Сверхвысоковакуумный затвор Советский патент 1982 года по МПК F16K49/00 

(5) СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНЫЙ ЗАТВОР

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к вакуумной TexHMKCjH может использоваться, например, в системах сверхвысоковакуумной откачки, где требуется прогрев затвора в закрытом состоянии, в системах шлюзования и в печах отжига.

Известен сверхвысоковакуумный затвор, в корпусе которого, снабженном системой охлаждения и электронагревателем, установлено седло, перекрываемое герметизирующим экраном, перемещаемым штоком привода, образующее с корпусом ванну, заполненную металлом-уплотнителем Г1 .

Недостатком известного устройства является неизбежное образование окисной пленки, что не обеспечивает полной смачиваемости герметизирующего элемента при образовании затвора, а следовательно, и герметичности соединения. Кроме того, данная конструкция использует достаточно большое количество металла - уплотнителя.

Целью изобретения является повыт шение надежности работы и экономичности .

Поставленная цель достигается тем, что затвор снабжен ступенчатой втулкой, меньшей ступенью прикрепленной к герметизирующему экрану, образующей с ним глухой капиллярный канал, причем стенки канала покрыты материалом, смачиваемым металлом-уплотнителем.

На фиг. 1 показан в сверхвысоковакуумный затвор в загерметизированном положении, разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1.

Затвор содержит корпус 1, снабженный пристыковочными фланцами, расположенными по одной оси, а также вспомогательным фланцем, ответной частью которого служит фланец 2, на котором герметично закреплены с одной стороны штуцер 3 и для подачи сжатого воздуха, а с другой - механизм перемещения. На внешней боковой поверхности корпуса 1 размещены электронагреватель 5 и система охлаждения 6. Во внутренней поверхнос ти корпуса установлено седло 7. оёразующее с корпусом ванну, заполненную металлом-уплотнителем 8, взаимодействующим периодически с герметизируюи им экраном 9, выполненным в виде цилиндра с дном. На внешней боковой поверхности герметизирующего экрана 9 установлена ступенчатая втулка 10, меньшая ступень которой вакуумно-плотно закреплена на нем, а большая ступень образует с герметизирующим экраном капиллярный канал С порядка 0, мм, внутрение поверхности которого герметично покрыты материалом, хорошо смачиваемым металлом-уплотнителем 8. Герметизирующий экран 9 жестко связан со штоком 11, второй конец которого герметично соединен с упругодеформируемой трубкой 12, имеющей форму полукольца. Упругодеформируемая трубка 12 герметично связана с цилиндрическим переходником 13 выполненным в виде трубки с дном, причем к закрытому торцевому концу переходника 13 герметично присоединяется упругодеформируемая трубка 1, а через отверстие в боковой стенке переходника его внутренняя полость герметично связывается с упругодеформируемой трубкой 15, герметично связанной с трубкой 16 (фиг.1). В свою очередь трубка 16 вакуумно-плотно крепится на фланце 2, герметично пристыкованному к корпусу 1, причем через от верстие во вспомогательном фланце 2 внутренняя полость трубки 16 соединяется со штуцером k, соответственно Упругодеформируемая спиралевидная трубка l4 герметично крепится на вспомогательном фланце 2 и через отверстие в нем связана со штуцером 3. Сверхвысоковакуумный затвор работает следующим образом. Процесс открытия сверхв)э1соковакуумного- затвора происходит в следующем порядке. Включается электронагреватель 5 и производится расплавление металла-уплотнителя 8, раз мещенного в кольцевой проточке седла 7 корпуса 1. Затем через штуцер Ц вакуумно-плотно закрепленного на фланце 2, во внутренние полости труб ки 16, упругодеформируемой трубки .15 9 цилиндрического переходника 13 и упругодеформируемой трубки 12, имеющей форму полукольца, осуществляется подача сжатого воздуха. При этом упругодеформируемая трубка 12, имеющая форму полукольца, начинает изменять свою конфигурацию, начинает разгибаться, а Упругодеформируемая трубка 15 не изменяет свою форму, так как ее жесткость в несколько раз меньше жесткости упругодеформируемой спиралевидной трубки 14, и следовательно, усилия, действующие на внутренние стенки упругодеформируемой трубки 15, недостаточны для того, чтобы вызвать какое-либо перемещение упругодеформируемой спиралевидной трубки И. Упругодеформируемая трубка 12 связана со штоком 11, который, в свою очередь, жестко связан с герметизирующим экраном 9, следовательно, изменение формы упругодеформируемой трубки 12 приводит к поднятию штока 11, а также и герметизирующего экрана 9- При достижении давления во внутренней полости трубки 16, упругодеформируемой трубки 15, цилиндрического переходника 13, выполненного в виде трубки с дном, и упругодеформируемой трубки 12, имеющей форму полукольца, порядка 1,5-2 атм угловое перемещение штока 11, жестко закрепленного с герметизирующим экраном 9, составляет порядка 10-15 , при этом герметизирующий экран 9 выходит из контакте с расплавленным металлом-уплотнителем 8 кольцевой проточки седла 7 корпуса 1 и располагается с зазорами по отношению к стенкам корпуса и поверхности металла-уплотнителя 8 кольцевой проточки седла 7. При этом в капиллярном канале, образованном внутренней боковой поверхностью фигурной втулки 10 и внешней боковой поверхностью герметизирующего экрана 9, осталась часть расплавленного металла-уплотнителя 8 кольцевой проточки седла 7 корпуса 1, удерживаемая в капиллярном канале за счет капиллярных сил, причем высота уровня металла-уплотнителя в капиллярном канале меньше высоты самого капиллярного канала и определяется геометрическими размерами капц1ллярного канала, а также таким параметром, как смачиваемость металла-уплотнителя 8 внутренних стенок капиллярного канала, а остальная часть капиллярного канала, которая не заполнена металлом-уплотнителем, находится под вакуумом. После этого осуществляется подача сжатого воздуха через штуцер 3 во внутреннюю прлость упругодеформируемой спиралевидной трубки 14, При этом упругодеформируе лая спиралевидная трубка Ц начинает изменять свою конфигурацию, начинает как бы раскручиваться, причем происходит изменение формы каждого кольца спирали, что в сумме дает большое угловое перемещение конца упругодеформируемой спиралевидной трубки 14, связанного с цилиндрическим переходником 13 который через упругодеформируемую трубку 12 и шток 11 связан с герметизирующим экраном 9 следовательно, герметизирующий экран совершает угловой поворот в плоскости, параллельной плоскости чертежа, и по достижении давления во внутренней полости упругодеформируемой спирале видной трубки 14 порядка 1,5-2 атм занимает крайнее правое положение с зазорами по отношению к стенкам корпуса 1 . Следует учесть, что при угловом повороте герметизирующего экрана 9 также изменяет свою конфигурацию упру годеформируемая трубка 15. Поэтому с целью обеспечения надежной работы механизма перемещения сверхвысоковакуумного затвора необходимо связат между собой такие величины, как дефо мацию упругодеформируемой трубки 15 с величиной перемещения конца упруго деформируемой трубки 15, закрепленного на цилиндрическом переходнике 13 при угловом повороте герметизирующего экрана 9, чтобы величина упругой деформации при данном перемещении не превысила критическую величину, что может привести к потере упру гих свойств, а затем и к разрушению упругодеформируемой трубки 15. Затем выключается электронагреватель 5, включается система охлаждения 6, и процесс разгерметизации считается завершенным. Отметим, что, когда сверхвысоковакуумный затвор находится в разгерметизированном состоянии, поверхност металла-уплотнителя, расположенного в капиллярном канале с нижней торцовой стороны, а также поверхность металла-уплотнителя 8, расположенного в кольцевой проточке седла 7 корпуса 1, подвергаясь воздействию остаточной газовой среды и атмосферы, покрываются прочной и плотной окисной пленкой. Сила взаимодействия между атомами металлов, вступающих при герметизации в контакт, практически исчезает. Учитывая наличие окисной пленки на герметизируемых поверхностях, не вступающей во взаимодействие с расплавленным металлом-уплотнителем 8, говорить о каком-либо взаимодействии .между атомами металлауплотнителя, расположенного в кольцевой проточке седла 7 корпуса 1, и металлом, из которого выполнены герметизирующий экран 9 и фигурная втулка 10, а также металлом-уплотнителем, удерживаемым в капиллярном канале, не имеет смысла. Поэтому для обеспечения герметичности сверхвысоковакуумного затвора в загерметизированном состоянии.необходимо разрушить окисную пленку, предварительно образовавшуюся на герметизируемых поверхностях. Разрушение окисной пленки происходит при герметизации сверхвысоковакуумного затвора. Процесс герметизации сверхвысоковакуумного затвора происходит в следующем порядке. Включается электронагреватель 5 и производится расплавление металлауплотнителя 8, размещенного в кольцевой проточке седла 7 корпуса 1. Затем через штуцер 3, вакуумно-плотно установленного на фланце 2, начинаем снижать давление во внутренней гюлос-ти упругодеформируемой спиралевидной трубки 14. При этом упругодеформируемая спиралевидная трубка 14 начинает изменять свою конфигурацию, начинает скручиваться, следовательно, герметизирующий экран 9 осуществляет угловой поворот в плоскости, параллельной плоскости чертежа, и располагается над поверхностью расплавленного металла-уплотнителя 8 кольцевой проточки седла 7 с зазорами по отношению к стенкам корпуса 1. Изменяет свою конфигурацию также упругодеформируемая трубка 15 при угловом повороте герметизирунйцего экрана 9 и занимает положение, которое она имела до разгерметизации сверхвысоковаку умного затвора. Затем через штуцер 4 осуществляется понижение давления во внутренней полости трубки 16, упругодеформируемой трубки 12, имеющей

форму полукольца, при этом упругодеформируемая трубка 12 возвращается в свое исходное положение, т. е. сжимается,что приводит к постепенНОму погружению герметизирующего экрана 9 в расплавленный металл-уплотнитель 8 кольцевой протомкй седла 7 корпуса 1. После того, как герметизирующий экран 9 был погружен в металл-уплотнитель 8, в первоначальный момент металл-уплотнитель 8 кольцевой проточки седла 7 не смачивает металл-уплотнитель, удерживаемый в капиллярном канале, образованный фигурной втулкой 10 и герметизирующим экраном 9. в виду наличия окисной пленки на герметизируемых поверхностях, что мешает герметизации. Однако после расплавления металла-уплотнителя в капиллярном канале его уровень подни ается, за счет сил гидростатического давления со стороны расплавленного металла-уплотнителя 8 кольцевой проточки седла 7 корпуса 1, до полного заполнения капиллярного канала, так как высота уровня металла-уплотнителя 8 в кольцевой проточке седла 7 корпуса 1 не меньше высоты капиллярного канала.

Процесс заполнения капиллярного канала расплавленн ым металлом-уплотнителем представляет из себя течение жидкого металла-уплотнителя в капиллярном канале между внутренней боковой поверхностью фигурной втулки 10 и внешней боковой поверхностью герметизирующего, экрана Э, з это приводит к разрыву предварительно образовавшейся окисной пленки на нижней торцовой поверхности металла-уплотнителя расположенного в капиллярном канале, и к контакту чистого нёокисленного металла-уплотнителя 8 кольцевой проточки седла 7, расположенного в капил лярном канале, и с чистыми неокисленными стенками капиллярного канала,

что обеспечивает полную смачиваемост и герметичность соединения. Затем выключается электронагреватель 5 включается система охлаждения 6 и процесс герметизации считается законченным.

Удаление остатков окисной пленки из капиллярного канала, которые могут привести к засорению его к не возможности получения герметичного соединения, происходит при разгерметзации сверхвысоковакуумного затвора. При этом происходит процесс обратного перетока части металла-уплотнителя из капиллярного канала в кольцевую проточку седла 7 корпуса 1, что и является необходимым и достаточным условием для удаления остатков окисной пленки, остальная же часть металла-уплотнителя удерживается в капиллярном канале за счет капиллярных сил.

Техника-экономический эффект заключается в повышении надежности работы и экономичности.

Формула изобретения

Сверхвысоковакуумный затвор, в корпусе которого, снабженном системой охлаждения и электронагревателем установлено седло, перекрываемое герметизирующим экраном, перемещаемым штоком привода, образующее с корпусом ванну, заполненную металломуплотнителем, отличающийс тем, что, с целью повышения надежности и экономичности, он снабжен ступенчатой втулкой, меньшей ступенью прикрепленной к герметизирующему экрану, образующей с ним глухой капиллярный канал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 83825, кл. F 16 К 49/00, 1979.

ч «