Быстроразъемное сверхвысоковакуумное фланцевое соединение

 

Союз Советскнх

Соцмалмстнческих

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.08.76 (21) 2394568/29-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К, F l6 L 39/04

Государственный комитет (53) УДК 621.643 (088.8) Опубликовано 30.05.80. Бюллетень №20

Дата опубликования описания 05.06.80 до делам изобретений и открытий

К. Д. Данилов, Л. Н. Назаров, 10. Ф. Мальгин и И. Ф. Лобанов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) БЪ|СТРОРАЗЪЕМНОЕ СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЕ

ФЛАНЦЕВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Изобретение относится к области вакуумной техники и может быть использовано например для герметизации фланцевых соединений любого диаметра, в клапанах, затворах, работающих в сверхвысоком вакууме при многократных прогревах как в закрытом, так и в открытом состояниях, а также в системах шлюзования, печах отжига и вводах движения.

Известно высоковакуумное уплотнение с применением жидкого металла (1).

Известно также быстроразъемное высоковакуумное фланцевое соединение, снабженное сильфоном и герметизирующим экраном, размещенным в кольцевой ванне с металлом-уплотнителем (2).

Однако имеющееся в соединении предохранительное устройство обеспечивает отсутствие выброса жидкого металла только в случае сравнительно медленного повышения давления в одной из камер, разделяемых герметизирующим экраном. При внезапном прорыве атмосферы, в случаях аварийного нарушения герметичности в одной из камер, силы инерции, воздействующие на жидкий металл, настолько велики, что предохранительное устройство не успевает срабатывать, и металл выбрасывается из ванны.

Кроме того, указанное фланцевое соединение обладает малым ресурсом работы, который ограничивается пленками окислов, образующихся на герметизирующих поверхностях соединения в результате их взаимодействия с остаточной газовой средой вакуумного объема или атмосферой при высоких температурах.

Целью изобретения является повышение ресурса работы соединения как в вакууме, так и в атмосфере, предотвращение выброса расплавленного металла-уплотнителя при внезапном прорыве атмосферы.

Цель достигается тем, что герметизиру15 ющий экран снабжен кольцевой выемкой и отражательным экраном, а кольцевая ванна снабжена перегородками с отверстиями и цилиндрической втулкой. На поверхностях втулки и выемки нанесен материал, смачиваемый металлом-уплотнителем.

2о На чертеже показано быстроразъемное сверхвысоковакуумное фланцевое соединение в герметизированном состоянии. Оно содержит нижний фланец, выполненный в виде тонкостенного диска 1 и коль737692

Ы ца 2 с отверстием для форвакуумной откачки и подсоединительным штуцером. Верхний фланец 3 имеет канавку для размещения уплотнителя 4 из эластичного органического материала, например термостойкой вакуумной резины. Устройство снабжено обечайкой 5, с которой вакуумно-плотно соединен герметизирующий экран 6, снабженный в нижней части кольцевой выемкой 7, образующей дополнительную ванну для металла-уплотнителя. В выемке расположена выступающая часть цилиндрической втул- 1е ки 8.

Втулка 8 связана посредством шпилек 9 с экраном-грузом 10, снабженным ограничительными упорами 11. Над экраном 10 расположены неподвижные металлоотража1$ тельные экраны 12, 13, приваренные по обе стороны к герметизирующему экрану 6, пе-: риодически взаимодействующему с металлом-уплотнитслем 14. В .качестве металлауплотнителя 14 могут использоваться металлы с низкой температурой плавления и низкой упругостью пара, например олово, индий.

К обечайке 5 с фланцем через уплотнитель

15 герметично присоединен фланец 16 с сильфоном 17. В указанных фланцах расположены направляющие 18, имеющие верхний

19 и нижний 20 ограничительные буртики.

На направляющих установлены пружины 21, которые частично уравновешивают силу. атмосферного давления и обеспечивают герметизацию фланцевого соединения при помощи уплотнителя из резины. Нижний фланец закреплен на основании 22. Диск и кольцо, образующие нижний фланец, rt рметично соединены с фасонными оболочками 23, 24, между которыми расположена тонкостенная U-образная ванча 25, в которой расположен металл-уплотнитель 14. 35

С обеих сторон 13-образная ванна 25 имеет отверстия для стока металла-уплотнителя, существенно меньшей проводимости по сравнению с каналами, образованными стенками ванны и герметизирукнцим экраном. Ванна О

25 снабжена геометрически замкнутыми поверхностями 26, образованными слоем ме талла, герметично связанного с их основI ным металлом и хорошо смачиваемого металлом-уплотнителем. Аналогичными поверхностями снабжены нижняя поверхность втулки 8 и внутренняя поверхность кольцевой выемки 7. На оболочках 23, 24 установлены электронагреватели 27, обеспечивающие расплавление выброшенного металла-уплотнителя. На вашге 25 закреплен основной электродвигатель 28 и змеевик 29.

Быстроразъемное фланцевое соединение работает следующим образом.

Верхний флансц 3, отжатый пружинами 21 до нижнего ограничительного буртика 20 направляющей 18, вводят в контакт с кольцом 2 нижнего фланца, осуществляя герметизацию уплотнителем 4. Затем производится отка ка образованного герметичного объема, при этом сила атмосферного давления частично уравнивается пружинами 21.

После получения определенного вакуума включают электронагреватель 28 и расплавляют металл-уплотнитель 14. После этого при помощи привода опускают экран 6 и связанные с ним кольцевую выемку 7 и втулку 8. В исходном положении между частью кольцевой выемки 7 и зеркалом металла-уплотнителя 14, расположенного в ванне, должен быть обеспечен зазор 5 — 8 мм для осуществления откачки. При вхождении выемки 7 и втулки 8 в расплавленный металл-уплотнитель, последние начинают разогреваться до температуры, при которой металл-уплотнитель, расположенный между выемкой и втулкой, начинает расплавляться.

При дальнейшем опускании экрана ограничительные упоры 11 касаются торца V-образной ванны 25 и отделяют втулку 8 от выемки 7. При этом происходит заполнение образовавшегося зазора между втулкой и выемкой чистым металлом-уплотнителем, расположенным под пленкой окислов, находящихся на поверхности. Неокисленный металлуплотнитель, благодаря наличию на втулке

8 и выемке 7 геометрически замкнутых поверхностей, образованных слоем металла, хорошо смачиваемого металлом-уплотнителем и герметично связанного с их основным металлом, сMÿ÷èâàåò внутренн1010 поверхность выемки 7 и поверхность втулки 8, предотвращает миграцию газа по поверхности экрана 6, тем самым обеспечивая герметичность соедичения. В случае аварии, при внезапном прорыве атмосферы в сверхвысоковакуумный объем, последняя воздействует на столб жидкого металла-уплотнителя, вытесчяя металл-уплотнитель в форвакуумный объем. Вылетающий металл-уплотнитель ударяется об экраны 10, 12 частично попадая обратно в ванну, частично попадая в пространство между фасонной оболочкой 23 и ванной 25. При этом происходит выравнивание давления в форваку° умном и сверхвысоковакуумном объемах. Затем расплавленный металл-уплотнитель, подогреваемый электронагревателем 27, перетекает в U-образную ванну 25 через имеющееся в ней отверстие. Таким образом осуществляется предохранение откачиваемых объемов от выброса расплавленного металла. Затем электронагреватель 28 выключается, и в змеевик 29 подается охладитель, например вода. После затвердения металлауплотнения форвакуумная откачка прекращается. ю

Процесс разгерметизации происходит в следующем порядке.

Производят форвакуумную откачку кольцевой полости, расположенной между сильфоном 17 и экраном 6, а также высоковакуумную откачку основного вакуумного объема.

Затем включают электронагреватель 28 и

737692

Формула изобретения гт

Составитель P. Хлудова

Текред К. Шуфрнч Корректор Ю. Макаренко

Тираж 1095 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 45

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Г. Улыбнна

Заказ 2637/18

5 расплавляют металл-уплотнитель 14. После этого герметизирующий экран 6 поднимают.

По мере подъема экрана 6 зазор между выемкой 7 и втулкой 8 уменьшается до полного соприкосновения поверхностей выемки

7 и втулки 8, что гарантирует их герметичное спаивание. В таком «закрытом» состоянии выемка 7 и втулка 8 выходят из расплавленного металла, образуя зазор между поверхностью металла-уплотнителя 14 и нижней частью выемки 7. При этом нижний ограничительный буртик 20 направляющей соприкасается с кронштейном верхнего фланца 3. Затем выключается электронагреватель 28, в змеевик 29 подается охладитель, в вакуумный объем напускается воздух. После этого производится подъем обечайки с верхним фланцем и сопряженными частями.

Изобретение предохраняет устройство от выброса жидкого металла из ванны при внезапном прорыве атмосферы в форвакуумной или сверхвысоковакуумной камерах; существеннс увеличивает ресурс работы уплотнения ввиду отсутствия окисления герметизирующих поверхностей; сокращает время проведения цикла герметизации — разь герметизации за счет возможности вскрытия на атмосферу при более высоких температурах.

1. Быстроразъемное сверхвысоковакуумное фланцевое соединение, снабженное сильфоном и герметизирующим экраном, размещенным в кольцевой ванне с металлом-уплотнителем, отличающееся тем, что, с целью повышения ресурса работы соединения, гер19 метизирующий экран снабжен кольцевой выемкой и отражательным экраном, а кольцевая ванна снабжена перегородками с отверстиями и цилиндрической втулкой, расположенной в выемке.

2. Соединение по п. 1, отличающееся тем, что на поверхности кольцевой выемки и цилиндрической втулки нанесен материал, смачиваемый металлом-уплотнителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 163855, кл. F 16 1 27 04, 1960.

- 2. Авторское свидетельство СССР .;№ 500411, кл. F 16 1 39/04, 1974.