ГЕРМЕТИЧНЫЙ СТЫК ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ВЫСОКОВАКУУМНЫХ СИСТЕМ Советский патент 1973 года по МПК F16L23/32 

1

Изобретение относится к области вакуумной техники и может использоваться для стыковки элементов и узлов вакуумных камер. Известны случаи применения, когда необходима дистанционная автоматическая замена отдельных элементов и узлов вакуумной камеры в эксплуатационных условиях, в частности замена кольцевой камеры протонного синхротрона на сверхвысокие энергии.

Обычно подобная стыковка производится с помощью уплотняющих прокладок, в том числе металлических, например индиевых, где стыковка вакуумной камеры осуществлена посредством механически стягиваемых фланцев.

Известен герметичный сварной стык соединения элементов и узлов посредством тонкостенных фланцев, в котором сварной шов выполнен но их.контуру. При необходимости такой шов срезается механическим способом, и при новторной стыковке сварка производится вновь.

Однако при таком способе стыковки наблюдается нарущение вакуумной гигиены, вызываемое нагреванием свариваемых фланцев, происходящим в атмосфере окружающего воздуха и приводящим к образованию оксидных, карбидных и другого рода пленок на внутренней поверхпости фланцев. Это существенно затрудняет достижение необходимого

рабочего давления и получение соответствующего спектра остаточных газов.

Кольцевая камера указанного ускорителя имеет больщую протяженность и состоит из многих тысяч герметичных узлов, работающих в условиях высокого уровня радиации. Это определяет высокие требования к системе ее гер 1етизацпи:

особо высокая степень надежности больщого числа герметичных стыков вакуумной камеры,

возможность сравнительно легкого осуществления дистанционноавтоматической стыковки и расстыковки отдельных элементов и узлов камеры в эксплуатационных условиях,

возможность осуществления оперативной дистанционной проверки и эксплуатационного контроля состояния герметичности стыков и использования их для разделения вакуумной камеры на герметично изолированные участки,

минимальная габаритная протяженность герметичных стыков в их осевом направлении.

Предлагаемое устройство отличается тем, что, с целью дистанционного осуществления высоконадежной стыковки и оперативного контроля степени герметичности стыка, оно выполнено в виде трех соосно расположенных фланцев, из которых два магистральных идентичны и укреплены подвижно в осевом

направлении иа стыкуемых узлах посредством иодиружииеиных иаправляющих и упругих компенсаторов, а третий-промежуточный фланен - помещен между магистральными. На каждой из сторон промежуточного фланца расположено по три замкнутых унлотняющих контура, из которых внутренний расположен по высоковакуумной границе герметичного стыка, внешний - но границе с окружающей средой и нромежуточный - между внешним и внутренним так, что в состыкованном (сопряженном) положении эти контуры образуют внутреннюю и охватывающую ее внешнюю замкнутые полости, сообщающиеся со средствами, обеспечивающими получение в любой из этих полостей форвакуумного, атмосферного или избыточного давления воздуха или пробного газа (например, гелия). Взаимное поджатие магистральных флаицев к промежуточному достигается одновременным -.лли .-после довательным разрежейнем газа в указанных:полостях.

Для упрощенияоперации стыковки и расстыковки, а также ко1|струкции манинуляторов, вьшолпяющих 1ту-юрерацию автоматичеCKHj в предлагаемом устройстве промежуточный фланец подвещен или установлен в зазоре между магистральными фланцами, выполненными в своей средней части упруго деформирующимися иод воздействием атмосферного давления, причем промежуточный фланец выполнен сплошным или состоящим из отдельных частей, например в форме колеса со спицами.

Внутренний уилотняющий контур герметичного стыка выполнен в виде идентично сопряженных металлических поверхностей, имеющих форму сферических поясков с общим центром образующих эти пояски сферических поверхностей. Сфернческая форма сопряжения позволяет скомпенсировать несооспость стыкуемых фланцев и снизить тем самым требование к точности установки стыкуемых элементов и узлов.

Наличие промежуточных полостей с форвакуумным давлением на несколько порядков снижает величину натекания через металлическое уплотнение внутреннего уплотняющего контура в случае появления дефекта в его уплотнении. Кроме того, наличие двух (или большего числа) промежуточных нолостей позволяет осуществить оперативный дистанционный контроль за состоянием герметичности внутреннего и промежуточного уплотняющего контура путем подачи пробного газа во внутреннюю замкнутую полость, при этом расход пробного газа будет экономичен.

При необходимости тепловой вакуумной тренировки области герметичного стыка внещНИИ и промежуточный уплотняющие контуры могут бь1ть выполнены в виде прокладок не нз обычной, нрименяемой для подобной цели, вакуумной резины, а из витона нли из свинца и других металлов и сплавов.

Перечисленные особенности предлагаемого устройства позволяют обеспечить высокую надежность, осуществить сравнительно несложны мн механическнмн манинуляторами дистанцнонную стыковку и расстыковку, обеспечить оперативный дистанционный контроль состояния его герметичности, исключить применение болтов или других механических средств для герметичного поджатия фланцев н стабилизировать величину необходимого для этого усилия, а также допускают тепловую вакуумную тренировку герметичных стыков и использование этих стыков в качестве герметичных заглушек для поиска и ликвидации аварийных дефектов герметичности высоковакуумной системы.

Па фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства, сопряжение сферических поверхностей внутреннего уплотняющего коптура и образование промежуточных полостей; па фиг. 2 - использованне в качестве герметичной заглушки глухого магистрального фланца.

Магистральные фланны / стыкуемых узлов вакуумной системы расположены соосно и имеют возможность ограниченного осевого перемепхения посредством подпружиненных направляющих 2 н упругих компенсаторов 3, выполненных в виде металлических сильфопов. Магистральное отверстие каждого фланца концентрично обрамлено вогнутым сферически.м нояском 4 с центром образующей поверхности, расположенным на магистральной оси 5.

В зазоре между магистральными фланцами установлен нромежуточный фланец 6, магистральное отверстие которого с каждой стороны концентрично обрамлено выпуклым сферическим пояском 7 с центром образуюП1,ей сферической поверхпости, расположенным также на магистральной оси. Кроме того, на каждой стороне промежуточного фланца имеются уплотняющие прокладки 8 и 9, расноложенные концентрично магистральной оси.

Прн соприкосновении магистральных фланцев с промежуточпым фланцем образуются замкнутые промежуточные полости 10 и //, соответственно внутренняя и охватывающая ее внешняя, которые сообщаются носредством коаксиально расположенных трубок 12 н 13 с форвакуумной и гелиевой магистралями. Для коммутации этих полостей с указанными магистралями или с окружающей, ат.мосферой служит многопозиционный кран.

Возможно осуществление герметичного стыка без промежуточного фланца. В этом случае сферический поясок 7, уплотняющие прокладки 8 и 9 и коаксиально расположенные трубки 12 и 13 вынолнены на одном из двух стыкуемых магистральных фланцев, причем этот фланец неподвижно закреплен на стыкуелюм с его номои ью узле или элементе вакуумной системы, а промежуточные нолости 10 и // образуются при соприкосновении с

ним ответного магистрального фланца, выполненного так же, как и в елучае осуществления герметичного стыка с промежуточным фланцем.

Процесс герметичной стыковки при осуществлении герметичного стыка с промежуточным фланцем происходит следующим образом.

Магистральные фланцы 1 стыкуемых объектов, например узлов вакуумной камеры ускорителя, посредством дистанционного или местного управления сближаются до соприкосновения с промежуточным фланцем 6 с помощью подпружиненных паправляющих 2. Затем образованная в результате соприкосновения внешняя промел уточная полость // коммутируется с форвакуумной магистралью. В результате ироисходящего при этом разрежения объема внешней промежуточной полостп внешнее атмосферное давление прижимает магистральные фланцы к промежуточному фланцу, вследствие чего происходит точное сопряжение и последующее герметичное поджатие сферических уплотняющих поясков друг к другу и образуется внутренний металлический уплотняющий контур по высоковакуумной границе герметичного стыка. Затем внутренняя промежуточная полость также коммутируется с форвакуумной магистралью.

Процесс герметизации стыковки при осуществлении герметичного стыка без промежуточного фланца происходит аналогичным способом.

Сквозной магистральный фланец может заменяться глухим магистральным фланцем 14.

Предмет изобретения

1. Герметичный стык для соединения элементов и узлов высоковакуумных систем посредством фланцев и уплотняющих прокладок, отличающийся тем, что, с целью дистанционного осуществления высоконадежной

стыковки и оперативного контроля степени герметичности стыка, он выполнен в виде трех соосно расположенных фланцев, из которых два магистральных идентичны н укреплены подвижно в осевом направленпи а стыкуемых узлах посредством подпружиненных направляющих и упругих компенсаторов, а третий - промежуточный фланец - помещен между магистральными, причем на каждои цз его сторон расположено по три замкнутых уплотняющих контура, из которых внутренний расположен по высоковакуумной границе герметичного стыка, внешний - по границе с окружающей средой и промежуточвый - между внешним и внутренним так, что в состЕзГкованно:. (сопряженном) положении эти контуры образуют внутреннюю и охватывающую ее внеиппою замкнутые полости, еообп1,ающиеся со средствами, обеспечиващнми

получепие в любой пз этих полостей форвакуумного, атмосферного пли избыточного давления воздуха или пробного газа (например, гелия), при этом взаи1мное поджатне магистральных фланцев к промежуточному достигается одповремснным нлп последовательным разреженпем газа в уКазанных полостях.

2.Стык по II. 1, отличаю1цийся тем, что магистральные фланцы пмеют различную жесткость в раднальном сечении, благодаря

чему являются жесткими в области, ограничивающей внутреннюю полость, ц упругодеформируемыми в области, ограничивающей внешнюю полость.

3.Стык по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что внутренний уплотняющий контур выполнен в

виде идентично сопряженных металлпческих поверхностей, имеющих форму сферических поясков, выполненных на промежуточном и магистральных фланцах, прпчем центры образующпх эти пояски сферических поверхностей совмещепы п находятся на магистральной оси состыкованных фланцев.

(Puz.i

5S1 (Риг. 2