Сверхвысоковакуумный плоский затвор

 

Л.Н. Назаров, А.Т. Александрова, И.H. Боро

Н.Я. Дривинг и В.Ф. Соломатин (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) СВЕРХВЫСОКОВАКУУИНЫЙ ПЛОСКИЙ ЗАТВОР

Изобретение относится к арматуростроению и может найти применение в вакуумной технике, например, в системах сверхвысоковакуумной откачки, где требуется прогрев затвора в закрытом состоянии, в системах шлюзования и в печах отжига.

Известен вакуумный плоский затвор на резине, содержащий корпус, заслонку с уплотнителем и механизм перемещения (I 3 .

Необходимость создания больших уси« лий при уплотнении резины приводит к утяжелению и усложнению механизма затвора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является . сверхвысоковакуумный цельнометаллический прогреваемый затвор, содержа20 щий корпус, систему нагрева и охлаждения, ванну с металлом-уплотнителем, взаимодействующим с запорным органом, снабженным V-образным желобом, в котором размещено подвижное фасонное кольцо, и связанным с приводом (2 ).

Недостатком известной конструкции является размещение в вакууме большого числа узлов трения, что в условиях высокотемпературного прогрева приво- дит к образованию ювенильно чистых поверхностей с последующим схватыванием трущихся поверхностей и, тем самым, снижает надежность работы механизма перемещения. Принцип работы узла уплотнения, заложенный в данной конструкции, позволяет использовать данный затвор только в горизонтальном положении, что в ряде случаев снижает удобство обслуживания.

Цель изобретения — повышение надежности и удобства обслуживания.

Для достижения указанной цели сверхвысоковакуумный плоский затвор, содержащий корпус, систему нагрева и охлаждения и металл-уплотнитель, взаимодействующий с запорным органом, связанным с приводом, снабжен защит883586 4 ными фланцами, выполненными в виде размещенных в корпусе фигурных колец, снабженных кронштейнами с радиальными пазами и связанных с корпусом посредством упругих элементов, а запорный орган выполнен в виде диска с кронштейном, в котором выполнен паз, установленного в корпусе на поворотной оси, размещенной в обойме, связанной с корпусом посредством упругого элемента, причем связь запорного органа с приводом выполнена в виде фигурного кронштейна, один конец которого связан с приводом, а другой — снабжен пальцем, пропущенным через паз кронштейна запорного органа, и направляющими валами с упорными шайбами, подпружиненными к кронштейнам защитных фланцев и пропущенными через их радиальные пазы, а на обращенных друг к другу поверхностях корпуса и диска, а такжедиска и защитных фланцев выполнены, соответственно, кольцевые каналы и ответные им кольцевые выступы трапецеидальной формы с боковыми кольцевыми проточками.

На фиг. 1 показан сверхвысоковакуумный плоский затвор в закрытом положении; на фиг. 2 — разрез А-А иа фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг, l.

Затвор содержит корпус 1, снабженный пристыковочными фланцами, расположенными на одной оси, и боковым фланцем, а также системой охлаждения

2. В основании корпуса размещен электронагреватель 3. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены два кольцевых канала со скошенными краями, взаимодействующих периодически с запорным органом 4, выполненным в виде кронштейна с диском, с одной стороны которого имеется кольцевой канал трапецеидальной формы, а с другой — трапецеидальный кольцевой выступ, в котором выполнена кольцевая проточка с двумя кольцевыми пазами по бокам. Кронштейн запорного органа 4 снабжен пазом и соединен с осью 5, установленной на подшипниках 6, закрепленных в обойме 7, хвостовик которой посредством упругого элемента

8, выполненного в виде плоской пружинной пластины, соединен с кронштейном 9, закрепленным на фланце 10, Фланец 10 герметично пристыкован посредством прокладки 11 к корпусу I, Кронштейн 9 соединен с упругими элементами 12 и 13, которые в свою очередь соединены с защитными фланцами

14 и 15, выполненными в виде фигурных колец, снабженных кольцевыми трапецеидальными выступами, в которых выполнены кольцевые проточки с двумя кольцевыми пазами по бокам, и снабженных кронштейнами с,.радиальными пазами, взаимодействующими с направляющими валами 16, на которых свободно установлены упорные шайбы 17, свободно сидящие на валах и поджатые пружинами 18 относительно фигурного

10 кронштейна 19, на котором закреплены концы направляющих валов 16. Кронштейны защитных фланцев 14 и 15 и хвостовик обоймы 7 взаимодействуют с ограничительным кронштейном 20, закрепленным на корпусе 1. В средней части кронштейна 19 жестко закреплен палец 21, другой конец которого

20 взаимодействует с пазом заслонки 4.

При этом внутренняя поверхность кольцевых каналов на корпусе и заслонке, а также поверхности кольцевых проточек на кольцевых выступах заслонки 4 и защитных фланцев 14 и 15,имеют

25 в следующем порядке. Включается электронагреватель 3 и производится рас50 плавление металла-уплотнителя 22, размещенного в зонах кольцевых проточек между корпусом 1, запорным opraном 4, защитным фланцем 14 и между корпусом 1 и защитным фланцем 15. Затем при перемещении ручки 29 ролик

30 движется по профилю кулачка 31, 55 геометрически .замкнутые кольцевые пояски 22, выполненные из металлауплотнителя, например олова, индия, 30 и геометрично соединенные с основным материалом.

Кронштейн 19 жестко соединен с .валом 23, герметизированным посредством сильфонного узла 24, соединенного с. фланцем 10. Вал 23 установлен в сферическом подшипнике 25, закрепленном в стакане 26, установленном на фланце IO. При этом на валу 23 установлена упорная втулка 27, вза40 имодействующая с пружиной 28, поджатой относительно сферического подшипника, На корпус вала 23 установлена ручка 29 и ролик 30, взаимодействующий с профилированным кулачком 31, 45 закрепленным на фланце 10.

Сверхвысоковакуумный плоский затвор работает следующим образом.

Процесс закрытия сверхвысоковакуумного плоского затвора происходит

883586

50 обеспечивая подъем кронштейна 19, закрепленного на валу 23, по нормали к плоскости чертежа иа фиг. 1. При этом (фиг. 3) направляющие валы 16 поднимаются в пазах защитным фланцем

14 и 15, освобождая защитные фланцы от силового воздействия на них пружин

18 через упорные шайбы 17, которые при подъеме направляющих валов 16 упираются в имеющийся на них,.буртик 10 и благодаря этому выходят из контакта с кронштейнами защитных фланцев 14 и 15. Это приводит к тому, что под воздействием упругих элементов 8, 12 и 13 осуществляется подъем защит-. ных фланцев и запорного органа 4 до упора кронштейнов зашитных фланцев и хвостовика обоймы 7 о ограничительный кронштейн 20. При этом запорный орган 4 располагается с зазорами по щ отношению к корпусу 1 и защитному фланцу 14, затем при дальнейшем перемещении ручки 29 происходит движение конца кронштейна 19 в плоскости, параллельной плоскости чертежа (фиг. 1) по радиусу относительно оси качания сферического подшипника

25, что приводит к перемещению пальца 21, кронштейна 19, а с ним и к разворрту запорного органа 4 относительно оси 5. При этом эапорный орган 4 занимает положение в зазоре между корпусом 1 и защитным сланцем

15. Дапьнейшее движение ручки 29 приводит к перемещению конца крон35 штейна 19 вдоль нормали к плоскости чертежа (фиг. 1), что обеспечивает прижатие упорных шайб 17 (фиг. 3) к кронштейнам защитных фланцев 14 и 15 последние под этим воздействием прижимаются к кольцевым каналам корпуса 1 и запорного органа 4, а тот, в свою очередь, к кольцевому каналу корпуса.

Кольцевые пояски металла-уплотнителя на герметизируемых поверхностях

45 представляют собой тонкий слой полуды удерживаемый на этой поверхности за счет сил поверхносного натяжения. Толщина слоя колеблется от 0,05 до

0,1 мм. Полуда в жидкой фазе с такой толщиной слоя надежно удерживается на основном материале эа счет сил поверхностного натяжения. Зазор между наружной поверхностью кольцевого выступа и внутренней облуженной поверхностью кольцевой проточки составляет порядка 0,05 мм, что при контакте герметиэируемых поверхностей, образуемых кольцевыми поясками 22 приводит к надежному перекрЫтию зазоров эа счет металла-уплотнителя, а его излишки размещаются в кольцевых пазах по бокам проточек. Надежность получения герметичного соединения зависит также от толщины образования окисной пленки на поверхностях кольцевых поясков 22. Исследования показали, что окисные пленки толщиной более 10 А препятствуют взаимному смачиванию поверхностей кольцевых поясков, что приводит к нарушению герметичности соединения. Время образования окисной пленки такой толщины для металлауплотнителя, например индия, измеряется десятками минут. А так как про- цесс перемещения запорного органа, когда его облуженные поверхности подвергаются воздействию остаточной газовой среды вакуумного объема1составляет несколько секунд,. то окисная пленка не успевает нарасти. Поэтому в зоне соединения защитных фланцев с корпусом и запорным органом происходит .контакт чистых, неокисленных кольцевых поясков 22 из расплавленного металла-уплотнителя, что обеспечивает их взаимное смачивание и получение о надежного герметичного соединения.

Затем выключается электронагреватель

3 и включается система охлаждения

2. После затвердевания металла-уплотнителя система охлаждения 2 выключается, и процесс закрытия затвора считается завершенным.

Процесс открытия затвора происходит в обратном порядке.

Предлагаемая конструкция позволяет, благодаря использованию сил поверхностного натяжения металла-уплотнителя, обеспечить работу затвора при произвольной ориентации в пространстве. При этом, как показали длительные исследования, данная конструкция позволяет существенно увеличить ресурс работы ввиду отсутствия окисления герметизируемых поверхностей.

Использование механизма перемещения в вакууме с узлами на гибких упругих элементах позволяет отказаться от узлов трения скольжения и качения, что в условиях сверхвысоковакуумного прогрева делает конструкцию абсолютно надежной, так как при перемещении элементов конструкции практически отсутствует их износ. Использование упругих элементов вместо узлов трения и качения существенно снижает затраты на изготбвление затвора, по

883586 сравнению с использованием дорогостоящих нержавеющих подшипниковых узлов.

Формула изобретения

Сверхвысоковакуумный плоский затвор, содержащий корпус, систему нагрева и охлаждения и металл-уплотнитель, взаимодействующий с запорным органом, связанным с приводом, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и удобства обслуживания, затвор снабжен защитными фланцами, выполненными в виде размещенных в корпусе фигурных колец, снабженных кронштейнами с радиальными пазами и связанных с корпусом посредством упругих элементов, а эапорный орган выполнен в виде диска с кронштейном, в котором выполнен паз, установленного в корпусе на поворотной оси, размещенной в обойме, связанной с корпусом посредством упругого элемента, причем, связь запорного органа с приводом выполнена в виде фигурного кронштейна, один конец которого связан с приводом, а другой — снабжен пальцем, пропущенным через паз кронштейна запорного органа, и направляющими валами с упорными шайбами, подпружиненными к кронштейнам защитных фланцев и пропущенными через их ра10 диальные пазы, а на обращенных друг к другу поверхностях корпуса и диска, а также — диска и защитных фланцев выполнены, соответственно, кольцевые каналы и ответные им кольцевые выступы трапецеидальной формы с боковыми кольцевыми проточками.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пипко А.И., Плисковкий В.Я. и Пенчко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. N., 1970, с. 112, 113.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 652403, кл. F 16 К 51/02, 1977 д (прототип).