Обзор основных типов вакуумных фланцев: ISO-KF, ISO-K/ISO-F и CF. Сравнение конструкций, диапазонов давлений и рекомендации по выбору.
Соединение компонентов вакуумной системы — задача, которая на первый взгляд кажется тривиальной, но на практике определяет достижимый уровень вакуума, герметичность и удобство обслуживания. Неправильно выбранный тип фланца может свести на нет характеристики дорогостоящего насоса или датчика: утечки через уплотнение, невозможность термической сушки, ограничения по рабочему давлению.
В вакуумной технике сложилось несколько стандартов соединений, каждый из которых оптимизирован под определённый диапазон давлений, диаметры трубопроводов и условия эксплуатации. В данной статье рассмотрены три основных типа фланцев — ISO-KF, ISO-K/ISO-F и CF, их конструктивные особенности, области применения и критерии выбора. Отдельное внимание уделено вводам (feedthroughs) как специализированным элементам, требующим согласования с типом фланцевого соединения.
- 1. Общая классификация вакуумных фланцев
- 2. ISO-KF (Quick Flange, QF) — стандарт для малых диаметров
- Достоинства:
- Ограничения:
- 3. ISO-K и ISO-F — для магистралей среднего и большого диаметра
- Общие характеристики:
- 4. CF (ConFlat) — стандарт для сверхвысокого вакуума
- 5. Вводы (Feedthroughs): согласование с типом фланца
- 6. Как выбрать тип фланца: алгоритм
- Заключение
1. Общая классификация вакуумных фланцев
Все вакуумные фланцевые соединения можно разделить по двум основным признакам:
- По достигаемому уровню вакуума — от грубого до сверхвысокого.
- По диаметру условного прохода — от малых (DN 10–50) до крупных (DN 630 и более).
Выбор конкретного типа определяется не только техническими требованиями, но и условиями монтажа, необходимостью частого демонтажа, а также совместимостью с уже используемым оборудованием.
2. ISO-KF (Quick Flange, QF) — стандарт для малых диаметров
Конструкция ISO-KF была разработана компанией Leybold и в настоящее время является основным стандартом фланцевых соединений для малых диаметров (до DN 50) во всём мире.
Соединение состоит из двух симметричных фланцев, центрирующего кольца с уплотнительным кольцом (O-ring) и зажимного хомута. Герметизация достигается за счёт обжатия эластомерного уплотнения между фланцами.
Область применения: форвакуумные системы, соединительные линии к датчикам давления, небольшие вакуумные камеры, стендовое оборудование.
Ввод вращения на фланце ISO-KF
Достоинства:
Быстрый монтаж и демонтаж — герметичное соединение создаётся без использования инструментов, поворотом барашка зажимного хомута.
Компактность — идеален для соединения датчиков, небольших насосов, форвакуумных магистралей.
Доступность — широко распространён, совместим с оборудованием большинства производителей.
Ограничения:
Диапазон рабочих давлений — до 10⁻⁷ мбар.
Максимальное избыточное давление — до 5 бар.
Температура сушки (bake-out) — до 200 °C при использовании металлических уплотнений, до 150 °C для уплотнений из FPM.
3. ISO-K и ISO-F — для магистралей среднего и большого диаметра
Для диаметров от DN 63 до DN 630 применяются фланцы ISO-K и ISO-F. Эти стандарты различаются конструкцией крепления.
ISO-K. Фланцы этого типа фиксируются с помощью хомутов, которые могут располагаться в любой точке по окружности фланца. Это даёт гибкость при монтаже в стеснённых условиях и упрощает ориентацию соединяемых компонентов.
ISO-F. В отличие от ISO-K, фланцы ISO-F имеют фиксированные болтовые отверстия и крепятся на болтах. Такая конструкция обеспечивает повышенную механическую прочность, поэтому ISO-F применяется там, где фланец одновременно является несущим элементом конструкции.
Общие характеристики:
- Диапазон диаметров — от DN 63 до DN 630 (внутренний диаметр от 70 до 650 мм).
- Достижимое давление — до 10⁻⁹ мбар при использовании металлических уплотнений.
- Температура сушки — до 200 °C для металлических фланцев, до 150 °C для уплотнений из FPM.
Центрирующее кольцо надёжно фиксируется в канавке фланца, что упрощает сборку даже горизонтальных соединений.
Область применения: основные вакуумные магистрали, соединения с турбомолекулярными и диффузионными насосами, технологические камеры среднего объёма.
Сравнение ISO-K и ISO-F — конструкция крепления, механическая прочность, удобство монтажа | |||
Критерий сравнения | ISO-K (Clamp Flange) | ISO-F (Bolted Flange) | |
Конструкция крепления | Соединение осуществляется с помощью двузубчатых зажимов (claw clamps), которые зацепляются за круговой паз на внешней поверхности фланца. Количество зажимов зависит от типоразмера | Соединение выполняется с помощью болтов и гаек через стандартные отверстия во фланце. Отверстия могут быть сквозными или с резьбой. | |
Механическая прочность | Стандартная, достаточная для соединения трубопроводов. Не предназначена для восприятия значительных механических нагрузок от массы системы. | Повышенная, так как фланец представляет собой цельную деталь. Используется, когда соединение служит несущим конструктивным элементом | |
Удобство монтажа | Высокое. Зажимы можно устанавливать в любой точке по окружности фланца, что даёт гибкость при монтаже в стеснённых условиях. Сборка/разборка выполняется быстрее. | Ограниченное. Требует доступа к фиксированным болтовым точкам. Обеспечивает более жёсткую и несмещаемую фиксацию, что критично при точном позиционировании. | |
Типоразмеры | От DN 63 до DN 630. | От DN 63 до DN 630 | |
Стоимость | Как правило, менее дорогой вариант по сравнению с ISO-F. | Как правило, более дорогой вариант из-за большей металлоёмкости и сложности конструкции | |
Смешанное соединение | Допустимо. Существуют специальные зажимы и переходные кольца для соединения фланцев ISO-K и ISO-F между собой | ||
4. CF (ConFlat) — стандарт для сверхвысокого вакуума
CF-фланцы (ConFlat) — это решение для задач, требующих сверхвысокого вакуума (UHV) и минимального газовыделения.
Конструкция. Соединение состоит из двух геометрически идентичных фланцев, плоской прокладки из бескислородной высокопроводящей меди (OFHC), болтов, гаек и шайб. Корпуса фланцев изготавливаются из коррозионностойких марок нержавеющей стали.
Ключевые особенности:
- Всесварная конструкция — внутренние полости сварены, что исключает возникновение щелей и карманов — потенциальных источников виртуальных течей.
- Диапазон диаметров — от DN 16 до DN 250.
- Высокая механическая прочность соединения.
Область применения: ионные насосы, турбомолекулярные насосы для UHV, датчики давления для сверхвысокого вакуума, научно-исследовательские установки.
Пример ввода вращения на фланце CF
5. Вводы (Feedthroughs): согласование с типом фланца
Вводы — это специализированные компоненты, обеспечивающие передачу электрической мощности, механического движения или жидкости внутрь вакуумной камеры через фланцевое соединение.
При выборе ввода необходимо учитывать:
- Тип фланца, на который он будет установлен — ISO-KF, ISO-K, ISO-F или CF.
- Функциональное назначение — передача тока (стандартные и сильноточные вводы), механического вращения или линейного перемещения, подача жидкости.
- Диапазон давлений и температур, соответствующий типу фланца.
Некорректный выбор ввода (например, установка CF-ввода на ISO-KF фланец) невозможен из-за несовместимости конструкций. Поэтому на этапе проектирования важно заранее определить как тип фланцевых соединений всей системы, так и необходимые вводы.
6. Как выбрать тип фланца: алгоритм
Определите требуемый уровень вакуума.
- До 10⁻⁷ мбар — ISO-KF.
- До 10⁻⁹ мбар — ISO-K/ISO-F (с металлическим уплотнением).
- Сверхвысокий вакуум (UHV) — только CF.
Оцените диаметр трубопровода.
- До DN 50 — ISO-KF.
- DN 63–630 — ISO-K или ISO-F.
- DN 16–250 — CF (перекрывается с ISO-KF в малых диаметрах, но выбор определяется уровнем вакуума).
Учитывайте условия монтажа и обслуживания.
- Частый демонтаж — предпочтительны ISO-KF (быстросъёмные) или ISO-K (гибкое положение хомутов).
- Фланец как несущий элемент — ISO-F.
- Минимальное газовыделение и термическая сушка — CF.
Проверьте совместимость с вводами и другими компонентами.
Убедитесь, что все датчики, насосы и вводы имеют фланцы того же стандарта.
Заключение
Выбор типа фланцевого соединения — это не вопрос привычки или доступности. Это инженерное решение, которое определяет достижимый уровень вакуума, удобство обслуживания и долговременную надёжность системы. ISO-KF — выбор для малых диаметров и частого монтажа. ISO-K и ISO-F — для магистралей среднего и большого размера, где важна механическая прочность или гибкость крепления. CF — единственное решение для сверхвысокого вакуума и жёстких требований по газовыделению.
Как научно-производственная компания, мы предлагаем не только стандартные фланцевые соединения всех типов, но и готовы разработать нестандартные решения под ваше техническое задание: фланцы нестандартных диаметров, специальные материалы, вводы с индивидуальными параметрами. Индивидуальный подход позволяет избежать компромиссов и получить соединение, полностью соответствующее условиям вашего процесса.