正航簡介電極密封設(shè)計以及電極密封的具體要求
時間：2015-07-21 作者：www.zj6d.com 點擊:次
正航簡介電極密封設(shè)計以及電極密封的具體要求
1.電極密封的具體要求
將電輸入到真空容器中去進行供電，在各種真空設(shè)備上是經(jīng)常遇到的，對于金屬真空設(shè)備來說，這種引電裝置最好采用可拆卸的連接密封，這樣便于維修。從輸入的電流、電壓、頻率和輸電線的溫度等因素考慮，對輸電極本身及真空密封材料的設(shè)計要求是：
①引線裝置的真空密封多采用橡膠做密封圈，因此對大電流、高溫處應(yīng)采用水冷，以防止溫度過高時破壞真空橡膠圈和影響真空室的真空度。
②真空密封應(yīng)可靠，對導(dǎo)電紫銅棒應(yīng)當(dāng)要求有較高的精度和較好的表面粗糙度，并且在裝配時應(yīng)涂以真空油脂。
③輸電極的直徑應(yīng)大小適當(dāng)，不應(yīng)使電流密度過大，以防輸電極過熱。
④由于輸電極上有一定的電壓，因此必須使它與連接密封處絕緣，特別是高壓輸電極，更不能忽視。絕緣材料的選用，應(yīng)根據(jù)電壓大小，溫度的影響等因素，去考慮材料的電阻率，表面電阻率，擊穿電壓等問題。常用的絕緣材料的電阻率，表面電阻率，擊穿電壓等問題。常用的絕緣材料有真空橡膠，玻璃，陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、黃蠟布，聚四氟乙烯等。
⑤應(yīng)考慮頻率的影響。在低頻下頻率對密封的影響并不大，但是在高頻下，輸電極同絕緣材料應(yīng)按特殊要求確定。例如，當(dāng)頻率達到108Hz以上時，用作輸電極的某些材料的電阻率可能超過允許值，如可伐合金用作高頻時，由于高頻損耗，絕緣體的密封就會被加熱到不允許的程度。因此必須降低輸電極的電阻率或采用其他材料。
⑥應(yīng)考慮溫度的影響。對于需要烘烤的輸電極，應(yīng)能承受500oC高溫。必須區(qū)別引線在烘烤時，無電流時所承受的烘烤溫度及工作時發(fā)熱的兩種情況。如果輸電極被加熱，在結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免用任何不能承受溫度的材料。
2 電極密封方案及對比分析
真空爐的進電極(也叫水冷電極、銅電極或進電銅電級)是將電能引人到爐內(nèi)電熱元件(此處是石墨棒)上的導(dǎo)電裝置，采用水冷方式，用紫銅制造。它與爐室內(nèi)石墨發(fā)熱體相連，通過爐殼(真空爐爐殼采用圓筒狀雙層水冷結(jié)構(gòu)，圖中均未畫出)時要保證良好的真空密封;同時，進電極與爐殼應(yīng)有良好的絕緣性能。因此，在進電級與爐殼之間設(shè)計有密封結(jié)構(gòu)。
方案一的高梯度定向凝固爐進電極密封結(jié)構(gòu)(圖4.7)，進電極與爐殼電極孔之間有兩個聚四氟乙烯(或采用電膠木)絕緣套，密封用的O型橡膠圈放在兩個絕緣套中間。安裝時，保持進電極與爐殼之間的位置相對固定，逐步擰緊銅電極外部的螺母，O型橡膠密封圈在兩個絕緣套的擠壓下膨脹，最后形成進電極與電極孔之間的完全密封。
這種密封結(jié)構(gòu)看似簡單，但安裝時一擰緊螺母，進電極就會往外走，且伴有少許旋轉(zhuǎn)，從而帶動爐內(nèi)石墨過渡電極旋轉(zhuǎn)，很難保持其與爐殼之間的位置相對固定，而進電極位移過大極易損壞爐內(nèi)的石墨過渡電極與石墨發(fā)熱體。圖1的進電極、絕緣套和爐殼電極孔之間間隙很小，沒有調(diào)整的余地，安裝較為困難。在正常的使用過程中，盡管進電極中通有冷卻水，爐內(nèi)也有碳氈用來防止熱輻射，伸人爐內(nèi)的少部分絕緣套在傳導(dǎo)熱與剩余的輻射熱的共同作用下，用不了多久就會變形，O型橡密封膠圈上的擠壓力減小，最終密封受到破壞，從而導(dǎo)致真空泄漏。
方案二是在方案一的基礎(chǔ)上改進而形成的全新方案，主要是針對前面對方案一結(jié)構(gòu)所存在的缺點分析后，對其進行改進。改進后的進電極密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示。緊固用的螺母換成了法蘭，O型圈移到爐外，法蘭1(焊接在爐殼上)為不銹鋼材料(防止渦流效應(yīng))，從絕緣的角度考慮，法蘭2應(yīng)采用聚四氟乙烯材料，其上連有一小截絕緣套伸人爐殼進電極孔內(nèi)。法蘭1與法蘭2之間的端面、進電極、法蘭2與法蘭3之間的間隙均用O型圈密封。此結(jié)構(gòu)在緊固時，可保證進電極沒有任何位移。較薄的絕緣套使進電極與孔之間的間隙增大，安裝時調(diào)整余地大，容易實現(xiàn)與石墨過渡電極之間的連接，即使絕緣套變形，也不會造成法蘭密封的破壞。經(jīng)此改進，滿足安裝和使用的要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)過對比分析，本文確定選用方案二的密封結(jié)構(gòu)進行密封設(shè)計。
3 電極密封材料及加工精度要求
針對電極密封確定的方案二密封結(jié)構(gòu)，其材料如下
(1)法蘭1(焊接在爐殼上)為不銹鋼材料，可以防止渦流效應(yīng)。
(2) 法蘭2從絕緣的角度考慮，應(yīng)采用聚四氟乙烯材料。
(3) 法蘭1與法蘭2之間的端面、進電極、法蘭2與法蘭3之間的間隙均用O型圈密封。O型材料的確定如4.2.3節(jié)中的法蘭密封O型圈材料的選擇相同，在這里不重復(fù)介紹。
電極密封面也主要是法蘭之間的密封面接觸，其加工需求也和4.2.3節(jié)中的法蘭密封面得要求一致。
1.電極密封的具體要求
將電輸入到真空容器中去進行供電，在各種真空設(shè)備上是經(jīng)常遇到的，對于金屬真空設(shè)備來說，這種引電裝置最好采用可拆卸的連接密封，這樣便于維修。從輸入的電流、電壓、頻率和輸電線的溫度等因素考慮，對輸電極本身及真空密封材料的設(shè)計要求是：
①引線裝置的真空密封多采用橡膠做密封圈，因此對大電流、高溫處應(yīng)采用水冷，以防止溫度過高時破壞真空橡膠圈和影響真空室的真空度。
②真空密封應(yīng)可靠，對導(dǎo)電紫銅棒應(yīng)當(dāng)要求有較高的精度和較好的表面粗糙度，并且在裝配時應(yīng)涂以真空油脂。
③輸電極的直徑應(yīng)大小適當(dāng)，不應(yīng)使電流密度過大，以防輸電極過熱。
④由于輸電極上有一定的電壓，因此必須使它與連接密封處絕緣，特別是高壓輸電極，更不能忽視。絕緣材料的選用，應(yīng)根據(jù)電壓大小，溫度的影響等因素，去考慮材料的電阻率，表面電阻率，擊穿電壓等問題。常用的絕緣材料的電阻率，表面電阻率，擊穿電壓等問題。常用的絕緣材料有真空橡膠，玻璃，陶瓷、玻璃布板、玻璃布棒、黃蠟布，聚四氟乙烯等。
⑤應(yīng)考慮頻率的影響。在低頻下頻率對密封的影響并不大，但是在高頻下，輸電極同絕緣材料應(yīng)按特殊要求確定。例如，當(dāng)頻率達到108Hz以上時，用作輸電極的某些材料的電阻率可能超過允許值，如可伐合金用作高頻時，由于高頻損耗，絕緣體的密封就會被加熱到不允許的程度。因此必須降低輸電極的電阻率或采用其他材料。
⑥應(yīng)考慮溫度的影響。對于需要烘烤的輸電極，應(yīng)能承受500oC高溫。必須區(qū)別引線在烘烤時，無電流時所承受的烘烤溫度及工作時發(fā)熱的兩種情況。如果輸電極被加熱，在結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免用任何不能承受溫度的材料。
2 電極密封方案及對比分析
真空爐的進電極(也叫水冷電極、銅電極或進電銅電級)是將電能引人到爐內(nèi)電熱元件(此處是石墨棒)上的導(dǎo)電裝置，采用水冷方式，用紫銅制造。它與爐室內(nèi)石墨發(fā)熱體相連，通過爐殼(真空爐爐殼采用圓筒狀雙層水冷結(jié)構(gòu)，圖中均未畫出)時要保證良好的真空密封;同時，進電極與爐殼應(yīng)有良好的絕緣性能。因此，在進電級與爐殼之間設(shè)計有密封結(jié)構(gòu)。
方案一的高梯度定向凝固爐進電極密封結(jié)構(gòu)(圖4.7)，進電極與爐殼電極孔之間有兩個聚四氟乙烯(或采用電膠木)絕緣套，密封用的O型橡膠圈放在兩個絕緣套中間。安裝時，保持進電極與爐殼之間的位置相對固定，逐步擰緊銅電極外部的螺母，O型橡膠密封圈在兩個絕緣套的擠壓下膨脹，最后形成進電極與電極孔之間的完全密封。
這種密封結(jié)構(gòu)看似簡單，但安裝時一擰緊螺母，進電極就會往外走，且伴有少許旋轉(zhuǎn)，從而帶動爐內(nèi)石墨過渡電極旋轉(zhuǎn)，很難保持其與爐殼之間的位置相對固定，而進電極位移過大極易損壞爐內(nèi)的石墨過渡電極與石墨發(fā)熱體。圖1的進電極、絕緣套和爐殼電極孔之間間隙很小，沒有調(diào)整的余地，安裝較為困難。在正常的使用過程中，盡管進電極中通有冷卻水，爐內(nèi)也有碳氈用來防止熱輻射，伸人爐內(nèi)的少部分絕緣套在傳導(dǎo)熱與剩余的輻射熱的共同作用下，用不了多久就會變形，O型橡密封膠圈上的擠壓力減小，最終密封受到破壞，從而導(dǎo)致真空泄漏。
方案二是在方案一的基礎(chǔ)上改進而形成的全新方案，主要是針對前面對方案一結(jié)構(gòu)所存在的缺點分析后，對其進行改進。改進后的進電極密封結(jié)構(gòu)如圖2 所示。緊固用的螺母換成了法蘭，O型圈移到爐外，法蘭1(焊接在爐殼上)為不銹鋼材料(防止渦流效應(yīng))，從絕緣的角度考慮，法蘭2應(yīng)采用聚四氟乙烯材料，其上連有一小截絕緣套伸人爐殼進電極孔內(nèi)。法蘭1與法蘭2之間的端面、進電極、法蘭2與法蘭3之間的間隙均用O型圈密封。此結(jié)構(gòu)在緊固時，可保證進電極沒有任何位移。較薄的絕緣套使進電極與孔之間的間隙增大，安裝時調(diào)整余地大，容易實現(xiàn)與石墨過渡電極之間的連接，即使絕緣套變形，也不會造成法蘭密封的破壞。經(jīng)此改進，滿足安裝和使用的要求，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
經(jīng)過對比分析，本文確定選用方案二的密封結(jié)構(gòu)進行密封設(shè)計。
3 電極密封材料及加工精度要求
針對電極密封確定的方案二密封結(jié)構(gòu)，其材料如下
(1)法蘭1(焊接在爐殼上)為不銹鋼材料，可以防止渦流效應(yīng)。
(2) 法蘭2從絕緣的角度考慮，應(yīng)采用聚四氟乙烯材料。
(3) 法蘭1與法蘭2之間的端面、進電極、法蘭2與法蘭3之間的間隙均用O型圈密封。O型材料的確定如4.2.3節(jié)中的法蘭密封O型圈材料的選擇相同，在這里不重復(fù)介紹。
電極密封面也主要是法蘭之間的密封面接觸，其加工需求也和4.2.3節(jié)中的法蘭密封面得要求一致。
