Герметичный стык для соединения элементов и узлов высоковакуумных систем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

М. Кл. F 161 23 00

Заявлено 13.111.1970 (№ 1414927/25-8) с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

Соввта министров СССР па делам изобретений и сткрытий

Приоритет

Опубликовано 22.И11,1973. Б|оллетснь ¹ 34

Дата опу бликования описания 17.XII.1973

УДК 621.643 (088.8) Автор изобретения

Е. В. Руднев

3,".явитсль

ГЕРМЕТИК КЫИ С . ЫК hyke СОЕ11 И ИЕ11ИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

И УЗЛОВ ВЫСОКОВАКУУМНЫХ СИСТЕМ

Изобретение относится к области вакуумной техники и может использоваться для стыковки элементов и узлов вакуумных камер. Известны случаи применения, когда необходима дистанционная автоматическая замена отдельных элементов и узлов вакуумной камеры в эксплуатационных условиях, в частности замена кольцевой камеры протонного синхротрона на сверхвысокие энергии.

Обычно подобная стыковка производится с помощью уплотняющих прокладок, в том числе мсталлических, например индиевых, где стыковка вакуумной камеры осуществлена посредством механически стягиваемых фланцсв.

Известен герметичный сварной стык соединения элементов и узлов посредством тонкостенных фланцев, в котором сварной шов выполнеH по их контуру. При необходимости такой шов срезается механическим способом, и при повторной стыковке сварка производится вновь.

Однако при таком способе стыковки наблюдается нарушение вакуумной гигиены, вызываемое нагреванием свариваемых фланцев, происходящим в атмосфере окружающего воздуха и приводящим к образованию оксидпых, карбидных и другого рода пленок на внутренней поверхности фланцев. Это существенно затрудняет достижение необходимого рабочего давления и получение соответствующего спектра остаточных газов.

Кольцевая камера указанного ускорителя имеет большую протяженность и состоит из

5 многих тысяч герметичных узлов, работающих в условиях высокого уровня радиации.

Это опрсделяст высокие требования к системе ее герметизации: особо высокая степень надежности большо10 го числа герметичных стыков вакуумной камеры, возможность сравнительно легкого осуществления дпстанциопноавтоматпческой стыковки и расстыковкп отдельных элементов и узлов

15 камеры в эксплуатационных условиях, возможность осуществления оперативной дистанционной провсрки и эксплуатационного контроля состояния герметичности стыков и использования нх для разделения вакуумной

20 камеры на герметично изолированные участки, минимальная габаритная протяженность гсрметпчных стыков в их осевом направлении.

Предлагаемое устройство отличается тем, 25 что, с целью дистанционного осуществления высоконадежной стыковки и оперативного контроля степени герметичности стыка, оно выполнено в виде трех соосно расположенных фланцев, нз которых два магистральных

30 идснти тны и укрсплсны подвижно в осевом

369335 направлении на стыкуемых узлах посредстподпру>кипс11ных напр авля1о1цих H 3 Ilpуrnx ком псисато ров, а третий — проме>куточный флансц — помещен между магистральными. На каждой из сторон промежуточного фланца расположено по три замкнутых уплотняющих контура, из которых внутренний располо>кен Но высоковакуумцой границе герметичного стыка, внешний — по границе с окружающей средой и проме>куточный— между внешним и внутренним так, что в состыкованном (сопряженном) положении эти контуры образуют внутреннюю и охватыва1ощую ее внешнюю замкнутые полости, сооощающиеся со средствами, обеспечива1ощими получение в любой из этих полостей форвакуумного, атмосфсрного или избыточного давления воздуха или пробного -газа (например, гелия) . Взаимное поджатие магистральных флапцсв к промежуточному достигается одновременным:.Или . паслетдовательным разрс>кснием газа в указанных :полостях.

Для упрощения опсрацпи стыковки и расстыковки, а также ко11струкцпи манипуляторов, выполняющих эту опсрац1по автоматически, в предлагаемом устройстве промежуточный фланец подвешен или установлен в зазоре между магистральными фланцами, выполненными в своей средней части упруго деформирующимися под воздействием атмосферного давления, причем промежуточный фланец выполнен сплошным или состоящим из отдельных частей, например в форме колеса со спицами.

Внутренний уплотняющий контур герметичного стыка выполнен в виде идентично сопря>кснпых металлических поверхностей, имеющих форму сферических поясков с общим центром образующих эти пояски сферических поверхностей. Сферическая форма сопря>кения позволяст скомпенсировать нссоосность стыкусмых фланцев и снизить тем самым требование к точности установки стыкусмых элементов и узлов.

Наличие промежуточных полостей с форвакуумным давлением на несколько порядков сии>кает величину натекания через металлическое уплотнение внутреннего уплотняющсго контура в случае появления дефекта в его уплотнении. Кроме того, наличие двух (или большего числа) промежуточных полостей позволяет осуществить оперативный дистанционный контроль за состоянием гермети IHOстп внутреннего и промежуточного уплотняющсго контура путем подачи пробного газа во внутрсншою замкнутую полость, при этом расход пробного газа будет экономичен.

При необходимости тепловой вакуумной тренировки области герметичного стыка внешний и проме>куточный уплотняющие контуры могут быть выполнены в виде прокладок нс пз обычной, применяемой для подобной цели, вакуумной резины, а из витона или из свинца и других металлов и сплавов.

Псрсчислснныс особенности предлагаемого устройства позволяют обеспечить высокую надежность, осуществить сравнительно несло>к11ыми механическими манипуляторами дистанционную стыковку и расстыковку, обеспечить оперативный дистанционный контроль состояния cro герметичности, исключить применение болтов или других механических средств для герметичного поджатия фланцев и стабилизировать величину необходимого для этого усилия, а также допускают теплову1о вакуумную TpcHkfpoBK) герметичных стыков и использование этих стыков в качестве гсрмcTè÷ных заглушск для поиска и ликвидации аварийных дефектов герметичности высоковакуумной системы.

На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства, сопряжение сферических поверхностей внутреннего уплотняющсго контура и образование промежуточных полостей; на фиг. 2 — использование в качестве герметичной заглушки глухого магистрального фланца.

Магистральные фланцы 1 стыкусмых узлов ва куумной системы расположены соосно имеют возможность ограниченного осевого перемещения посредством подпру>киненных направляющих 2 11 упругих компенсаторов 8, выполнс«ных в виде металлических сильфонов. Магистральное отверстие каждого фланца концентрично обрам IcHO вогнутым сферическим пояском 4 с центром образующей поверхности, располо>кснным на магистральной оси >.

В зазоре между магистральными фланцами установлен проме>куточный фланец 6, магистральное отверстие которого с каждой стороны концснтричпо обрамлено выпуклым сфсричсским пояском 7 с центром образую1цсй сферической поверхности, расположенным также на магистральной оси. Кроме того, на ка>кдой стороне промежуточного фланца имс1отся уплотняющие прокладки 8 и 9, расположенные концснтрично магистральной оси.

При соприкосновении магистральных фланцсв с промежуточным фланцем образу1отся замкнутые промежуточные полости 10 и 11, соответственно внутренняя и охватывающая сс внешняя, которые сообщаются посредством коаксиально располо>кснных трубок 12 и 18 с форвакуумной и гслпевой магистралями.

Для коммутации этих полостей с указанными магистралями илп с окру>ка1ощсй, атмосферой служит многопозиционный кран.

Возмо>кно осуществление герметичного стыка без промежуточного фланца. В этом случае сферический поясок 7, уплотняющие прокладки 8 и 9 и коаксиально расположенные трубки 12 и 18 выполнены на одном из двух стыкусмых магистральных фланцев, причем этот фланец неподви>кно закреплен на стыкусмом с его помощью узле или элементе вакуумной системы, а промежуточные полости

10 и 11 образуются при соприкосновении с

369335 ним ответного магистрального фланца, выполненного так жс, как и в случае осуществления герметичного стыка с промежуточным фланцем.

Процесс герметичной стыковки при осуществлении герметичного стыка с промежуточным фла«ц" м происходит следующим образом.

Магистральные фланцы 1 стыкусмых объектов, например узлов вакуумной камеры ускорителя, посредством дистанционного или местного управления сближаются до соприкосновения с промежуточным фланцем б с помощью подпружиненных направляющих 2.

Затем образованная в результате соприкосновения внешняя промежуточная полость 11 коммутируется с форвакуумной магистралью.

В результате происходящего при этом разрежения объема внешней промежуточной полости внешнее атмосфернос давление прижимает магистральные фланцы к промежуточному фланцу, вследствие чего происходит точное сопряжение и последующее герметичное поджатие сферических уплотняющих поясков друг к другу и образуется внутренний металлический уплотняющий контур по высоковакуумной границе герметичного стыка. Затем внутренняя промс>куточная полость также коммутирустся с форвакуумиой магистралью.

Процесс герметизации стыковки при осуществлении герметичного стыка без промс>куточного фланца происходит аналогичным способом.

Сквозной магистральный фланец может заменяться глухим магистральным фланцем 14.

Предмет изобретения

1. Герметичный стык для соединения элементов и узлов высоковакуумных систем посредством фланцев и уплотняющих прокладок, отличающийся тем, что, с целью дистанционного осуществления высоконадежной стыковки и оперативного контроля степени герметичности стыка, он выполнен в виде трсх соосно расположсllllblx флаицсв, из которы.: два магистральных идентичны и укреплены подвижно в осевом направлении на стыкусмых узлах посредством подпружиненных направляющих и упругих компсисаторов, а трстий — промежуточный флансц — помещен между магистральными, причем на каж10 дой из его сторон расположено по три замкнутых уплотняющих контура, из которых внутренний расположен по высоковакуумной границе герметичного стыка, внешний — по границе с окружающей средой и промсжуточ15 ный — между внешним и внутренним так, что в состыкованном (сопряженном) положении эти контуры образуют внутрсншою и охватывающую сс висшшою замкнутые полости, сообщающиеся со срсдствамп, обсспсчиващпми

20 получс«ис в любой из этих полостей форвакуумного, атмосферного или избыточного давления воздуха или пробного газа (например, гелия), при этом взаимное поджатис магистральных фланцсв к промежуточному дости25 гастся одновременным или последовательным разрежением газа в указанных полостях.

2. Стык по и. 1. отличающийся тем, что магистральные фланцы имеют различную жесткость в радиальном сечении, благодаря

30 -lcdó являются жесткими в области, ограничивающей внутреннюю полость, и упругодеформируемыми в области, ограничивающей внешнюю полость.

3. Стык по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что

35 внутренний уплотняющий контур выполнен в виде идентично сопря>кенных мсталлпчсских поверхностей, имеющих форму сферических поясков, выполненных на промежуточном и магистральных фланцах, причем центры об40 pa33 ющих эти пояски сферических поверхностей совмещены п находятся на магистральной оси состыкованных фланцев.

369335

Составитель Р. Хлудова

Техред Т. Миронова Ко рректо р О. Кудинова

Редактор Н. Uàëèõèíà

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3319/5 Изд. № 1936 Тираж 826 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5