Жидкоструйный вакуумный затвор Советский патент 1977 года по МПК H01J37/18 

I

Затвор предназначен для использования в вакуумной технике: для перекрытия потока газа и вывода через него мощных потоков электронов, света или других видов излучения из области низкого давления в область высокого давления (порядка атмосферного).

Известен ваккумный затвор с проходным отверстием, перекрываемым струей жидкости в виде тонкой неразрывной пленки. Струя жидкости вытекает из примыкающего к вакуумному затвору резервуара высокого давления через узкую щель в корпусе, пересекает проходное отверстие затвора и после отражения от противоположной стенки корпуса удаляется из затвора. Струя разделяет область высокого и низкого давления. Под действием перепада давления струя при движении отклоняется от первоначального направления в сторону низкого давления. Этот вариант вакуумного затвора может быть изготовлен с проходным отверстием только кольцевой формы.

Однако для создания ряда устройств требуется вывод в область высокого давления электронных пучков специальной формы, которая определяется формой проходного отверстия жидкоструйного вакуумного затвора. Например, затвор с проходным отверстием в виде длинной щели, способный выводить в атмосферу электронные пучки ленточной формы, является основой для создания мощных иопизационных лазеров и усилителей света высококого (порядка атмосферного) давления, высокопроизводительных плазмохпмпческих установок, устройств для резки и сварки металлов и т. д.

Однако в известном устройстве пе peniena задача уплотнения струей жплкости краевых областей проходного отверстия.

В предложенном затворе уплотпепие краевых областей достигается посредством задания острого угла схождения противоположных внутренних стенок корпуса, образующих проходное отверстие. Совместно с тупым углом падения в сторону высокого давления, этот позволяет использовать энергию движения струи для поддержания перепада дaBv eния на струе по всему ее периметру.

Эффективность работы жидкоструйного вакуумного затвора определяется также расстоянием от щели, на котором струя сохраняет свою однородность и неразрывность, что, в свою очередь, зависит от начальной однородности струи, которая определяется профилем формирующей струю щели в корпусе затвора и точностью ее изготовления. Так для вывода в атмосферу через затвор электронных пучков с энергией 100 к.э.в. при прозрачности более 50% перекрываюп ая струя должна иметь толщину не более 40 мк, а ее скорость около

10 см/сек при давлении в резервуаре порядка ЮОатм.

При такой высокой скорости жидкости и малой ширине щели для снижения гидравлических потерь формирующая струю щель должна иметь достаточно острые кромки при точной калибровке сечения.

Совокупность таких высоких требований к форме и точности изготовления формирующей струю щели трудно удовлетворить в неразборном корпусе затвора.

В предлагаемом затворе формирующая струю щель образована отдельными частями корпуса - основанием и плитой и накладной пластиной или посредством применения калибровочных пластин, вмонтированных в теле корпуса.

Применение накладной пластины или калибровочных пластин позволяет предварительно до сборки обработать формирующие струю острые кромки, что обеспечивает более упрощенную технологию изготовления затвора при сохранении требуемой точности.

На фиг. 1 показан общий вид затвора; на фиг. 2 - сечение А - А на фиг. 1, на фиг. 3- затвор с применением калибровочных пластин, укрепленных в неразборпом корпусе; на фиг. 4 - то же, с разборным корпусом.

Корпус 1, выполненный в виде массивной металлической плиты, имеет проходное отверстие 2 щелевой формы. Сверху на корпусе установлепа накладная пластина 3. В теле пластины и корпуса выполнены канавки, образующие резервуар 4 высокого давления, куда подается жидкость по каналу 5. Жидкость через узкую щель 6, образованную острыми краями корпуса 1 и пластины 3, вытекает струей

7и перекрывает проходное отверстие 2, ограниченное внутренними стенками 8, 9 и 10 корпуса.

Направление движения жидкости в струе задается формой щели 6, поэтому можно считать его перпепдикулярным стенке 10. Угол наклона противоположной стенки 8 корпуса к струе 7 выбран таким, чтобы при падении на указанную стенку струя образовывала с ней тупой угол со стороны высокого давления и, соответственно, острый угол со стороны низкого давления. После удара о стенку 8 струя отражается вверх в сторону высокого давления. Выбранный угол падения струи на стенку

8создает движение жидкости на ее поверхности против перепада давления и тем самым позволяет использовать эпергию движения струи для поддержания за счет сил вязкости перепада давления в области около поверхности стенки, где скорость движения жидкости стремится к нулю. С этой же целью выбран острый угол отхождеиия внутренних стенок 9 и 10, который совместно с указанным выше наклоном стенки 9 в сторону высокого давления обеспечивает на поверхности стенки

9двшкение жидкости против перепада давления и отражение струи в сторону высокого давления, т. е. вакуумное уплотнение струей проходного отверстия затвора по всему его периметру.

Длина канавок в корпусе затвора и пластине 3, образующих резервуар 4 и определяющих ширину струи жидкости, превосходит длину проходного отверстия 2 в корпусе затвора, благодаря чему пересекающая проходное отверстие свободная струя на его краях переходит в струю, движущуюся по поверхности корпуса.

Использование калиброванных пластин 11 (фиг. 3, 4) еще более облегчает механическую обработку острых кромок форлтирующей струю щели.

Как видно на фиг. 3, в корнусе 1 затвора проходное отверстие 2 перекрывается струей 7, вытекающей через щель 6, образованную острыми кромками пластин 11, вставленных в нрорезь в корпусе 1. После пересечения проходного отверстия 2 струя 7 попадает на противоположную стенку корпуса и, вследствие наклона стенки, отражается вверх в сторону высокого давления. Соединение пластин 11 с корпусом должно быть достаточно прочным,

а нижней пластины - вакуумно плотным.

Разборный корпус затвора, изображенный в разрезе на фиг. 4, состоит из соединенных через прокладку 12 двух частей 13 и 14, в которые вмонтированы пластины II, образующие

щель для формирования струи жидкости. В обоих частях корпуса выполнены канавки, совместно образующие резервуар 4 жидкости высокого давления. В резервуар 4 жидкость поступает по каналу 5 в нижней части корпуса 14. Ширина щели может меняться посредством замены прокладки 12.

По сравнению с цельным неразборным корнусом вакуумного затвора или корпусом, разбирающимся на крупные части, использовапне для формирования струи жидкости вмонтированных в корнус калиброванных пластин облегчает выполнение щели оптимальной формы с необходимой высокой точностью.

Формула изобретения

1. Жидкоструйный вакуумный затвор, содержащий корпус с проходным отверстием в

виде щели, перекрываемым подаваемой под давлением струей жидкости в виде тонкой неразрывной пленки, формирземой щелью во внутренней стенке корпуса и подающей на другую его стенку, отличающийся тем,

что, с целью уплотнения струей краевых областей проходного отверстия, стенка корпуса расположена к поверхности струи падающей на эту стенку под острым углом со стороны низкого давления.

2. Затвор по п. 1, отличающийся тем, что соприкасающиеся со струей части указанных стенок корпуса выполнены сходящимися под острым углом. 3. Затвор по п. 1 и 2, отличающийся

тем, что формирующая струю щель образована торцевой поверхностью корпуса со стороны высокого давления и расположенной на ней пластиной.

4. Затвор по пп. 1-3, отличающийся

10

тем, что с целью увеличения надежности, формирующая струю щель образована краями калибровочных пластин, укрепленных в теле корпуса.