A két O{13}}gyűrű egy védett hangerőt hoz létre; az első O-gyűrűn túl szivárgó gázt vákuumszivattyú távolítja el, mielőtt az elérné a második O-gyűrűt. A legmagasabb vákuumszintekhez (10⁻⁷ mbar és az alatti) fém{18}}tömített karima (ConFlat stílus) szükséges. A kettős O{20}}gyűrűs rendszer nem teljes megszüntetést, hanem drámai csökkentést jelent. Nagyon hatékony közepes és nagy vákuum esetén (10-3-10-10 mbar). A PFA fűtőberendezéseknél a további bonyolultság csak akkor indokolt, ha az eljárás 10-5 mbar·L/s alatti szivárgási sebességet igényel.
Szivárgási útvonalak és kettős tömítés funkció
Egyetlen O-gyűrűs tömítésben (Viton vagy FFKM) a szivárgás három úton megy végbe: (1) gáz áthatolása az elasztomeren (10⁻⁵–10⁻⁷ mbar·L/s per cm tömítés), (2) mikro-csatornák az O-perem{{7 felületén (10⁻⁴–10⁻³ mbar·L/s egy 100 mm-es karima esetén), és (3) maga a PFA{12}}fém interfész (a fűtőburkolat áthalad a karimán). Egyetlen tömítés általában 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s szivárgási sebességet ér el – ez túl magas a nagy{16}}vákuumhoz.
A kettős O-gyűrűs rendszer egy második O-gyűrűt és egy vákuumportot ad közéjük. Az O-gyűrűk közötti teret egy kis segédvákuumszivattyú üríti ki. Az első O-gyűrűn túl szivárgó gázt azonnal kiszivattyúzzák, és soha nem érik el a második O-gyűrűt. Az effektív szivárgási sebesség a következők szorzata: (az első tömítés szivárgási sebessége) × (a második tömítés szivárgási sebessége) / (szivattyúzási sebesség). A gyakorlatban 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s szivárgási sebesség érhető el.
Szivárgási arány összehasonlítása 50 mm-es PFA fűtőkarimához
| Pecsét konfigurációja | Anyagok | Elérhető szivárgási arány (mbar·L/s) | Megfelelő vákuumszint | Költségnövekedés (%) |
|---|---|---|---|---|
| Egyetlen O-gyűrű (tömörítés) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1-10 mbar (durva vákuum) | 0% |
| Egyetlen O{0}}gyűrű (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1-1 mbar | +10% |
| Egyetlen O-gyűrű horonytömítéssel (vákuumzsír) | FKM + zsír | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01-0,1 mbar | +15% |
| Dupla O-gyűrű (nem-szivattyúzott) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1-1 mbar | +20% |
| Dupla O{0}}gyűrű (szivattyúzott, durva szivattyú) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻⁴ mbar | +35% |
| Dupla O-gyűrű (szivattyús, turbószivattyú) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar | +50% |
| Fém tömítés (ConFlat, réz tömítés) | Réz vagy alumínium | <10⁻¹⁰ | Ultra-nagy vákuum | +100% |
| Hegesztett PFA-fém{1}}átmenet (hermetikus) | PFA fém karimához hegesztett | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Korlátozza a PFA permeáció | +200% |
Praktikus beszerelés PFA fűtőhöz
Kettős O-gyűrűs tömítés megvalósítása a PFA fűtőkarimán a nagy-vákuum szolgáltatáshoz:
Karima kialakítás: A PFA-karimán két koncentrikus O-gyűrű horonynak kell lennie (15–25 mm-rel elválasztva) a tartály oldalán. Az O-gyűrűk közötti tartományban van egy port (1/4 hüvelyk vagy 6 mm), amely egy vákuumszivattyúhoz (forgólapátos, 10⁻² mbar) csatlakozik.
O-gyűrűanyag: Használjon FFKM-et (Kalrez, Chemraz) az agresszív közegekkel való kémiai kompatibilitás érdekében. Az FKM (Viton) elfogadható nem-agresszív gőzök esetén.
Nyomaték: Húzza meg egyenletesen a karimacsavarokat (csillagminta), hogy az O-gyűrűket keresztmetszeti átmérőjük-20–25%-ával összenyomja.
Szivattyúzás: A tömítések közötti térfogatot működés közben folyamatosan pumpálni kell. Elegendő egy dedikált kis vákuumszivattyú (10 L/perc).
Fűtőburkolat: Egy másik lehetséges szivárgási út a PFA--a-fém mag kilépési pontja a hideg végén. Használjon szilikon öntőformát (lásd #87. cikk) vagy hegesztett fém tömítést.
Mezőpélda
Egy félvezető kutatókamrához PFA fűtőelemre volt szükség ahhoz, hogy nagy vákuum alatt (10-5 mbar) 80 fokos hőmérsékletet tartson fenn. Egyetlen O-gyűrűs tömítés nyomáscsúcsokat (10⁻³ mbar) okozott a fűtőperem körüli szivárgás miatt. A rendszert egy pumpás dupla O-gyűrűs tömítésre fejlesztették (két FKM O-gyűrű, a közbenső port egy kis membránszivattyúhoz csatlakozik). A kamra nyomása 6 hónapig stabil maradt 2×10⁻6 mbar-on. A fűtőtestet sikeresen használták többszöri lerakódáshoz. A további költség 500 dollár volt a karima módosításáért és a szivattyúért.
A PFA korlátozásai nagy vákuumban
Még tökéletes tömítések esetén is maga a PFA-hüvely gázkibocsát (felszívott vizet, maradék oldószereket szabadít fel), és gázáteresztő. 10-6 mbar alatti nyomáson a háttérnyomást a PFA-ból történő gázkibocsátás korlátozza (tipikusan 10-10-10-7 mbar). Ultra-nagy vákuumhoz (UHV,<10⁻⁸ mbar), PFA cannot be used regardless of sealing. For medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻⁶ mbar), PFA with a double O-ring seal is acceptable.
Következtetés: Dupla O-gyűrű szivattyúzással 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s-ra csökkenti a szivárgást
A 0,01 mbar (10⁻⁵ bar) nagy-vákuumú alkalmazásoknál a dupla O-gyűrűs tömítőrendszer a PFA fűtőelem szerelőperemén, és a tömítések közötti térfogatot szivattyú üríti ki, csökkenti a szivárgási arányt 10⁻³/l/4 mbar-ról (mbar) 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·L/s. Ez elegendő a legtöbb közepes és{10}}nagyvákuumú folyamathoz. A rendszer nem szünteti meg teljesen a szivárgást, de 2-4 nagyságrenddel csökkenti azt. 10⁻⁶ mbar alatti nyomás esetén vegye figyelembe a fém tömítéseket vagy a hermetikus PFA--fém átmeneteket. A kettős tömítés praktikus megoldás vákuumkemencékhez, bevonatkamrákhoz és gáztalanító rendszerekhez. A problémás karimát megbízható gáttá alakítja. Nem tökéletes, de közel. A legtöbb nagy vákuumigényre{22}}elég.
