УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЗАТВОРА Российский патент 1996 года по МПК F16K1/34 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к вакуумным затворам, и может быть использовано в вакуумных системах, где требуются быстроразъемные металлические запорные органы многоразового использования.

Известен запорный орган в устройстве для высоковакуумных систем, содержащий несущимй упругий элемент в виде тарели с наклонными стенками и плоским дном, и соединенное с несущим элементом уплотнение из пластичного материала, причем в дне тарели выполнено сквозное центральное отверстие [1]
Конструкция тарели с центральным сквозным отверстием требует обеспечения герметичности последней, а постоянная толщина стенок тарели большого осевого усилия для достижения уплотнения и точного изготовления деталей.

Цель изобретения создание такого уплотнительного устройства, которое не требовало бы прецизионной обработки контактирующих поверхностей, имело большой срок службы и обеспечивало надежное уплотнение при небольших осевых нагрузках.

Цель достигается тем, что в уплотнительном узле затвора, содержащем несущую упругую часть в виде тарели с плоским дном и наклонными в сторону седла стенками и соединенную с несущей уплотняющую часть из пластичного материала, стенки несущей части выполнены линейно увеличивающимися по толщине от периферии к центру в соответствии с выражением
S_вн K S_н• где D₁ внешнеий диаметр несущей части;
d внутренний диаметр несущей части;
S_н толщина стенки несущей части на наружном диаметре;
S_вн толщина стенки несущеей части на внутреннем диаметре;
K>1 коэффициент, равный отношению напряжения на диаметре d к напряжению на диаметре D₁ при действии на затвор максимальной осевой силы Q.

При этом в дне несущей части выполнено центральное отверстие или кольцевая канавка, наружный диаметр которой равен диаметру дна.

Конкретные расчеты для каждой конструкции делаются в соответствии с теорией прочности.

Размеры разгрузочной канавки расчитывают из условия, чтобы напряжения в центре несущей чаести тарели равнялись нулю, а напряжения на внутреннем и внешних диаметрах канавки были одинаковыми.

На фиг. 1 показано сечение уплотнительного узла затвора, выполненного в виде биметаллической пружины (несущая часть выполнена с центральным отверстием, уплотняющая без центрального отверстия. Толщину стенки уплотняющей части на диаметре d рассчитывают из условий прочности в зависимости от атмосферного давления и напряжения на диаметре d); на фиг.2 показан уплотнительнеый узел затвора, взаимодействующий с седлом цилиндрической формы; на фиг.3 показано сечение уплотнительного узла затвора, выполненного в виде биметаллической тарельчатой пружины с кольцевой разгрузочной канавкой на несущей части тарели и центральным отверстием в уплотняющей части; на фиг.4 показано сечение уплотнительного узла затвора, выполненного в виде биметаллической тарельчатой пружины с центральным отверстием в несущей части; на фиг.5 показан уплотнительный узел, контактирующий с коническим седлом.

Уплотнительный узел затвора содержит несущую часть 1, выполненную в виде упругой тарели и соединенную с несущей уплотняющую часть 2 (см. фиг.1,2,4). На фиг.3 изображено упругое кольцо 3, контактирующее с несущей частью 2 уплотнительного узла. Упругое кольцо 3 размещено на цилиндрическом седле 4.

На чертежах использованы следующие буквенные обозначения: d внутренний диаметр несущей части (диаметр дна тарели); D₁ внешний диаметр несущей части; D_y наружный диаметр уплотняющей части; R радиус уплотняющей поверхности тарели; Φ угол, образующий конус тарели; S_упл толщина уплотняющей части на диаметре D_y; S_кол толщинеа уплотняющей части стенки тарели; S_н толщина несущей части на наружном диаметре; S_в толщина несущей части на внеутреннем диаметре.

В уплотнительном узле затвора, показанном на фиг.3 и имеющем разгрузочную канавку, ширину и толщину стенки разгрузочной канавки рассчитывают из условий прочности в зависимости от атмосферного давления и напряжений на диаметре d. Выполнение уплотняющей части с центральным отверстием возможно только при герметичном соединении уплотняющей части с несущей части.

Уплотнительный узел затвора, показанный на фиг.4, отличается от уплотнительного узла затвора на фиг.1 тем, что уплотняющая часть расположена внутри несущей.

Принцип работы уплотнительного узла затвора поясняется на фиг.2 и 5.

При давлении силой Q по оси уплотнительного узла, содержащего уплотняющую часть 2, несущая часть 1, опирающаяся на упругое кольцо 3, расположенное в седле 4, деформируется, увеличивась по наружному диаметру. Когда напряжения на уплотняющей части 2 на диаметре D_y становятся равными напряжению смятия, происходит уплотнение затвора.

На фиг. 5 тарель уплотняющей частью 2 опирается на коническое седло 4. Под действием силы Q по оси тарели происходит ее деформация. Когда контактные напряжения на уплотняющей части 2 достигнут напряжения смятия, происходит уплотнение затвора.

Предлагаемый уплотнительный узел является быстросъемным, позволяет осуществлять взаимозамену без дополнительных подгонок.

Использование: в вакуумной технике. Сущность изобретения: уплотнительный узел затвора содержит несущую упругую часть в виде тарели с плоским дном и наклонными в сторону седла стенками и соединенную с несущей частью уплотняющую часть из пластичного материала. Стенки несущей части выполнены увеличивающимися по толщине от периферии к центру. Толщина стенки несущей части рассчитывается по формуле, в которую входят геометрические параметры несущей части и напряжения на различных участках несущей части. При этом в дне несущей части выполнено центральное отверстие или кольцевая канавка, наружный диаметр которой равен диаметру дна. 5 ил.

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ЗАТВОРА, содержащий несущую упругую часть в виде тарели с плоским дном и наклонными в сторону седла стенками и соединенную с несущей частью уплотняющую часть из пластичного материала, отличающийся тем, что стенки несущей части выполнены линейно увеличивающимися по толщине от периферии к центру в соответствии с выражением

где D₁ - внешний диаметр несущей части;
d - внутренний диаметр стенок несущей части;
S_н - толщина стенки несущей части на наружном диаметре;
S_в н - толщина стенки несущей части на внутреннем диаметре;
K > 1 - коэффициент, равный отношению напряжения на диаметре d к напряжению на диаметре D₁ при действии на затвор максимальной осевой силы,
при этом в дне несущей части выполнено центральное отверстие или кольцевая канавка, наружный диаметр которой равен диаметру дна.