Автор: О.К. Курбатов, М.С. Галиев, П.Л. Толмачев (ОАО «НПФ «Аргонавт-Темп» при ФГУП НИИ вакуумной техники им. С.А. Векшинского»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №8/2015
В настоящее время трудно найти области науки и промышленности, в которых не применялась бы вакуумная техника. Вакуум в качестве среды для проведения научных исследований и технологических процессов используется в широком спектре научного и технологического оборудования, начиная от относительного простого (упаковка пищевых продуктов и т.п.) и кончая сложнейшими сверхвысоковакуумными научными электрофизическими системами (например, гигантский адронный коллайдер в ЦЕРНе).
Современный российский рынок вакуумной продукции представляет широкий ассортимент изделий и оборудования (включая элементную базу), предназначенного для научных исследований и промышленного применения различного рода.
Значительная часть вакуумно-технологического оборудования, используемого в России, – это оборудование иностранных фирм. Такая ситуация объясняется несколькими причинами, главные из которых – это либо отсутствие необходимого отечественного оборудования, либо устаревший технической уровень отечественной техники. Это, безусловно, касается и вакуумной элементной базы, входящей в состав оборудования, и установок (вакуумные насосы, запорно-регулирующая арматура, вводы движения, вакуумметры, масс-спектрометры и другие элементы).
Угроза введения масштабных санкций со стороны стран Запада делает вопросы, связанные с развитием направлений, лежащих в основе обеспечения внутреннего рынка страны отечественными конкурентоспособными товарами, максимально актуальными.
Программа импортозамещения в сегодняшних условиях становится государственной и признана стать ключевым фактором повышения устойчивости страны к внешнему воздействию и защиты ее безопасности.
Согласно Плану первоочередных мероприятий по обеспечению устойчивого развития экономики и социальной стабильности в 2015 г., утвержденному распоряжением Правительства РФ №98-р от 27 января 2015 г, одним из ключевых направлений действий Правительства РФ должна стать поддержка импортозамещения по широкой номенклатуре несырьевых, в том числе высокотехнологичных, товаров.
Вакуумные клапаны
С целью замены хорошо известных, но морально устаревших, вакуумных клапанов с ручными приводами типа ВРП и клапанов с электромагнитными приводами типа КВУМ были разработаны новые, соответствующие международным стандартам ISO клапаны (рис. 1) следующих серий:
- РКВ-ПФ – клапаны вакуумные ручные, прямопроходные с фланцевым присоединением;
- РКВ-ПХ – клапаны вакуумные ручные, прямопроходные с «хомутовым» присоединением;
- РКВ-УФ – клапаны вакуумные ручные, угловые с фланцевым присоединением;
- РКВ-УХ – клапаны вакуумные ручные, угловые с «хомутовым» присоединением;
- МКВ-ПФ – магнитные клапаны вакуумные, прямопроходные с фланцевым присоединением;
- МКВ-ПХ – магнитные клапаны вакуумные, прямопроходные с «хомутовым» присоединением;
- МКВ-УФ – магнитные клапаны вакуумные, угловые с фланцевым присоединением;
- МКВ-УХ – магнитные клапаны вакуумные, угловые с «хомутовым» присоединением.
Электромагнитные клапаны серии МКВ являются нормально-закрытыми (н/з).
Основные технические характеристики вакуумных клапанов
| Диаметр условного прохода DN, мм | 16, 25, 40, 63 |
| Тип | Высоковакуумные
непрогреваемые |
| Диапазон рабочих давлений, | 1×105…1×10–4/ |
| Па/мм.рт.ст. | 760…7,6×1–7 |
| Допустимый суммарный поток натекания в вакуумную полость клапана в закрытом положении, | |
| м3Па/с | Не более 5×10–9 |
| Материалы: | |
| корпус | Ст.20 и Ст. 12Х18Н10Т
(для МКВ-16УФ) |
| седло, заслонка, сильфон | Ст. 12Х18Н10Т |
| уплотнители | Резина вакуумная |
| Средняя наработка на отказ, циклов «открыто–закрыто» | Не менее 5 000 |
| Средний ресурс, циклов | 250 000 |
| Среднее время восстановления, ч | Не более 2 |
| Ввод движения клапанов с ручным приводом | Сильфонный |
| Дополнительно для электромагнитных клапанов | |
| Напряжение питания | Переменное 220 В 50 Гц |
| Время открытия (закрытия), с | Не более 0,5 |
| Потребляемая мощность, ВА | Не более 12 |
Электромагнитные клапаны серии МКВ в отличие от клапанов типа КВУМ и КВМ имеют унифицированные встроенные блоки питания и управления (ВБПУ), используемые в клапанах всех условных проходов
(DN = = 16; 25; 40; 63 мм).
ВБПУ разработан на основе микропроцессора. Вместе с электромагнитной катушкой ВБПУ представляют собой электромагнитный привод, при этом конструктивно привод является легкосъемным. Открытие клапана осуществляется подачей выпрямленного напряжения 200 В от ВБУП на катушку электромагнита. Затем клапан переходит в режим удержания (напряжение на катушке 18 В). Благодаря этому в открытом положении клапан может находиться длительное время без опасности перегрева, а температура наружных поверхностей не превышает 40°С.
Особенностью новых клапанов является наличие двух видов сигнализации об открытом состоянии: визуальной (имеется светодиод на кожухе ВБПУ) и дистанционной.
Вакуумные электропневматические клапаны КПУ-Л
Клапаны КПУ-25Л, КПУ-40Л, КПУ-6ЗЛ (рис. 2) предназначены для комплектования непрогреваемого вакуумного оборудования, работающего при давлении 105…10–5 Па.
Корпусы клапанов – литые из алюминиевого сплава АЛ-9, по конструкции аналогичны корпусам клапанов КВУМ.
Материал уплотнителей – резина 7889.
Технические характеристики клапанов КПУ-Л
| Клапан
Диаметр условного |
КПУ-25Л | КПУ-40Л | КПУ-63Л |
| прохода, мм | 25 | 40 | 63 |
| Проводимость, дм3/с | 16 | 30 | 45 |
| Время срабатывания, с | 0,2 | 0,3 | 0,5 |
| Габаритные размеры, мм | 170×75×210 | 195×90×260 | 245×135×355 |
| Масса, кг | 2,2 | 3,6 | 7,6 |
| Допустимый поток натекания, м3Па/с | 5×10–9 | 5×10–9 | 5×10–9 |
| Потребляемая мощность, Вт | 7,2 | 7,2 | 7,2 |
| Средняя наработка на отказ, циклов | 104 | 104 | 104 |
| Средний ресурс, циклов | 105 | 105 | 105 |
| Напряжение питания золотник, В | 24 | 24 | 24 |
| Давление воздуха в сети, МПа | 0,4…0,6 | 0,4…0,6 | 0,4…0,6 |
Вакуумные плоские затворы шиберного типа серий ЗЭПШ и ЗППШ
Вакуумные затворы используются для перекрытия вакуумных коммуникаций (рис. 3). По сравнению с угловыми затворами плоские прямопролетные затворы обладают большей вакуумной проводимостью (в ~2 раза).
Диаметр условного прохода ЗЭПШ с электромеханическим приводом 160 и 250 мм; ЗППШ с электропневматическим приводом – 100; 160; 200 и 250 мм.
Технические характеристики затворов ЗЭПШ и ЗППШ
| Затвор | ЗЭПШ-160 | ЗЭПШ-250 | ЗЭПШ-160 | ЗЭПШ-250 |
| Диаметр условного прохода, мм | 160 | 250 | 160 | 250 |
| Проводимость, м3/с | 4,0 | 16 | 2,6 | 16 |
| Тип привода | Эл./мех. | Эл./мех. | Эл./пневм.Эл./пневм. | |
| Мощность электродвигателя, Вт (при напряжении сети 220/380 В и частоте 50 Гц) | 40 | 60 | – – | |
| Давление в пневмосети, МПа | – | – | 0,4…0,6 | 0,4…0,6 |
| Температура прогрева, °С |
300 |
70 |
300 |
300 |
| Габаритные | ||||
| размеры, мм | 440×250×245 | 575×300×210 | 445×255×215 | 575×360×205 |
| Масса, кг | 25 | 43 | 11 | 41 |
Дополнительно для затворов ЗЭПШ
Рабочее давление, Па 105…10–7
Поток натекания, м3Па/с 6×10–11
Время открытия или закрытия, с Менее 4
Средняя наработка на отказ, циклов 104
Средний ресурс, циклов 5×105
Плоские затворы особенно удобны при компоновке вакуумного оборудования с ионно-лучевой технологией, в ускорительной технике, а также для осуществления автоматического шлюзования образцов при научных исследованиях и при производстве изделий электронной техники.
Особенность затворов – высокая степень унификации: затворы различаются только приводами, а корпусы и основные механизмы и узлы идентичны.
Сверхвысоковакуумные клапаны серии КРУТ
Цельнометаллические клапаны типа КРУТ (рис. 4) с ручным приводом (D N = 10 и 40 мм) предназначены для комплектования сверхвысоковакуумного оборудования, работающего при давлении 105…10–10 Па, в качестве запирающего элемента. Главная их особенность в том, что они являются прогреваемыми в закрытом положении до температуры 300°С.
Присоединительные размеры фланцев соответствуют ГОСТ 26526–85 и стандарту ISO-3669, за основу которого взяты соединения типа «Сonflat».
Технические характеристики клапанов КРУТ
| Клапан | КРУТ-10 | КРУТ-40 |
| Диаметр условного прохода, мм | 10 | 40 |
| Проводимость, дм3/с | 6,3 | 40 |
| Габаритные размеры, мм | 70x60x120 | 115x90x235 |
| Масса, кг | 1,0 | 7,0 |
| Допустимый поток натекания, м3Па/с | 5×10–11 | 5×10–11 |
| Средний ресурс, циклов | Не менее 1 000 | Не менее 1 000 |
| Наработка на отказ (с прогревом в закрытом состоянии при 300°С), циклов | 150 | 150 |
| Рабочее положение | Любое | Любое |
Газовые клапаны
Разработаны и серийно выпускаются прямопроходные электромагнитные клапаны со встроенными блоками питания и управления (ВБПУ) в двух исполнениях: нормально закрытые (н/з) серии КЭП-Г (рис. 5) и нормально открытые (н/о) серии КУМ-Г (рис. 6). Присоединение – муфтовое или фланцевое (для D N = 50 мм).
Технические характеристики газовых клапанов
| Диаметр условного прохода, мм | 10, 15, 20, 25, 50 |
| Основной конструкционный материал: | |
| корпус и детали | Сталь 20, сталь 12Х18Н10Т |
| уплотнители | Фторопласт Ф4, паронит, резина 9024; |
| Средняя наработка на отказ, циклов открыто–закрыт» | 5 000 |
| Средний ресурс, циклов | 250 000 |
| Рабочее давление, МПа | До 0,6 |
| Перепад давления, МПа | 0,6 |
| Степень герметичности | «А» по ГОСТ 9544; |
| Время открытия/закрытия, с | Менее 1 |
| Пусковой ток, А | |
| для DN =15; 20; 25; 50 мм | 5,3 |
| для DN =10 мм | 4,0 |
| Питание и управление от ВБПУ | 220 В, 50 Гц |
| Положение на газопроводе приводом вниз | Любое, кроме положения |
| Степень защиты | IP 54 |
| Вид климатического исполнения | УХЛ4 по ГОСТ 15150 |
Клапаны – нормально закрытые с разгрузочным устройством и усилителем, бессальниковые. Принудительный подъем и удержание запорного органа осуществляются с помощью электромагнитного привода со встроенным электронным ВБПУ, аналогичным блокам питания и управления вакуумных клапанов.
Гидравлические клапаны
Для автоматизированных систем водяного охлаждения вакуумных насосов, дуговых, магнетронных и электронных испарителей и других узлов вакуумного оборудования разработаны и серийно выпускаются электромагнитные гидравлические клапаны типа КМ в нормально закрытом исполнении (рис. 8).
Технические характеристики гидравлических клапанов КМ
| Диаметр условного прохода, мм | 10; 15; 20; 25; 50 |
| Основной конструкционный материал: | |
| корпус и детали | Коррозионно-стойкая или углеродистая сталь, чугун СЧ-20 (DN50) |
| уплотнители | Фторопласт Ф4, паронит |
| Средняя наработка на отказ, циклов открыто–закрыто | 5 000 |
| Средний ресурс, циклов | 80 000 |
| Температура рабочей среды, °С: | |
| для DN = 10, 15, 20, 25 мм | До 70 |
| для DN = 50 мм | До 150 |
| Рабочее давление МПа: | |
| для DN = 10, 15, 20, 25 мм | До 1 |
| для DN = 50 мм | До 1,6 |
| Допустимая величина относительной протечки в положении «закрыто», см3/мин | Не более 0,3 |
| Время открытия/закрытия, с | Не более 1 |
| Питание переменного тока 220 В, 50 Гц | Однофазная сеть |
| Потребляемая мощность, Вт (ВА) | Не более 10 (70) |
| Установочное положение
на трубопроводе |
Любое, кроме положения приводом вниз |
| Пусковой ток, А | Не более 5,3 |
| Степень защиты | IP 54 |
| ВБПУ | Аналогичные блокам питания
и управления вакуумных клапанов |
(нормально закрытые) DN-15, 50, 25 мм
Для применения при разработке проектов, а также при реконструкции и ремонте действующих РТС, КТС, ЦТП, ИТП, вентиляционных систем и тепловых сетей разработаны и серийно выпускаются запорно-регулирующие гидравлические клапаны серии КЗР-АРГОНАВТ (рис. 9). Эти клапаны применяются и в других отраслях для автоматического регулирования технологических процессов.
Конструктивно клапаны являются прямопроходными односедельными фланцевыми с диаметром условного прохода DN = 15…125 мм и пропускной способностью
Kvs = 0,1…320 м3/ч.
В клапанах серии КЗР-АРГОНАВТ сочетаются одновременно функции двух клапанов: регулирующего и запорного. Благодаря односедельной конструкции и надежному перекрытию рабочего потока в положении «закрыто» имеется возможность исключить применение на трубопроводе дополнительных запорных вентилей до и после клапана.
Технические характеристики клапанов серии КЗР-АРГОНАВТ
| Диаметр условного прохода, мм | 15; 25; 32; 50; 65; 80; 100; 125 |
| Основной конструкционный материал: | |
| корпус (проточная часть) | Серый чугун СЧ 20
(для DN15 и DN32 – сталь 20) |
| затвор (седло и плунжер) | Коррозионно-стойкая сталь 12Х18Н10Т |
| уплотнители плунжера и сальникового узла | Фторопласт Ф4 |
| Средняя наработка на отказ, ч | 10 000 |
| Средний ресурс, ч | 80 000 |
| Средний срок службы, лет | 10 |
| Датчик степени открытия клапана | Резисторный (100 Ом, 1 кОм) или токовый (0…5 мА, 0…20 мА, 4…20 мА) по заказу |
| Давление, МПа: | |
| рабочее | 1,6 |
| пробное | 2,4 |
| Пропускная способность, | 0,1…320 м3/ч |
| Допустимая величина относительной протечки в положении «закрыто» | Менее 0,0001% Кvs |
| Пропускная характеристика | Линейная (равнопроцентная – по заказу) |
| Установочное положение на трубопроводе | Любое, кроме положения приводом вниз |
| Время полного открытия/закрытия, с | 20…150 (в зависимости от DN и типа привода) может выбираться по требованию заказчика |
| Температура рабочей среды, °С | До 150 |
| Напряжение питания | 220 В, 50 Гц |
| Степень защиты | IР 54 или IP65 |
| Коэффициент гидравлического сопротивления | 4,2…6,6 |
| Имеется ручной дублер и указатель положения. | |
