При выборе подходящего устройства пользователь должен знать лежащий в его основе принцип работы, чтобы иметь возможность оценить технические параметры с точки зрения их пригодности для решения поставленных задач. Давайте разберем, какие типы уплотнений вакуумных вводов вращения бывают:

При выборе вакуумного ввода вращения пользователю необходимо понимать принцип работы уплотнительного узла. Именно тип уплотнения определяет, в каких условиях можно эксплуатировать устройство: какой уровень вакуума достижим, допустима ли термическая сушка, насколько велик ресурс и каковы ограничения по нагрузкам.

Рассмотрим три основных типа уплотнений, применяемых во вводах вращения: сильфонные, магнитные и эластомерные.

Вводы вращения в вакуум с сильфонным уплотнением

Сильфонное уплотнение — это надёжный способ передавать вращение из атмосферы в вакуумную камеру, с обеспечением полной герметичности конструкции. 

Оно используется там, где манжетные или магнитожидкостные уплотнения не не подходят — например, при сверхвысоком вакууме.

Как устроен сильфонный ввод вращения в вакум

На рисунке показана схема типовой конструкций сильфонного ввода вращения в вакуум.

Схема типовой конструкции сильфонного ввода вращения в вакуум

Ведущий вал (1) расположен снаружи, в атмосфере. Он может быть искривленным или в виде кривошипа. Его второй хвостовик передает движение кривошипный узел (3), превращая вращение в колебательное (виляющее) движение.

Сварной тарельчатый сильфон (2) обеспечивает герметичность конструкции. Один конец сильфона неподвижен, а второй соверщает колебательные движения вокруг оси устройства вместе с кривошипным узлом.

Ведомый вал (4) находится внутри вакуумной камеры. Он получает вращение кривошипного узла и приводит в действие оборудование внутри.

Все валы поддерживаются шарикоподшипниками из нержавеющей стали, которые работают без жидкой смазки — это критично для вакуума. Подробнее на эту тему разобрали в отдельной статье:

Пример использования сильфонного ввода

Полностью немагнитный узел для передачи вращательного движения в вакуум через фланец CF40. Разработан для термоядерного реактора токамак 2ТЛ.

Немагнитный сильфонный ввод вращения для токамака 2ТЛ

Ввод вращения с использование магнитной муфты

Магнитные муфты используются для герметично закрытых вращающихся или линейных проходных устройств. Они состоят из массива постоянных магнитов снаружи, которые приводят в движение ротор, также оснащенный магнитами, способными вращаться/перемещаться в вакууме. Обе части полностью изолированы друг от друга в вакууме тонкостенной трубой. Расстояние между магнитами внутреннего и внешнего ротора должно быть как можно меньше, чтобы сила связи между ними была как можно больше. Внутренний ротор соединен с перемещаемым устройством, внешний магнитный ротор перемещается вручную или с помощью двигателя. Внутренние подшипники смазываются сухой смазкой, подходящей для работы в вакууме.

Часто для редкоземельных элементов используются высокоэффективные магниты из металлов, например, самарий-кобальтовые магниты. Они обеспечивают максимально возможную силу связи при одновременной превосходной устойчивости к высоким температурам, которые возникают при термической обработке. Такие магнитно-связанные системы подходят для применения в условиях сверхвысокого вакуума. Несмотря на то, что магнитные поля в основном экранированы, полностью избежать рассеивания линий магнитного поля невозможно. Поэтому пользователь должен проверить, достаточно ли устойчиво его устройство к остаточному магнитному полю.

Схема типовой конструкции магнитного ввода вращения в вакуум

Вращение и перемещение эластомерных уплотнений

Для вакуумных уплотнений, подверженных динамическим нагрузкам, используются специальные эластомерные уплотнения, которые часто изготавливаются из фторэластомера (ФКМ). Тщательная регулировка предельного размера между корпусом, уплотнением и валом привода должна производиться аккуратно, то же самое касается проектирования и выполнения обработки поверхности.

Для частых перемещений и повышения герметизирующего эффекта эластомерные уплотнения должны смазываться в местах контакта, что снижает трение, предотвращает преждевременный износ и выравнивает мелкие неровности на поверхностях. При выборе подходящей вакуумной смазки или масла для максимальной рабочей температуры и температуры прогрева необходимо учитывать их свойства, особенно давление пара.

Эластомерные герметичные проходные элементы лишь частично термостойки. Кроме того, необходимо проверить совместимость компонентов смазки или небольшого количества углеводородов с областью применения. С учетом этих ограничений, механические проходные устройства с эластомерным уплотнением представляют собой экономичную альтернативу более дорогим устройствам с функциональными принципами, если самые высокие требования к качеству вакуума не являются приоритетными.

Преимуществом сплошного вала привода является прямое соединение вакуумной части с приводом со стороны атмосферы. Отсутствует люфт и погрешность позиционирования, зависящая от нагрузки. В зависимости от размеров и крепления вала привода, можно перемещать и большие нагрузки.

С помощью эластомерных герметичных проходных элементов можно реализовать вращательное и линейное перемещение, а также одновременное вращательное и линейное перемещение.

Схема типовой конструкции эластомерного ввода вращения в вакуум

Заключение

Выбор типа уплотнения для вакуумного ввода вращения определяется условиями эксплуатации:

Если ваш процесс требует сверхвысокого вакуума, термической сушки или работы с агрессивными средами — выбирайте сильфонные или магнитные уплотнения. Если бюджет ограничен, а требования по вакууму не жёсткие — эластомерные уплотнения станут экономичным и надёжным решением.

Мы в ООО «Электровакуумные технологии» готовы помочь подобрать оптимальный тип уплотнения под вашу задачу, а при необходимости — изготовить ввод с нестандартными параметрами: изменённой длиной вала, типом концевика или материалом уплотнения. Обращайтесь — подберём решение, которое будет работать именно в ваших условиях.