Сверхвысоковакуумный затвор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВтжСИОМУ СВИ ИтВЛЬСтВУ (1872897

Союз Советсиик

Социалистичесиии

Реслублик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 04,01.80 (21) 2865525/25-08 (51)HL Кл.з

F 16 К 51/02 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Ойубликовано 15.1081, Бюллетень N9 38

Дата опубликования описания 15.108 j (53) УДК 62 1. 64 (088.8) (72) Автор изобретения.

Л.Н.Назаров

Ж ГГЩН0 (Ю тГ7йа ВУГ.: 4 !.4." . (ьщ g j) ир ю r. g, ( (71) Заявитель (54) СВЕРХВЫСОКОВАКУУИНЫЙ ЗАТВОР

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано, например, в сверхвысоковакуумных установках для обеспечения средств откачки, в системах шлюзования в печах отжига.

Известна конструкция сверхвысоковакуумного цельнометаллического прогреваемого затвора, содержащая кор.riyc, ванну с металлом-уплотнителем, взаимодействующим с герметизирующим экраном, снабженным в нижней части

V-образным желобом, в котором размещено подвижное фасонное кольцо, связанное с механизмом перемещения Pig .

Недостатком этого затвора является размещение в вакууме большого чис.ла узлов трения качения и скольжения, что в условиях высокотемпературного прогрева,. необходимого для получения сверхвысокого вакуума, приводит к образованию ювенильно чистых поверхнос-. тей с последующим схватыванием трущихся поверхностей и тем самым снижает надежность работы механизма перемещения. Наличие подпружиненного фасонного кольца, совершающего возвратно-поступательное движение в вакууме и в расплавленном металле усложняет конструкцию и снижает ее надежность ввиду роста коэффициента трения в вакууме и схватывания трущихся поверхностей деталей. Это приводит к перекосам фасонного кольца относительно герметизирующего экрана и к окислению металла-уплотнителя.

Наиболее близким к предлагаемому является затвор, содержащий корпус, в котором размещен герметизирующий экран со штоком, связанным с валом механизма перемещения, снабжеНного сильфонным уплотнительным узлом, ванну с металлом-уплотнителем и электронагреватель $2) .

Недостатком этого затвора является то, что ресурс его работы ограничивается временем образования окисной пленки на поверхности металла-уплотнителя в. ванне и на поверх20 ности герметизирующего экранг при взаимодействии его не только с атмосферой, но и с остаточной газовой средой вакуумного объема. Поверхность герметизирующего экрана, покрытая пленкой окиси, не смачивается металлом-уплотнителем ванны, что нарушает герметичность соединения. Проводимость затвора низка из-за того, что герметизирующий экран расположен

30 в момент открытия в проходе затвора.

872897

Кроме этого, механизм перемещения в вакууме выполнен на узлах трения скольжения, что в условиях сверхвысокого безмасляного вакуума и высокотемпературного прогрева приводит к образованию чистых ювенильных поверхностей, к резкому росту коэффициента трения до единицы и выше, а затем к схватыванию и диффузионной сварке элементов механизма перемещения, что, в конечном счете, снижает надежность устройства. (0

Цель изобретения — повышение надежности, Эта цель достигается тем, что герметизирующий экран соединен с одним концом штока посредством упругого 15 элемента, а другой конец штока и средняя его часть связаны, соответственно,,с корпусом и валом механизма перемещения посредством соединительных узлов, каждый из которых выполнен в виде двух взаимно перпендикулярных упругих элементов, соединенных переходными кронштейнами, причем, переходной кронштейн средней части штока снабжен взаимодействующими со штоком направляющими планками, а вал механизма

25 перемещения установлен в опоре качения и подпружинен относительно нее.

На чертеже представлена конструкция сверхвысоковакуумного затвора. 30

Затвор содержит корпус 1, состоящий из верхнего и нижнего фланцев, бокового пристыковочного фланца 2, системы охлаждения 3 и кольцевой ванны 4. Снаружи кольцевой ванны размещен электронагреватель 5, а внутри металл-уплотнитель 6, взаимодействующий с герметизирующим экраном 7, выполненным в. нижней части в виде кольцевого канала, в который с зазором установлен нижний конец защитного цилиндрического экрана 8, верхний конец которого приварен к герметизирующему экрану 7. При этом внешний зазор между наружной поверхностью защитного экрана и внутренней цилиндри- 45 ческой поверхностью кольцевого канала по крайней мере в два раза меньше внутреннего зазора между внутренней поверхностью защитного экрана .и цилиндрической поверхностью кольцевого 5р канала, а высота столба металла-уплотнителя в кольцевой ванне более, чем в два раза превосходит высоту кольцевого канала, ве.личина которой меньше, чем внутренний зазор. При этом внУтренняя поверхность ванны 4, внутренняя поверхность кольцевого канала герметизирующего экрана 7 и нижний конец защитного цилиндрического экрана 8 покрыты материалом, например серебром, хорошо смачиваемым металло- 6Р уплотнителем, например оловом, индием или их эвтектикой. Герметизирующий экран 7 посредством упругого элемента 9 соединен со штоком 10, конец которого соединен с фланцем механизма перемещения 11 через карданный узел, выполненный в виде двух взаимно перпендикулярных упругих элементов 12,13, соединенных между собой посредством переходного кронштейна 14.

Фланец 11 присоединен к боковому пристыковочному фланцу 2 корпуса 1 через уплотнительную прокладку 15. Вблизи карданного узла шток 10, посредством взаимно перпендикулярных упругих элементов 16, 17, соединенных между собой через угловой переходной кронштейн 18, связан с валом 19, герметизированным посредством сильфонного узла 20. На боковых сторонах переходного кронштейна 18 укреплены направляющие планки 21, нижняя часть которых размещена по обе стороны штока 10. Указанные планки устраняют нежелательный крутящий номент в упругом элементе 16 в процессе перемещения вала 19. Вал 19 установлен в сферическом подшипнике 22, закрепленном в кронштейне 23, установленном на фланце механизма перемещения 11. При этом на валу 19 установлена упорная втулка 24,взаимодействующая с пружиной

25, поджатой относительно сферического подшипника 22. На конце вала 19 установлена ручка 26 и подшипник 27, взаимодействующий с профилированным кулачком 28, закрепленном на кронштейне

23.

Свыерхвысоковакуумный затвор работает следующим образом.

В открытом положении герметизирующий экран 7 выведен из кольцевой ванны 4 и отведен в сторону от проходного отверстия пристыковочных фланцев корпуса 1. При этом во внутренней полости кольцевого канала герметизирующего экрана 7 находится металл-уплотнитель в твердой фазе, уровень которого определяется высотой канала ь одинаков по обе стороны защитного цилиндрического экрана 8. Поверхность металла-уплотнителя б,расположенного с наружной стороны цилиндрического экрана, подвергаясь воздействию остаточной газовой среды и атмосферы, покрыта прочной и плотной окисной пленкой с температурой диссоциации порядка 2000ОС. Перед перемещением герметизирующего экрана включается электронагреватель 5 и расплавляется металл-уплотнитель б, размещенный в кольцевой ванне 4. Затем посредством ручки 26 производится перемещение подшипника 27 по профилю кулачка 28, что приводит к угловому перемещению размещенного в вакууме конца вала 19 относительно сферического подшипника 22. Перемещение вала происходит в горизонтальной плоскос" ти, перпендикулярной плоскости чертежа. При этом в результате воз никновения изгибающего момента в упругом элементе 17 на переходной

872897

Формула изобретения

Сверхвысоковакуумный затвор, содержащий корпус, в котором размещен герметизирующий экран со штоком; связанным с валом механизма перемещения, снабженного сильфонным уплотнительным узлом, ванну с металломуплотнителем и электродвигатель, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности герметизирующий экран соединен .с одним концом штока посредством унругого элемента, а другой конец штока и средняя его часть связаны, соответственно с корпусом и валом механизиа перемещения посредством соединительных узлов, каждый из которых выполнен в виде кронштейн 18 действует сила, передаваемая посредством направляющих планок на шток 10, что приводит к возникновению изгибающего момента в уп:ругих элементах 12,13. Ввиду большой жесткости упругих элементов 12,13 во взаимно перпендикулярных плоскостях упругий элемент 13 остается в прежнем положении, а упругий элемент 12 осущест..;ляя угловое перемещение штока 10 в горизонтальной плоскости, перпенди- )p кулярной плоскости чертежа, относительно переходного кронштейна 14.

Ввиду наличия разных центров углового перемещения штока 10 и вала 19, последнему требуется дополнительное осевое перемещение, что обеспечивается за счет скользящей посадки вала

19 в сферическом подшипнике 22, а пружина 25 облегчает это перемещение, компенсируя нагрузку от атмосферного давления, действующего на сильфон- 20 ный узел 20. При этом конец штока 10 с герметизирующим экраном 7 занимает положение в проходе между пристыковочными фланцами корпуса 1. При дальнейшем перемещении подшипника 27 25 ,,по профилю кулачка 28 происходит

1 гловое перемещение вниз в плоскости чертежа конца вала 19, размещенного в вакууме. При этом жесткость упругих элементов 12,17, размещенных в плоскости чертежа, максимальна, а жесткость упругих элементов 9,13,16 размещенных в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа минимальна, что и приводит к изгибанию последних и к угловому перемещению вниз конца штока 10 относительно места укрепления упругого элемента 13 к фланцу механизма перемещения 11. При этом герметизирующий экран 7 перемещается в расплавленный металл-уплотни- 40 тель б кольцевой ванны 4. В первый момент металл-уплотнитель ванны не смачивает металл-уплотнитель в кольцевом канале герметизирующего экрана ввиду наличия на его поверхности 4g окисной пленки, что мешает герметизации, а уровень нерасплавленного металла-уплотнителя с внутренней стороны защитного цилиндрического экрана находится ниже уровня металла-уплотнителя в ванне 4. Однако после расплавления металла-уплотнителя в кольцевом канале герметизирующего экрана 7 в силу закона, Паскаля для сообщающихся сосудов уровень метал- . ла-уплотнителя по обе стороны защитного цилиндрического экрана выравнивается. Этот процесс сопровожда- ется течением жидкого металла-уплотнителя в зазоре между наружной поверхностью защитного экрана и внутрен- 40 ней стенкой кольцевого канала герметизирующего экрана 7, а это приводит к разрыву предварительно .образовавшейся окисной.пленки и к контакту чистого неокисленного металла-уплотнителя с чистой неокисленной поверхностью защитного экрана, что обеспечивает полную смачиваемость и герметичность соединения. Эатем выключается электронагреватеяь 5,включается система охлаждения 3:-и после затвердевания металла-уплотнителя 6 система охлаждения выключается.Процесс открытия затвора происходит в обратном порядке.

Предлагаемый затвор позволяет сократить время герметизации-разгерметизации за счет возможности вскрытия на атмосферу при температуре, близкой к температуре нлавления металлауплотнителя. Это вьзможио вследствие того, что герметичность соединения не зависит от числа циклов герметизации-разгерметизации, так как окисление поверхности металла-уплотнителя в ванне и в кольцевом канале не влияет на процесс герметизации.П и этом осуществление кинематической .развяз.— ки герметизирующего экрана от штока, а его, в свою очередь, от вала и фланца механизма перемещения посредством упругих элементов, позволяет избежать влияния термических поводок и изменения линейных размеров в механизме перемещения на процесс получения бездефектного спая между кольцевой ванной и герметизирующим экраном при кристаллизации металла-уплотнителя, что дает возможность разрабатывать конструкции плоских затворов с диаметром до метра и более. Использование в данном затворе механизма перемещения в вакууме с карданными узлами на гибких упругих элементах по- о зволяет полностью отказаться от узлов трения скольжения и качения,что в условиях вакуумного прогрева делает конструкцию абсолютно надежной, так как практически отсутствует износ элементов конструкции. Использование упругих элементов вместо узлов трения снижает затраты на изготовление затвора при повышении надежности его работы.

872897

Составитель Т.Колесинская

Редактор М.Хома Техред Л.Пекарь Корректор M.лароши

Заказ 8998/58 Тираж 1009 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 двух взаимно перпендикулярных упругих элементов, соединенных переходны- ми кронштейнами, причем, переходный кронштейн средней части штока снабжен взаимедействуищими со штоком направляющими планками, а вал механизма перемещения установлен в опоре качения и подпружинен относительно нее, Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

В б52403, кл.F 16 К 51/02, 1977.

2. Рот А. Вакуумные уплотнения.

И., "Энергия", 1971, с.348-349, рис.б-28 (прототип).