在采用气动或电磁执行机构的阀门中,当阀盘受到撞击或制动时,不可避免地会发生冲击和振动。虽然这种干扰可以通过各种技术手段可靠地减少,但在许多应用中,减振所需的努力是相当大的,甚至在极端情况下,会导致性能参数受到限制。
出于这个原因,VAT越来越多地转向电力驱动。这种类型的驱动特点是,即使在很短的关闭时间内也能精确控制阀盘的关闭或打开。现代高科技应用(例如半导体芯片的生产)在低振动方面的要求越来越高,由此这项技术解决方案对隔离阀也产生了越来越大的吸引力。
因此,除了开发用于真空控制阀的电动执行器外,VAT 多年来还一直致力于开发用于真空隔离阀的电动阀门变体。角阀受到特别关注,这是一种通用且非常模块化的阀门设计,用于大量应用。在角阀中,电动执行器在防止冲击和振动方面具有显着优势。电动角阀不需要任何额外的机械振动阻尼,因此可以更接近振动关键过程区域,从而降低了许多区域真空系统的复杂性。
适用各种应用的独立电机布局
为了最大限度利用电动执行器的优势,我们为每种阀门应用定义了单独的动力传输和电机布局。例如,用于超快循环时间的阀门必须使用与具有正常关闭循环的阀门不同的电机来运行,而带有重型闸板的大型阀门需的电机尺寸与小型阀门不同。
VAT的客户通常会对新开发的阀门进行测试,并确定可能的应用领域。对于新型 26.4 HV 电动角阀,这一“鉴定阶段”目前正在全面展开:研究和工业部门的多家公司正在测试该系列的阀门,并探索新的性能参数将为优化现有或未来系统构建带来哪些可能性。
在印度著名的 BARC 大型研究机构进行的一项现场测试已证实,VAT 新开发的 26.4 (DN 25) 系列电机控制高真空角阀的噪音水平已降至 48 分贝以下,这是一个用于避免冲击和振动的明确参数。在各种负载测试中,VAT 规定的300 毫秒关闭时间也被证明是可靠的。随着新角阀的发布,不仅更加平稳可控,而且关闭速度非常快,VAT并没有做出不可行的承诺!
BARC 的主要设施包括 Pelletron 超导体线性加速器 (TIFR)、中子束研究设施、INDUS 同步加速器上的一系列最先进的光束线、位于拉达克的 TeV 大气切伦科夫望远镜、折叠串联离子加速器、直接在 BARC 站点上的 PURNIMA 快中子设施,以及与孟买电子束中心合作的 10 MeV 电子加速器。对于所有这些复杂的研究设施,BARC正在与 VAT 等供应商合作,不断开发创新的检测器、传感器、质谱仪、成像技术和真空系统组件。
低振动真空运动组件的趋势。
至于在 BARC 和其他地方使用的隔离真空阀,带有气动开启或关闭机制的阀门已经成功使用了几十年。但大规模研究和制造设施的日益小型化正迫使阀门开发商重新考虑他们的方法。这是因为当推动或制动阀盘时,气动解决方案会受到冲击和振动的影响,而随着需求的增加,这些干扰必须以越来越大的代价在系统布局中加以抑制或考虑。这同样适用于类似的电磁解决方案,其中阀门开度通过弹簧控制,弹簧通过载流电磁阀气缸线圈加载和卸载。
例如,在现代半导体制造商的高精度生产设施中,粗动作不再是一种选择。考虑到必须在这里精确加工越来越小的结构,即使是生产系统中最小的振动也会对制造质量产生显著影响。VAT科学真空应用客户顾问 Andreas Dostmann 总结了最初的情况: “因此,我们观察到市场对真空隔离阀的需求不断增加,这些真空隔离阀具有更平稳的运动,而不限制性能参数,理想情况下与控制阀一样具有可控的运动曲线,”
软性运动控制
因此,VAT 多年来一直致力于开发电动真空隔离阀。电驱动允许阀板以可变速度非常灵活地产生运动曲线,从而仅在极小的范围内发生振动或冲击。当然,VAT 开发人员始终面临着这样的挑战:不能以牺牲电动驱动器的“较软”运动特性来换取更慢的关闭或打开时间,而是将这两种特性结合在一个解决方案中!
这取得了巨大的成功,正如 Andreas Dostmann 满意指出的那样:“所有新的电动隔离阀变体的特点是可以非常精确地控制阀门,而不会影响关闭时间。因此,我们可以在很大程度上避免气动解决方案产生的振动影响!”例如,关闭过程的最后可以用客梯的方式轻轻缓冲,这样就不会发生急动,这样一来,可靠地防止了整个系统因阀门运动而产生的振动。
无电流电动关闭阀
其中的一个关键是现代精密电动驱动器提供的极其精细的控制,其加速/减速变化在毫秒范围内。然而,仅靠驱动器当然是不够的,Andreas Dostmann 表示:“为了尽可能地控制惯性和离心力,我们在驱动侧和阀门移动部件侧使用了广泛的技术创新。”
由于各个系列之间的运动周期和要移动的质量差异很大,因此 VAT 开发人员必须为每个单独的阀门重新考虑哪种动力传输和电机布局最能突出电力驱动的优势。他们仔细权衡了哪些电机规格需要更快或更慢的循环时间、更长或更短的冲程长度,以及更重或更轻的阀盘。客户在减少构建体积方面的要求也会影响执行器的设计。
目前的电动角阀
26.4 系列的高真空角阀是 VAT 开发人员最近成功应对这一挑战的系列之一:现在,VAT在其产品组合中也有了一个电动阀门变体。与电磁变体一样,只要没有电流流过线圈,弹簧就会关闭阀门,新开发的电动高真空角阀是所谓的常闭阀,即当不再有电流流过电机时,它可以通过自动关闭阀门来可靠地防止电源故障。
角阀通常用作学术研究和各工业应用中的二次真空阀,并具有相对应的广泛用途。 Andreas Dostmann 列举了一个典型的应用案例:“像粒子加速器这样的大型研究设施通常非常大,以至于加速器中用于隔离各个部分的扇形阀无法在大气压的满负荷情况下简单地打开。因此,真空部分必须事先通风,这正是此类 VAT 高真空角阀的理想选择。“
此外,在所谓的软泵控制中,真空室中的压力持续降低,这种类型的角阀也会被使用 ,有时应用在级联中。 29.2系列高真空角阀,其中大角阀与小角阀组合作为旁路,从而实现平缓的启动,没有压力波动脉冲。
应用范围广泛
现代激光系统,例如出现在 BARC 核燃料循环中的激光系统,也是新型电动角阀可期的应用领域。 Andreas Dostmann 评论道:“激光对振动极其敏感。普通气动阀引起的冲击是不可接受的。在这里,电动执行器可以充分展示其运行平稳的优势,并且具有与电磁变体相似的快速关闭时间。”
经过测试发现效果良好
当然,VAT 提供给客户的新阀门变体的所有参数都是在规定的标准条件下经过多次仔细测试的。但对于许多客户而言,在其各自的应用环境中验证参数同样非常重要。 Andreas Dostmann 解释道:“我们的大多数主要客户都有自己的部门来测试潜在的新组件的应用质量。如果组件通过测试,它通常可以被客户的不同部门采购和使用。”印度 BARC 电磁应用和仪器学系的物理学家现已对电动角阀进行了相应的验证。
在像 BARC 这样的大型研究机构中,许多地方都需要高真空角阀,因此测试人员对电动阀门变体在多大程度上可以使他们的系统在未来更加高效感到好奇。在为期两个月的测试阶段,测试结果非常准确地证实了VAT的预测数据。测试人员还能够确认。这些低振动和能够快速关闭的 26.4 HV 角阀将来可以在许多 BARC 工厂中找到应用途径。