Быстроразъемный сверхвысоковакуумный узел герметизации Советский патент 1983 года по МПК F16L37/00 

(54) БЫСТРОРАЗЪЕМНЫЙ СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНЫЙ УЗЕЛ ГЕРМЕТИЗАЦИИ

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вакуумной технике, и может использоваться, например для герметизации фланцевых соединений любого диаметра, в клапанах, затворах, работающих при произвольной ориентации в пространстве в условиях сверхвысокого вакуума при многократных высокотемпературных прогревах как в закрытом, так и в открытом состояниях, а также в системах шлюзования, печах обжига и вводах движения.

Известно быстроразъемное фланцевое соединение труб с применением жидкого металла в качестве уплотнителя для герметизации вращающегося экрана.

Это соединение содержит верхний и нижний фланцы с эластичным уплотнителем, кольцевую ванну с легкоплавким металломуплотнителем, герметично закрепленную на нижнем фланце и снабженную системой нагрева и охлаждения, сильфон, герметично закрепленный по периметру одним концом на верхнем фланце, и кольцевой герметизирующий экран, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, верхний торец которого герметично связан с другим концом сильфона 1.

К недостаткам известного соединения относятся сложность конструкции, а также то, что в период герметизации перемещение герметизирующего экрана в расплавленном металле-уплотнителе в кольцевой ванне про5 исходит в две стадии с выдержкой, обусловленной необходимостью расплавления металла-уплотнителя между герметизирующим экраном и кольцевым вкладыщем, ограниченного от дальнейшего перемещения посредством упора. На длительность этой выдерж10ки также влияет больщая масса кольцевого вкладыша, так как последний должен обладать большой жесткостью для устранения термических поводок, которые приводят к образованию нежелательных зазоров меж15 ду кольцевой частью герметизирующего экрана и нижней частью кольцевого вкладыша. Наличие зазоров приводит к окислению герметизирующих поверхностей и понижению ресурса и надежности конструкции. Наличие подпружиненного кольцевого вкладыша, совершающего возвратно-поступательное движение в вакууме и в расплавленном металле, усложняет конструкцию и снижает ее надежность, так как коэффициент трения в вакууме резко возрастает.

что благоприятствует нежелательному охватыванию трущихся деталей и приводит к перекосам кольцевого вкладыша относительно герметизирующего экрана. Данное фланцевое соединение труб может работать только в одном положении, а именно, когда кольцевая ванна с расплавленным металлом-уплотнителем расположена горизонтально, в противном случае жидкий металлуплотнитель может вытечь, что приводит к аварийной ситуации.

Цель изобретения - обеспечение работы быстроразъемного сверхвысоковакуумного узла герметизации при произвольной ориентации в пространстве, а также упрощение конструкции и повышение надежности ее работы.

Указанная цель достигается тем, что в быстроразъемном сверхвысоковакуумном узле герметизации, содержащем верхний и нижний фланцы, систему нагрева и охлаждения, металл-уплотнитель и кольцевую ванну, установленную на нижнем фланце, дополнительно на верхнем фланце установлена кольцевая ванна с металлом-уплотнителем, при этом обе ванны выполнены герметичными с торцовыми поверхностями в виде закрытых клапанных узлов и с боковыми упругодеформируемыми стенками, играющими роль пружин клапанных узлов, причем клапанные узлы выполнены с возможностью взаимодействия при соединении фланцев и образования общей полости с металлом-уплотнителем, герметизирующим фланцевый стык.

На фиг. 1 показан быстроразъемный сверхвысоковакуумный узел герметизации в разгерметизированном состоянии, общий вид; на фиг. 2 - то же, в загерметизированном состоянии.

Узел содержит нижний фланец 1, выполненный в виде тонкостенного диска, на котором установлены системы 2 нагрева и система 3 охлаждения, а также герметично закреплены упругие элементы 4, образующие кольцевую ванну, при этом вторые концы упругих элементов герметично связаны с фигурными кольцами 5. Фигурные кольца 5, подпружиненные упругими элементами 4, взаимодействуют с нижним клапаном 6, выполненным в виде кольцевой фигурной щайбы и жестко связанным посредством кольца 7 с нижним фланцем 1. Нижний клапан 6, в свою очередь, периодически взаимодействует с верхним клапаном 8, выполненным в виде фигурной шайбы, при этом внутренний и внешний диаметры фигурной шайбы герметично соединены с внутренней полостью кольцевой емкости 9, имеющей в нижней части кольцевую прорезь, посредством упругих кольцевых оболочек 10.

Кольцевая емкость 9 герметично соединена с верхним фланцем 11, на котором установлена стягивающая гайка 12, выполненная в виде фигурной втулки, на внешней

боковой поверхности которой по периметру жестко установлены ручки 13 передачи усилия. Стягивающая гайка 12 взаимодействует посредством резьбового соединения с обечайкой 14, герметично закрепленной на

нижнем фланце I. Объем, образованный внутренней поверхностью кольцевой емкости 9 и наружными поверхностями кодьцевых упругих оболочек 10, а также кольцевая ванна, образованная упругими элементами 4,

Q кольцом 7 и нижним клапаном б, заполнены металлом-уплотнителем 15, хорошо смачивающим внутренние поверхности кольцевой емкости 9 и упругих элементов 4 и 10. В качестве металла-уплотнителя могут использоваться металлы с низкими температурой

плавления и уп-ругостью пара, например олово, индий и их эвтектики.

Быстроразъемный сверхвысоковакуумный узел герметизации работает следующим образом.

Верхний фланец 11, на котором установлена стягивающая гайка 12, вводится в контакт с нижним фланцем 1 (фиг. 1). После этого стягивающая гайка 12 посредством ручек 13 передачи усилия навинчивается на обечайку 14, на верхней боковой поверхнос5 ти которой выполнена резьба. Процесс выполняется до тех пор, пока не обеспечивается плотный контакт между кольцевой емкостью 9, герметично установленной на верхнем фланце II, и фигурными кольцами 5, герметично соединенными посредством упругих элементов 4 с нижним фланцем 1. Плотный контакт необходим для того, чтобы препятствовать вытеканию расплавленного металла-уплотнителя 15 как из объема, образованного внутренней поверхностью обо5 лочек 10, так и из ванны, образованной упругими элементами 4, кольцом 7 и нижним клапаном 6. Затем включают э 1ектронагреватель 2 и расплавляют металл-уплотнитель 15.

После этого продолжают навинчивать стягивающую гайку 12 посредством ручек 13 передачи усилия на обечайку 14, при этом фигурные кольца 5 под воздействием, которое они испытывают со стороны коль5 цевой емкости 9, жестко и герметично закрепленной на верхнем фланце 11, начинают опускаться вниз и выходят из контакта с нижним клапаном 6. При этом сжимаются кольцевые упругие элементы 4, которые в дальнейщем обеспечивают плотный контакт

0 между кольцевой емкостью 9 и фигурными кольцами 5, который, как говорилось выше, препятствует вытеканию расплавленного металла-уплотнителя. Одновременно с этим верхний клапан 8, подпружиненный кольце, выми упругими оболочками 10, под воздействием со стороны нижнего клапана 6, жестко связанного посредством кольца 7 с нижним фланцем 1, начинает перемещаться вверх и выходит из плотного контакта с кольцевой

емкостью 9. В результате этого в образовавшийся кольцевой зазор (фиг. 2) начинает поступать чистый неокисленный металл-уплотнитель 15 как из кольцейой емкости 9, так и из кольцевой ванны, образованной упругими элементами 4, что приводит к образованию надежного герметичного соединения.

Процесс сжатия кольцевых упругих элементов 4 и 10 происходит до тех пор, пока обечайка 14, герметично связанная с нижним фланцем 1, не упрется в ограничительный буртик на верхнем фланце 11, после чего навинчивание стягивающей гайки 12 на обечайку 14 прекращается. После этого выключается нагреватель 2, включается система 3 охлаждения и процесс герметизации считается завершенным.

Процесс разгерметизации сверхвысоковакуумного узла герметизации происходит в обратном порядке.

Технико-экономический эффект изобретения заключается в повышении ресурса работы за счет исключения влияния окис-, ления на получение герметичного соединения, а также в обеспечении работы узла при произвольной ориентации в пространстве.

Формула изобретения

Быстроразъемный сверхвысоковакуумный узел герметизации, содержащий верхний и нижний фланцы, систему нагрева и охлаждения, .металл-уплотнитель и кольцевую ванну, установленную на нижнем фланце, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы и упрощения конструкции, а также обеспечения работы сверхвысоковакуумного узла герметизации при произвольной ориентации в пространстве, на верхнем фланце дополнительно установлена кольцевая ванна с металлом-уплотнителем, при этом обе ванны выполнены герметичными с торцовыми поверхностями в виде закрытых клапанных узлов и с боковыми упругодеформируемыми стенками, играющими роль пружин клапанных узлов, причем клапанные узлы выполнены с возможностью взаимодействия при соединении фланцев и образования общей полости с металлом-уплотнителем, герметизирующим фланцевый стык.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 734474, кл. F 16 L 37/04, 1977.

bJCi