Pre aplikácie s vysokým -vákuom, ktoré si vyžadujú tlaky už od 0,01 mbar (10⁻⁵ bar), je jeden O-krúžok na montážnej prírube ohrievača PFA často nedostatočný z dôvodu prenikania cez elastomér a mikro-netesností na rozhraní. Dvojitý O-tesniaci systém s medziľahlým vákuovým portom ("pumpované" dvojité tesnenie) môže znížiť mieru úniku z 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s (jednoduché tesnenie) na 10⁻⁻⁶–10⁻⁸ mbarum·l/s, čo je prijateľné pre väčšinu{{{1} vákuových procesov Dva O-krúžky vytvárajú chránený objem; všetok plyn, ktorý uniká cez prvý O-krúžok, je odstránený vákuovou pumpou skôr, ako sa dostane k druhému O{15}}krúžku. Pre najvyššie úrovne vákua (10⁻⁷ mbar a menej) je potrebná kovová-utesnená príruba (v štýle ConFlat). Systém dvojitých O-krúžkov nepredstavuje úplnú elimináciu, ale dramatické zníženie. Je vysoko účinný pre stredné až vysoké vákuum (10⁻³ až 10⁻⁶ mbar). V prípade ohrievačov PFA je dodatočná zložitosť opodstatnená iba vtedy, keď proces vyžaduje rýchlosť úniku pod 10⁻⁵ mbar·l/s.
Únikové cesty a funkcia dvojitého tesnenia
V jedinom tesnení O-krúžku (Viton alebo FFKM) dochádza k úniku tromi cestami: (1) permeácia plynu cez elastomér (10⁻⁵–10⁻⁷ mbar·L/s na cm dĺžky tesnenia), (2) mikro-kanály na prírube O{7}}} (10⁻⁴–10⁻³ mbar·L/s pre 100 mm prírubu) a (3) samotné kovové rozhranie PFA{12}} (plášť ohrievača prechádzajúci cez prírubu). Jedno tesnenie zvyčajne dosahuje rýchlosť úniku 10⁻³–10⁻⁴ mbar·L/s – príliš veľa pre vysoký-vákuum.
Systém dvojitých O-krúžkov pridáva druhý O-krúžok a medzi ne vákuový port. Priestor medzi O-krúžkami je evakuovaný malou pomocnou vákuovou pumpou. Akýkoľvek plyn, ktorý unikne cez prvý O-krúžok, je okamžite odčerpaný a nikdy nedosiahne druhý O-krúžok. Efektívna miera úniku sa stáva súčinom: (miera úniku prvého tesnenia) × (miera úniku druhého tesnenia) / (rýchlosť čerpania). V praxi sú dosiahnuteľné rýchlosti úniku 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·l/s.
Porovnanie miery úniku pre 50 mm prírubu ohrievača PFA
| Konfigurácia tesnenia | Materiály | Dosiahnuteľná miera úniku (mbar·l/s) | Vhodná úroveň vákua | Zvýšenie nákladov (%) |
|---|---|---|---|---|
| Jeden O-krúžok (kompresia) | FKM | 10⁻³–10⁻⁴ | 1–10 mbar (hrubé vákuum) | 0% |
| Jeden O-krúžok (FFKM, Kalrez) | FFKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1 až 1 mbar | +10% |
| Jeden O-krúžok s tesniacim prostriedkom na drážky (vákuové mazivo) | FKM + mastnota | 10⁻⁵–10⁻⁶ | 0,01 až 0,1 mbar | +15% |
| Dvojitý O-krúžok (nečerpaný-) | FKM + FKM | 10⁻⁴–10⁻⁵ | 0,1 až 1 mbar | +20% |
| Dvojitý O-krúžok (pumpovaný, hrubé čerpadlo) | FKM + FKM | 10⁻⁶–10⁻⁷ | 10⁻⁵–10⁻⁴ mbar | +35% |
| Dvojitý O-krúžok (čerpaný, turbo čerpadlo) | FFKM + FFKM | 10⁻⁸–10⁻⁹ | 10⁻⁷–10⁻⁶ mbar | +50% |
| Kovové tesnenie (ConFlat, medené tesnenie) | Meď alebo hliník | <10⁻¹⁰ | Ultra-vysoké vákuum | +100% |
| Zvarený prechod PFA-na{1}}kov (hermetický) | PFA privarené ku kovovej prírube | <10⁻¹⁰ (through PFA) | Obmedzené permeáciou PFA | +200% |
Praktická inštalácia ohrievača PFA
Implementácia dvojitého tesnenia O-krúžku na prírubu ohrievača PFA pre-podtlakovú prevádzku:
Dizajn príruby: Príruba PFA musí mať na strane nádrže dve koncentrické drážky pre O{0}}krúžky (oddelené 15–25 mm). Oblasť medzi O-krúžkami má port (1/4 palca alebo 6 mm) pripojený k vákuovej pumpe (rotačná lopatka, schopná 10⁻² mbar).
Materiál O-krúžkov: Pre chemickú kompatibilitu s agresívnymi médiami použite FFKM (Kalrez, Chemraz). FKM (Viton) je prijateľný pre neagresívne výpary.
Krútiaci moment: Rovnomerne utiahnite skrutky príruby (hviezdicový vzor), aby ste stlačili O-krúžky o 20 – 25 % ich prierezového-priemeru.
Čerpanie: Objem medzi{0}}tesnenia by mal byť počas prevádzky nepretržite čerpaný. Vyhradená malá vákuová pumpa (10 l/min) je postačujúca.
Plášť ohrievača: Výstupný bod PFA-do{1}}kovového jadra na studenom konci je ďalšou potenciálnou cestou úniku. Použite silikónovú zálievku (pozri článok č. 87) alebo zvárané kovové vlnovcové tesnenie.
Príklad poľa
Komora na výskum polovodičov vyžadovala ohrievač PFA na udržanie 80 stupňov pod vysokým vákuom (10⁻⁵ mbar). Jediný O-krúžok tesnenia spôsobil tlakové skoky (10⁻³ mbar) v dôsledku netesnosti okolo príruby ohrievača. Systém bol inovovaný na čerpadlové dvojité O-krúžkové tesnenie (dva O-krúžky FKM, stredný port pripojený k malému membránovému čerpadlu). Tlak v komore zostal stabilný na 2 x 10⁻⁶ mbar počas 6 mesiacov. Ohrievač bol úspešne použitý na viacnásobné nanášanie. Dodatočné náklady boli 500 USD za úpravu príruby a čerpadlo.
Obmedzenia PFA vo vysokom vákuu
Aj pri dokonalom utesnení samotný plášť PFA odplyňuje (uvoľňuje absorbovanú vodu, zvyškové rozpúšťadlá) a je priepustný pre plyny. Pri tlakoch pod 10⁻⁶ mbar bude tlak pozadia obmedzený odplyňovaním z PFA (zvyčajne 10⁻⁶–10⁻⁷ mbar). Pre ultra-vysoké vákuum (UHV,<10⁻⁸ mbar), PFA cannot be used regardless of sealing. For medium to high vacuum (10⁻³ to 10⁻⁶ mbar), PFA with a double O-ring seal is acceptable.
Záver: Dvojitý O{0}}krúžok s pumpovaním znižuje únik na 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar·l/s
Pre aplikácie s vysokým-vákuom až do 0,01 mbar (10⁻⁵ bar) tesniaci systém s dvojitým O-krúžkom na montážnej prírube ohrievača PFA, s medzi-objemom tesnenia vyprázdneným čerpadlom, znižuje miery úniku z 10⁻³–10⁻L/⁴ (jednotlivé tesnenie) mbar 10⁻⁶–10⁻⁸ mbar.L/s. To je dostatočné pre väčšinu procesov so stredným a{10}vysokým vákuom. Systém úplne neodstráni únik, ale zníži ho o 2 až 4 rády. Pre tlaky nižšie ako 10⁻⁶ mbar zvážte kovové tesnenia alebo hermetické PFA-na-kovové prechody. Dvojité tesnenie je praktickým riešením pre vákuové pece, poťahovacie komory a odplyňovacie systémy. Premení problematickú prírubu na spoľahlivú bariéru. Nie dokonalé, ale blízke. Pre väčšinu-potreby vysokého vákua to stačí.
