Vaakumteenus avaldab PFA küttekeha tihenditele ainulaadseid pingeid. Rõhu erinevus -atmosfäärirõhk väljaspool paaki (1 bar) ja peaaegu -vaakum sees (kuni 0,01 baari absoluutne)-loob tihendisõlmele väljapoole suunatud netojõu. Tüüpilise 50 mm läbimõõduga küttekeha läbitungimise korral ulatub kogujõud 200–400 N (20–40 kg), püüdes kütteseadet paagi seinast välja tõmmata. Samal ajal tõmbab vaakum tihendi mikroskoopilistest piludest välja kõik lenduvad osad (vesi, lahustid, happeaurud), mis võib kahjustada PFA-d või tihendusliidest. Keermestatud, äärikuga ja surveliitmike tihendite hulgas säilitab äärikühendus kinnise elastomeerse tihendiga (FKM või FFKM) kõige paremini PFA küttekeha terviklikkuse vaakumis. Surveliitmik (ümbristüüp) töötab mõõduka vaakumi korral (kuni 0,1 baari) vastuvõetavalt, kuid ei tööta kõrgemal vaakumil PFA roomamise tõttu. Keermestatud ühendus (NPT või BSP) ei sobi ühegi vaakumteenuse jaoks, kuna PFA keermed ei suuda alarõhu all hoida gaasitihedat tihendit.
Tihendi käitumine vaakumis: ebaõnnestumise mehhanismid
Vaakumi all lülitub tihendusmehhanism surveteenistusest tagasi. Ülerõhuteenuse korral surub siserõhk PFA-soojendi väljapoole vastu tihendit, parandades sellega kontakti. Vaakumis surub väline atmosfäärirõhk küttekeha sissepoole, kuid rõhuerinevus on palju väiksem (maksimaalselt 1 bar vs . 10 bar võimalik surveteenistuses). Kriitiline rikkerežiim ei ole väljapuhumine{5}}, vaid leke läbi mikroskoopiliste kanalite. Kuna vaakum tõmbab õhku paagi sisemusest, põhjustab igasugune väljastpoolt tuleva lekketee lekke sissepoole (õhk paaki), mis on samavõrra vastuvõetamatu vaakumprotsessides, mis nõuavad inertset atmosfääri või keemilist puhtust.
Keermestatud PFA ühenduste (NPT või BSP) puhul sõltub tihendus keerme häiretest. PFA on viskoelastne ja roomab pideva koormuse korral. Vaakumis põhjustab sisemise rõhu puudumine keermete survestamiseks vastu ühenduspinda niite lõdvendades oma interferentsi sobivust. Pärast 24–72 tundi vaakumis tekib keermestatud PFA-ühenduse lekkekiirus tavaliselt 10⁻² kuni 10⁻¹ mbar·L/s-, mis on enamiku vaakumrakenduste jaoks vastuvõetamatu. Keerme hermeetik (PTFE-teip või pasta) tagab ajutise paranemise, kuid teibid libisevad vaakumis ja pasta eraldab lenduvad ühendid, mis saastavad vaakumkambrit.
Surveliitmikud (ümbrise tüüp, sarnane Swagelokiga, kuid PFA-ühendustega) tihendavad, surudes polümeerse ümbrise vastu PFA toru ja liitmiku korpust. Vaakumi all võib esialgne tihend kinni pidada. PFA aga hiilib ümbrise pideva kokkusurumise all. Pärast 500–2000 tundi vaakumis kaotab hülss 20–40% oma survejõust. Saadud lekkekiirus tõuseb alates<10⁻⁵ mbar·L/s (acceptable for high vacuum) to 10⁻³–10⁻² mbar·L/s (unacceptable). Re-tightening the compression nut can restore the seal, but each re-tightening reduces the remaining PFA wall thickness under the ferrule, limiting the number of cycles.
Tihendusmeetodite võrdlus vaakumis
| Tihendusmeetod | Maksimaalne saavutatav vaakum (absoluutne rõhk) | Esialgne lekkekiirus (mbar·L/s) | Lekkekiirus Pärast 1000 tundi 0,01 baari juures | Creep{0}}Seotud rike? | Gaaside väljutamise määr (vesi, orgaanilised ained) | Parim rakendus |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Keermestatud NPT (PFA metalliks) | 0,5 baari (halb vaakum) | 10⁻¹–10⁰ | 10⁰–10¹ (halveneb) | Jah, niidid lõdvestuvad mõne päevaga | Kõrge (keerme hermeetiku väljumine) | Ei soovitata vaakumiks |
| Keermestatud PTFE teibiga | 0,2 baari | 10⁻²–10⁻¹ | 10⁻¹–10⁰ | Jah, lint roomab | Väga kõrge (lint väljub gaasist) | Ainult ajutiselt |
| Tihendusliitmik (ühe ümbrisega, PFA) | 0,05 baari | 10⁻⁴–10⁻³ | 10⁻³–10⁻² (pärast 1000 tundi) | Jah, ümbris roomab | Mõõdukas (ümbrise polümeeri väljuvad gaasid) | Madal vaakum, vahelduv vaakum |
| Surveliitmik (metallist ümbris PFA-l) | 0,01 baari | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ (pärast 1000 tundi) | Jah, PFA ümbrise all roomab | Madal (metallist ümbris, minimaalne gaasi väljavool) | Keskmine vaakum; igal aastal üle vaadata |
| Äärikuga elastomeerse tihendiga (FKM) | 10⁻⁵ baari (kõrgvaakum) | <10⁻⁶ | <10⁻⁶ | Ei, tihend säilitab surve | Madal (FKM-i väljalaskekiirus 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar·L/s·cm²) | Kõrgvaakum, puhtad protsessid |
| Äärikuga elastomeerse tihendiga (FFKM, perfluoroelastomeer) | 10⁻⁷ baari (üli-kõrge vaakum) | <10⁻⁸ | <10⁻⁸ | Ei, FFKM on stabiilne | Väga madal (FFKM-i eraldumine pärast küpsetamist{0}}minimaalne) | Ultra-kõrge vaakum, agressiivsed kemikaalid |
| Äärikuga metalltihendiga (vask või alumiinium) | 10⁻⁹ baari | <10⁻¹⁰ | <10⁻¹⁰ | Ei, metall ei rooma | Puudub (metalli eraldumine pärast küpsetamist on tühine) | Äärmuslik vaakum (vaakumpahjud, uuringud) |
| O-rõnga soon PFA äärikus (integreeritud tihend) | 10⁻³ baari | 10⁻⁵–10⁻⁴ | 10⁻⁴–10⁻³ | Jah, PFA hiilib O-rõnga alla | Madal | Madal vaakum,-kulutundlik |
Äärikuga ühenduse disain vaakumteenuse jaoks
Vaakumrakendustes kuni 0,01 baari (absoluutne 10 mbar) on soovitatav kasutada äärikühendust kinni jäänud FKM-tihendiga. Äärik surub tihendi kokku metallist varuääriku ja paagi seina vahel. PFA-soojendil on integreeritud äärik (vormitud või keevitatud). Vaakumi terviklikkuse peamised konstruktsiooniomadused: (1) tihend peab olema täielikult soonde kinni jäänud, et vältida väljapressimist; (2) survejõudu tuleb rakendada metallpoltide ja seibidega, mitte ainult PFA kaudu; (3) PFA äärikul peaks olema metallist sisetükk või varurõngas, et jaotada poldi koormust ilma hiilimiseta. Vaakumi puhul alla 0,01 baari (kõrge vaakum, 10-5 mbar või madalam) on väiksema gaasieralduse tõttu vajalik FFKM (Kalrez või Chemraz) tihend. Äärikupoldid tuleb keerata kindlaksmääratud väärtuseni (tavaliselt 5–10 N·m M8 poltide puhul) ja uuesti{15}}keerata 24 tunni pärast, et kompenseerida esialgset PFA roome. Pärast uuesti pingutamist püsib äärikutihend pidevas vaakumis aastaid stabiilsena.
Äärmuslike vaakumrakenduste (10⁻⁶ mbar ja alla selle) puhul on metallist tihend (vasest või alumiiniumist), mis on kokku surutud PFA-äärikuga küttekeha ja metallpaagi pordi vahel, ainus usaldusväärne meetod. Kuid metalltihend nõuab suurt poldi pöördemomenti (20–30 N·m), mis võib kahjustada PFA äärikut. Sellistel juhtudel peaks küttekehal olema täielikult kapseldatud metallist äärik (roostevabast terasest rõngale valatud PFA), nii et metallist -to{7}}metallist tihend ei kasutaks PFA kokkusurumist.
Olemasolevate vaakumseadmete välikinnitus
Olemasoleva vaakumi all paigaldatud küttekeha puhul, millel on lekkemärgid (vaakumkambri rõhu tõus, vanni aurudest tulenev saastumine), tehke heeliumi lekkekatse. Ühendage heeliumi lekkeandur paagi vaakumtoruga ja pihustage heeliumi ümber küttekeha tihendi. Lekkekiirus üle 10⁻⁵ mbar·L/s nõuab uuesti sulgemist. Surveliitmike puhul tuleks esimene katse{4}}mutri uuesti kinni keerata (suurendage pöördemomenti 20% võrreldes algväärtusega). Kui leke püsib, vahetage hülss välja. Elastomeeride tihenditega äärikühenduste korral taastab poltide{8}}pööramine algspetsifikatsioonile sageli tihendi terviklikkuse. Kui leke jätkub pärast uuesti pingutamist, vahetage tihend. Äärikuga ühendused võivad küttekeha eluea jooksul vastu pidada 5–10 tihendi vahetuse korral. Lekkinud vaakumi all olevaid keermestatud ühendusi ei saa usaldusväärselt parandada; kogu läbiviigukomplekt tuleks asendada äärikuga.
Järeldus: ääristatud kinnijäänud tihendiga, mis sobib kõige paremini vaakumi jaoks
PFA-küttekeha terviklikkuse säilitamiseks vaakumis on kinnise elastomeerse tihendiga äärikühendus (FKM mõõduka vaakumi jaoks, FFKM kõrgvaakumi jaoks) parem kui keermestatud või surveliitmikud. Keermestatud PFA-ühendused hiilivad vaakumis alla ja lekivad tundide kuni päevade jooksul. Surveliitmikud hoiavad algul mõõdukat vaakumit (kuni 0,05 baari), kuid roomavad sadade tundide jooksul, nõudes perioodilist uuesti-pingutamist ja lõpuks väljavahetamist. Nõuetekohase tihendiga äärikuühendused ja metallist varurõngad hoiavad lekkemäära alla 10⁻⁶ mbar·L/s aastaid pideva vaakumi all kuni 10⁻⁵ baarini. Insenerid, kes määravad vaakumtöötlemiseks PFA-soojendid, peaksid määrama äärikühendused koos pöördemomendi spetsifikatsioonide ja pöördemomendi taastamise{8}}protseduuridega. Alla 0,1 baari absoluutse vaakumi korral peaksid keermestatud PFA-ühendused olema spetsifikatsioonidega keelatud. Äärikuühenduse lisakulud (tavaliselt 20–40% rohkem kui keermestatud) kaetakse tänu usaldusväärsele vaakumi terviklikkusele ja tihendite hooldamisel tekkivate planeerimata seisakute kõrvaldamisele. Kui vaakumi tase nõuab rõhku alla 0,01 baari, ei ole FFKM-i tihendid ja metallist varurõngad valikulised,{16}}need on nõutava vaakumi hoidmisaja saavutamiseks ja säilitamiseks kohustuslikud.
