Сверхвысоковакуумный клапан Советский патент 1981 года по МПК F16K1/12 

(54) СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНЫЙ КЛАПАН

I

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вакуумной технике, где может быть использовано, например, в сверхвысоковакуумных установках для отсечения средств откачки, в системах, где требуется прогрев клапана в закрытом состоянии, в печах отжига и вводах движения.

Известна конструкция затвора для высоковакуумных систем, содержащая клапан, седло, выполненное в виде пористого тела, пропитанного жидким металлом, и систему нагрева или охлаждения 1.

Недостатком этого клапана является то, что жидкий металл-уплотнитель, размещенный в пористом теле седла, не смачивает поверхность клапана в результате его окисления даже в условиях вакуума, что не позволяет получить герметичного соединения и ограничивает ресурс работы временем образования окисной пленки более 10.

Наиболее близким к предлагаемому является затвор, содержащий корпус, в нижней части которого в кольцевой ванне размещен металл-уплотнитель, расплавляемый с помощью наружного нагревателя и взаимодействующий с экраном, в нижней части которого имеется кольцевой желоб. Экран соединен с приводным щтоком 2.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и малый ресурс работы.

5 Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что в герметизирующем экране образована кольцевая щель, сообщенная с кольцевым каналом, причем объем щели по отнощению

10 к объему кольцевого канала составляет величину, не меньшую, чем коэффициент объемного расширения используемого металлауплотнителя, а стенки, образующие щель, герметично покрыты материалом, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем.

На чертеже показан сверхвысоковакуумный клапан, разрез.

Клапан содержит корпус 1, снабженный верхним, боковым и нижним пристыковочными фланцами, кольцевой ванной

металла-уплотнителя 2 и кольцевым каналом для охлаждающей жидкости 3.

Внутренняя полость кольцевой ванны герметично покрыта материалом, например серебром, хорошо смачиваемым металломуплотнителем, например оловом, индием. По периметру кольцевой ванны установлена система нагрева 4. На верхнем пристыковочнбм фланце корпуса 1 установлен фланец 5, выполненный из немагнитного материала, на котором закреплен электродвигатель 6. На валу электродвигателя закреплен внешний диск 7 с магнитными элементами 8. С внутренней стороны фланца 5 на подщипнике 9 закреплен внутренний диск 10 с магнитными элементами 11. К диску 10 жестко прикреплены водила 12, выполненные в виде планок с продольным пазом, в котором свободно размещен один из кронштейнов 13, имеющий ограничительные буртики, расположенные по обе стороны водила 12, а другим концом кронщтей 13 прикреплен к герметизирующему экрану 14, снабженному кольцевой щелью 15 и кольцевым каналом 16. При этом, объем кольцевой щели 15 по отношению к объему кольцевого канала 16 составляет величину не меньшую, ч.ем коэффициент объемного расширения используемого металла-уплотнителя. Внутренняя поверхность кольцевого канала и кёльцевой щели герметично покрыта материалом, например медью или серебром, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем, например индием или оловом. На другом конце кронштейнов 13 закреплены подшипники 17, установленные в пазу, направляющей спирали 18, закрепленной на внутренней стороне фланца 5. Направляющая спираль имеет разрыв в месте бокового отверстия корпуса 1. В связи с этим для обеспечения винтового движения герметизирующего экрана 14 по направляющей спирали 18, последний снабжен по крайней мере шестью кронщтейнами 13, обеспечивающими жесткое положение оси герметизирующего экрана в пространстве. Сверхвысоковакуумный клапан работает следующим образом. При включении электродвигателя 6 начинает вращаться внешний диск 7 с магнитными элементами 8, которые через герметичную немагнитную стенку фланца 5 воздействуют на магнитные элементы 11, приводя последние в движение вместе с внутренним диском 10. При этом водило 12, закрепленное на диске 10, приводит в движение кронштейны 13 с экраном 14. Кронштейны 13 посредством подшипников 17 перемещаются в пазу направляющей спирали 18, одновременно совершая поступательное движение вниз с экраном 14. При этом кольцевой канал и часть кольцевой щели заполнены металлом-уплотнителем в твердой фазе, а верхняя его часть, смачивающая стенки кольцевой щели, покрыта окисной пленкой, образовавшейся в результате воздействия на металл-уплотнитель остаточной газовой среды вакуумного объема или атмосферы. Одновременно с включением электродвигателя б включается система нагрева 4, обеспечивающая расплавление металла-уплотнителя 2. После этого герметизируюш,ий экран 14, совершая вращательно-посту нательное движение вниз, опускается в расплавленный металл-уплотнитель до упора о дно ванны. При этом металл-уплотнитель, размещенный в кольцевом канале 16 и щели 15, находится в твердом состоянии, а на металле-уплотнителе, размещенном в щели и взаимодействующим с остаточной газовой средой вакуумного объема или атмосферой, имеется окисная пленка, не смачиваемая металломуплотнителем. Наличие окисной пленки на герметизируемых поверхностях приводит к образованию негерметичного соединения. При расплавлении металла-уплотнителя в герметизирующем экране происходит изменение его фазового состояния, что сопровождается увеличением объема, .а так как прирост объема происходит по высоте кольцевой щели 15, то при приросте, например, в несколько миллиметров заведомо происходит разрыв окисной пленки и чистый неокисленный металл-уплотнитель ванны входит в контакт с чистым, неокисленным металлом-уплотнителем герметизирующего экраца, образуя при этом герметичное соединение. После того, как экран 14 упрется в дно ванны, прекращается возвратно-поступательное движение экрана, а с ним водила 12 и диска 10 с магнитными элементами 11, что приводит к перегрузке в работе электродвигателя, и при срабатывании соответствующего устройства токовой защиты происходит отключение питания электродвигателя и системы нагрева 4, затем в кольцевой канал 3 корпуса 1 подается охлаждающая жидкость и после затвердеваний металла-уплотнителя система охлаждения отключается. Процесс открытия клапана происходит в следующем порядке. Включается система нагрева 4 и расплавляется металл-уплотнитель 2. После этого включается электродвигатель 6, который обеспечивает вращение внешнего диска 7 с магнитными элементами 8 в обратном направлении. Магнитные элементы 8 воздействуют на магнитные элементы. И диска 10, который посредством водила 12 воздействует на кроиштейны 13 герметизирующего экрана 14, обеспечивая вращательно-поступательное движение экрана 14 вверх. Экран 14 поднимается из расплавленного металла-уплотнителя и движется до упора кронщтейна 13 в конце паза водила 12. При этом прекращается вращательное движение экрана 14, кронщтейнов 13 и связанных с ним водил 12, диска 10 и магнитных элементов 11. Это приводит к перегрузке в работе электродвигателя с последующим его отключением от электросети. Одновременно отключается система нагрева 4 и в кольцевой канал 3 корпуса 1 подается охлаждагощая жидкость.

Технико-экономический эффект заключается в том, что предлагаемая конструкция клапана обладает большим ресурсом работы, так как принцип объемного расширения, положенный в основу работы узла уплотнения, исключает влияние окисления на процесс получения .герметичного соединения. При этом конструкция клапана может прогреваться в закрытом состоянии до температуры 500°С, что существенно расширяет диапазон его использования. Ресурсные испытания показывают высокую надежность узла уплотнения.

Формула изобретения

Сверхвысоковакуумный клапан, содержащий корпус, кольцевую ванну с металлом-уплотнителем, систему нагрева и герметизирующий экран с кольцевым каналом, размещенным в металле-уплотнителе, соединенный с механизмом подъема, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, в герметизирующем экране образована кольцевая щель, сообщенная с кольцевым каналом, причем объем щели по отнощению к объему кольцевого канала составляет величину,

не меньшую, чем коэффициент объемного расширения используемого металла-уплотнителя, а стенки образующие щель, герметично покрыты материалом, смачиваемым металлом-уплотнителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2770914/29-08, кл. F 16 L 37/04, 1979 (прототип).