Уплотнения для вакуумного оборудования

Уровень вакуума задаёт материал и конструкцию уплотнения раньше, чем размер. Одна и та же канавка Ø200 мм на камере сушки и на камере напыления требует разных колец, потому что в первой рабочее давление измеряют миллибарами, а во второй стотысячными долями. Поэтому разговор о вакуумном уплотнении начинают с давления, которое должна держать камера, и с температуры фланца в месте установки.

Вакуумное уплотнение подбирают по уровню вакуума

ISO 3529-1 делит вакуум на диапазоны: грубый от 100 кПа до 100 Па, средний от 100 до 0,1 Па, высокий от 0,1 Па до 10⁻⁶ Па, ниже начинается сверхвысокий. В редакции 2019 года нижнюю границу высокого вакуума сдвинули в десять раз, до 10⁻⁶ Па, что соответствует 10⁻⁸ мбар. Эта граница совпадает с практическим пределом эластомерных колец.

На схеме по горизонтали показатель степени давления в миллибарах. Грубый вакуум идёт от 10³ до 1 мбар, средний от 1 до 10⁻³, высокий от 10⁻³ до 10⁻⁸, сверхвысокий ниже 10⁻⁸ мбар. Кольца FKM работают от атмосферы до 10⁻⁸ мбар, медные прокладки CF уходят до 10⁻¹² мбар.

Резина ограничена проницаемостью, металл нет

Через сплошное резиновое кольцо газ проходит диффузией: молекулы растворяются в материале со стороны атмосферы и выходят в камеру. Справочник Pfeiffer Vacuum по вакуумной технике указывает, что в системах с уплотнениями FKM рабочее давление ниже 1·10⁻⁸ гПа достигается редко, хотя проницаемость FKM для воздуха низкая. У NBR и EPDM проницаемость выше, у силикона выше в разы, поэтому их ставят на грубый и средний вакуум.

Металлическое уплотнение фланца CF работает иначе: ножевые кромки двух фланцев вдавливают медное кольцо, медь течёт и заполняет неровности. Такое соединение по данным производителей вакуумной арматуры держит давление ниже 10⁻⁸ мбар и прогрев камеры, но прокладка одноразовая и требует толстых фланцев и большого усилия болтов. Медные прокладки делают по стандарту фланца, а эластомерные кольца для тех же фланцев CF, рассчитанные на нестрогий вакуум, изготавливают по размеру ножа.

Фланцы KF и ISO-K держит кольцо на центрирующем кольце

Быстроразъёмные фланцы KF (DN 10–50) и крупные ISO-K, ISO-F (от DN 63) уплотняют эластомерным кольцом, надетым на металлическое центрирующее кольцо. Хомут или зажимы сводят фланцы до упора в центрирующее кольцо, и обжатие резины задано его толщиной, а не силой затяжки. Поэтому для замены важны три размера кольца: внутренний диаметр, сечение и твёрдость, у FKM для таких фланцев ориентир 70–75 Shore A для марок общего назначения.

Пример: на линии восемь фланцев KF25 и два ISO-K 100. Для обслуживания удобнее держать комплект: десять колец FKM по размеру центрирующих колец плюс запас 20–30 % на порезы при монтаже. Кольца для стандартных фланцев есть у поставщиков вакуумной арматуры, а нестандартные сечения, увеличенные диаметры и кольца под импортные установки без каталожного номера делают по замеру канавки. Наша компания производит уплотнительные кольца нестандартных размеров по чертежу, эскизу или образцу.

Дверь камеры и печи держит шнур с вулканизированным стыком

Двери вакуумных печей, камер напыления и сушильных шкафов имеют канавку длиной в несколько метров. Формовать кольцо такого диаметра целиком дорого, поэтому его собирают из шнура FKM и вулканизируют стык. Для вакуума стык должен совпадать по сечению: ступенька в несколько десятых миллиметра даёт канал натекания, а клеевой стык для вакуума не годится. Так выполняют стыковку колец и рамок из шнура для вакуумных дверей.

У печей отдельная причина отказа: кольцо двери стоит на фланце, охлаждаемом водой. Если охлаждение засорилось, FKM перегревается выше своего предела, твердеет и получает остаточную деформацию, и новое кольцо в той же канавке выйдет из строя так же быстро. Поэтому перед заказом стоит проверить расход воды через рубашку фланца и записать температуру поверхности у канавки.

Крышка вакуумного упаковщика работает на грубом вакууме

В камерных упаковщиках продуктов крышка прижимается к корпусу силиконовым уплотнителем, а сварочные планки закрыты силиконовыми или PTFE-накладками. Вакуум здесь грубый, проницаемость силикона не мешает, а важнее стойкость к нагреву от планок, частому сжатию и мойке. Уплотнитель крышки изнашивается быстрее всего, его режут о край пакетов и мнут при закрывании.

Если уплотнитель может касаться продукта, нужен силикон, пригодный для пищевого контакта: обычно это подтверждает протокол испытаний на миграцию или экспертное заключение о соответствии Единым санитарным требованиям (Решение Комиссии Таможенного союза № 299), а какой документ нужен на деталь машины, решает служба качества. Размеры снимают по канавке крышки или по старому уплотнителю, учитывая усадку старого профиля. Остальные изнашиваемые детали упаковочных машин, от присосок до роликов, относятся к запчастям для упаковочного оборудования.

Подвижные вводы требуют отдельной конструкции

Ввод вращения или перемещения в камеру уплотнить сложнее всего: трение изнашивает резину, а смазка газит. Для грубого и среднего вакуума при малых скоростях ставят две манжеты с промежуточной откачкой полости между ними. Для высокого вакуума применяют сильфонные и магнитожидкостные вводы, и это уже покупной узел, а не деталь по чертежу.

Манжеты и кольца вводов изготавливают по размеру вала и корпуса из FKM или PTFE, но решение о том, хватит ли манжет для заданного давления, принимает разработчик установки. Обещать герметичность подвижного ввода без испытания на конкретной камере нельзя.

Натекание измеряют по росту давления

Перед заменой колец полезно убедиться, что течёт уплотнение, а не газят стенки. Откачку закрывают и записывают давление во времени. Натекание считают как Q = V × Δp / Δt. Пример: камера 100 л, давление за 10 минут выросло с 1·10⁻² до 5·10⁻² мбар. Q = 100 × 0,04 / 600 ≈ 6,7·10⁻³ мбар·л/с.

Если рост давления идёт по прямой, в систему поступает воздух извне и место ищут гелиевым течеискателем, начиная с последних вскрытых разъёмов. Если кривая выполаживается, основную часть даёт газовыделение стенок и новых колец, и помогает прогрев в допустимых для FKM пределах. Про путь газа через материал кольца и оценку проницаемости до покупки написано в материале о вакуумной резине.

Какое уплотнение нужно для высокого вакуума?

Уплотнение для высокого вакуума от 10⁻³ до 10⁻⁸ мбар обычно делают кольцом из FKM в канавке или на центрирующем кольце фланца KF и ISO-K. У FKM низкая проницаемость и газовыделение, он переносит прогрев. Ниже 10⁻⁸ мбар эластомеры ограничивает диффузия газа, и фланцы переводят на медные прокладки CF.

Чем уплотнить дверь вакуумной камеры большого диаметра?

Дверь вакуумной камеры большого диаметра уплотняют кольцом из шнура FKM с вулканизированным стыком, уложенным в канавку двери или корпуса. Стык не должен иметь ступеньки по сечению, клей для вакуума не подходит. На печах фланец под кольцом охлаждают водой, иначе резина перегревается и теряет упругость за несколько циклов.

Почему после замены кольца вакуум выходит дольше?

Новое вакуумное кольцо в первые часы откачки выделяет растворённые газы и влагу, накопленные при хранении, поэтому давление снижается медленнее обычного. Процесс ускоряет прогрев кольца в пределах, допустимых для материала. Если после суток откачки рост давления при закрытом насосе остаётся линейным, причина в натекании через стык, порез или неправильный размер кольца.

Данные для изготовления вакуумного уплотнения с первого раза

Заявка «кольцо для вакуумной камеры» без чисел ведёт к переписке на день. Для расчёта с первого раза нужны: рабочее давление в камере и способ проверки (рост давления, гелий), температура фланца в месте уплотнения, газы и пары в камере, включая масло насоса и технологические газы. Дальше конструкция: фланец KF, ISO-K, ISO-F, CF или канавка двери, её глубина и ширина, длина по контуру, фото узла.

Отдельно пишут, что известно наверняка, а что предположено. Если материал старого кольца неизвестен, в КП его записывают как предложение, например «FKM 75 Shore A, подобран по температуре фланца +150 °C», и согласуют до запуска. Для крупных колец указывают, допустим ли стык и где ему лучше находиться: на прямом участке канавки, а не на углу. Материал FKM для вакуумных колец подбирают по температуре фланца и газам камеры, а полную герметичность узла подтверждает только откачка на месте.

Нормы приведены по состоянию на октябрь 2026 года. Данные о материалах — ориентир для марок общего назначения; материал, размеры и допуски для вашего узла фиксируются в КП после технической оценки.