НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ТОКОВВОД Советский патент 1971 года по МПК H01B17/62 

Изобретение относится к криогенной и вакуумной технике и касается токовводов в вакуумные и низкотемпературные установки, которые могут быть применены в технике для физических исследований, криостатостроении и криогенной электронике.

Известны токовводы в вакуумные полости, незначительные изменения условий применения которых требуют разработки специфических конструкций. В основном эти токовводы маломощны и содержа г тонкие токопроводящие стержни, которые в большей части случаев для обеспечения герметичности спаиваются со стеклом. Применение таких токовводов нри температурах криогенных жидкостей приводит к растрескивапию спаев иа мощпых токовводах или к значительному снижению числа циклов захолаживания на маломощных.

Известно также уплотпение штоков низкотемпературной арматуры, которое достигается за счет раздавливания пластичной прокладки из фторопласта, зажатой между двумя прижимными шайбами из графита через ипваровые распорные щайбы, которые вместе с корпусом при определенном подборе длин являются термокомпенсаторами. Полимерная прокладка раздавливается до пластического состояния с тем, чтобы она затекла во все микрошероховатости на корпусе и штоке вентиля, а для устранения выдавливания (экструзии)

набивки по обе стороны ее ставятся плотно нодогнанные но размерам к П1току н корнусу графитовые кольца.

Это устройство только уплотняет, но не изолирует от корпуса. Простая замена материала прижимных втулок электроизоляторами и.з стеклопластиков, керамики или стекла, -кчк показал опыт, задачи не решает, так как нри ннзких температурах 1)3оляционные материалы, кроме некоторых полимерных иластиков, сильно охрупчиваются it при иоиытках создать пластическое состояние на фторопластовой набивке разрушаются. В то же время фторопласт является отличным электроизоляционным неохруичивающпмся при низких температурах материалом и наиболее подходит для этой цели. Однако изготовление изоляционных втулок из фторопласта требует ирименения высокоэластичной и вакуумпоплотпой набивки, которая обеспечивает вакуумную плотность уплотнения ири удельных давлениях на нрижимные втулки, не превышающих предела упругости фторопласта; в противном случае изоляторы из фторонласта начинают течь.

Известен высокопластичный материал для вакуумных у11./ютнений - ФУМ (фторопластовый уплотнительный материал), который отлично зарекомендовал себя и ири низких температурах. Высокая пластичность н текучесть (затекание в микрошероховатости) оиределяется наличием в нем наполнителей-смазок. Но вакуумную плотность такие прокладки обеспечивают только при условии раздавливания их до толщины не более 0,1 мм; в этом случае они перестают течь за счет сцепления с уплотняющими поверхностями, т. е. высота набивки тоже не должна превышать 0,1 мм. Обеспечить вакуумное уплотнение металлического стержня токопровода на пояске шириной менее 0,1 мм практически не удается, для этого необходимо иметь набивку порядка 1 мм.

Целью изобретения является создание вакуумного токоввода, который работал бы в условиях криогенных температур, выдерживал большое число циклов захолаживания и был надежно электроизолирован.

Поставленная цель достигается тем, что уплотняющая набивка предложенного токоввода выполнена из асбестовой ниги, обернутой пленкой ФУМ и намотанной на токопровод, прижимное усилие на которую передают работающие в зоне упругих деформаций изоляционные втулки из фторопласта; термокомпенсатор выполнен в виде последовательного коаксиального набора чередующихся тонкостенных втулок с низким и высоким коэффициентом линейного расширения.

На чертеже показан описываемый токоввод, общий вид.

Устройство состоит из токопровода /, изолированного от корпуса 2 фторопластовыми втулками 3 и уплотняющей набивкой 4. Уплотняющее усилие на набивку создает гайка 5 через изоляционные втулки 3 и термокомпенсатор, выполненный из последовательно чередующихся коаксиальных тонкостенных втулок 6, 7 из материала с низким и высоким коэффициентом линейного расширения соответственно.

При захолаживании до температур криогенных жидкостей все детали подвергаются значительному линейному уменьшению, а уплотняющая набивка - объемному. Для восстановления удельного давления, необходимого для закрытия микротечей через уплотнение, служит термокомпенсатор.

Так как у фторопласта коэффициент линейного расширения во много раз больше, чем у металла, то и длина компенсатора, работающего по принципу разности удлинений двух разнородных материалов, во столько же раз должна превышать высоту уплотнения токоввода. Для создания компактной конструкции втулки 7 из материала с большим коэффициентом линейного расширения, например латунные, выполнены коаксиально и чередуются с втулками 6 из материала с низким коэффициентом линейного расширения, например из титана. Предыдущая втулка 7 работает на растяжение и осаживает при охлаждении последующую втулку 7 через сжатую втулку 6 на величину разности линейных сокращений

пары втулок, а общая длина компенсатора изменяется на сумму величин разностей линейных сокращений всех пар втулок.

Уплотняющая набивка 4 выполняется намотдой нити из асбеста, обернутой пленкой ФУМ. Например, в опытном образце токоввода нить из асбеста диаметром 2 мм обматывали пленкой ФУМ толщиной 100 мк. Из пленки ФУМ вырезали полоски щириной в 4-6

диаметров нити, которые плотно наматывали спирально на нить так, чтобы края пленки перекрывали друг друга внахлестку. Оба конца нити тщательно заматывали пленкой так, чтобы не было видно асбеста. Длину нити подбирали пробным обжатием для получения расчетной толщины набивки. Если высота набивки больше расчетной, то термокомпенсатор не может компенсировать ее усадку, и уплотнение дает течь, а если меньше, то набивка уплотняется еще сильнее, но это может привести к появлению пластических деформаций на фторопластовых изоляторах. Наилучщие результаты по герметичносги были получены на опытном образце, когда длину нити уменьщали на 10-15% по сравнению с расчетной.

В обжатом состоянии пленка ФУМ заполняет все микрощероховатости на токопроводе и корпусе, а смазка, вытекшая под давлением из материала ФУМ, впитывается асбестовой

нитью, которая служит каркасом для пленки ФУМ и не допускает выдавливания набивки из уплотнения при затягивании. В то же время такая композиция создает эластичность и подвижность набивки как при комнатной температуре, так и при захолаживании.

Преимущество такой нехрупкой конструкции токоввода заключается в том, что его можно легко изготовить из общедоступных материалов. Втулки с малым коэффициентом линейного расширения можно гнуть из листа. Конструкция получается компактной, вибростойкой и допускает некоторые перемещения токопровода при термоударе, что обеспечивает герметичность на всех режимах работы; ее

можно применять как для маломощных токовводов, так и для мощных. Такой тип уплотнения можно использовать для труб, штоков вентилей и других вводов в вакуум.

Предмет изобретения

Низкотемпературный вакуумный токоввод, содержащий вводимый в корпус устройства токопровод с уплотняющей набивкой, прижимные изоляционные втулки и термокомпенсатор, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежной работы устройства в условиях низких температур, уплотняющая набивка выполнена из асбестовой нити, обернутой пленкой

ФУМ, изолирующие втулки - из фторопласта, а термокомпенсатор - в виде набора чередующихся втулок с нпзким и высоким коэффициентом линейного расширения.