Сверхвысоковакуумное прогреваемое соединение - RU208698U1

Чертежи

Описание

Область техники

Полезная модель предназначена для повышения надежности поддержания вакуумной плотности прогреваемого сверхвысоковакуумного соединения в процессе многократных циклов его нагрева и охлаждения путем противодействия растеканию уплотнителя из участка герметизации.

Уровень техники

В настоящее время применяются сверхвысоковакуумные соединения, выполненные по ГОСТ 26526-85 [Оборудование вакуумное. Соединения фланцевые для сверхвысоковакуумных систем. ГОСТ 26526-85]. Герметизация таких соединений осуществляется врезанием остроконечных герметизирующих выступов толстых симметричных фланцев в плоскости уплотнителя усилием нескольких шпилек. Центрирование фланцев осуществляется по внешней цилиндрической поверхности уплотнителя, протяженностью менее 2 мм.

Для небольших проходных диаметров вакуумпроводов (Ду 100 мм и менее) эти фланцевые соединения работоспособны и вполне удобны в обслуживании. С повышением размеров этих устройств по причине малой протяженности центрирующей поверхности уплотнителя трудности монтажа повышаются. Для стандартного соединения Ду 500 мм выявлено, что «незначительное отклонение (0,2-0,3) мм фланца после сварки от перпендикулярной плоскости к вакуумной камере может привести к невозможности создания вакуумно-плотного соединения» [В.В. Анашин, А.А. Краснов, А.М. Семёнов, С.Р. Шарафеева «Вакуумно-плотные соединения для получения сверхвысокого вакуума в вакуумных системах ускорителей с широкоапертурными камерами», ПТЭ. 2019 №5, 134-135].

Поэтому важно осуществлять равномерное распределение нагрузки по герметизирующему контуру, не допуская перекосов при стыковке фланцев.

Установлено, что нагружение стандартного соединения Ду 250 мм сравнительно малым крутящим моментом (8 кН⋅м) приводит к натеканию [В.В. Анашин, А.А. Краснов, А.М. Семёнов, С.Р. Шарафеева «Вакуумно-плотные соединения для получения сверхвысокого вакуума в вакуумных системах ускорителей с широкоапертурными камерами», ПТЭ. 2019 №5, с. 138].

Потеря работоспособности объясняется передачей внешних напряжений непосредственно на участок герметизации по причине сравнительно слабой системы силового нагружения соединения и чувствительности данной деформационной схемы уплотнителя к ослаблению усилия герметизации.

Для повышения точности совмещения герметизируемых поверхностей и снижения влияния внешних механических воздействий на герметизирующие поверхности целесообразно осуществлять жесткое центрирование герметизирующих поверхностей и устанавливать компенсатор смещений между разъемным соединением и вакуумпроводом.

Исследования надежности герметизации в условиях термоциклирования соединений со сравнительно большими проходными сечениями (Ду 250 мм и более), выполненных по ГОСТ 26526 - 85, показали их низкую работоспособность [Л.А. Филатовский, А.С. Шувалов, О.К. Курбатов, С.Д. Васильченко «Новые малогабаритные сверхвысоковакуумные фланцевые соединения», Электронная техника, Серия ТОПО, 1982, вып. 3 (112), с. 62-64; А.С. Шувалов «Соединительные элементы сверхвысоковакуумных систем». Вакуумная техника и технология, 1994, т. 4, №4, с. 2-25; О.К. Курбатов «Физико-технические основы оптимизированных высоковакуумных магниторазрядных насосов, герметизирующих элементов и устройств для вакуумного технологического и аналитического оборудования электронной техники», Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва, 2006. «Справочник по вакуумной технике и технологиям», под ред. Д. Хоффмана, Б. Сингха, Дж.Томаса III. Перевод с английского под редакцией В.А. Романько, С.Б. Нестерова. М. «ТЕХНОСФЕРА», 2011, - 736 с.].

Для сверхвысоковакуумных прогреваемых комплексов потеря герметичности одного из множества малонадежных разъемных элементов может привести к большим финансовым и временным затратам.

Важнейшим явлением, ведущим к возникновению натекания при термоциклировании больших соединениях (Ду 250 мм и более), является воздействие на участки герметизации неизбежных радиальных расшатывающих напряжений, вызванных различием теплофизических свойств материалов уплотнителя и герметизирующих элементов, а также неравномерности распределения теплового потока между ними.

Основной причиной возникновения натекания в разъемных соединениях при периодических прогревах является снижение контактного напряжения на герметизирующих поверхностях вследствие ползучести уплотнителя из напряженного участка герметизации на менее нагруженные соседние участки.

Отрицательными факторами, влияющими на надежность герметизации фланцев, является чувствительность многих применяемых деформационных схем к изменению усилия герметизации, малая протяженность рабочего хода и сравнительно большая жесткость силовой системы нагружения герметизирующих поверхностей. После появления натекания в случае отсутствия смыкания фланцев удается снизить величину течи дополнительным стягиванием соединения силовой системой нагружения. Однако новое состояние уплотнителя может не устранить возможность последующего появления натекания под воздействием вышеуказанных явлений. Более надежным будет соединение, в котором в процессе эксплуатации не происходят увеличение площади взаимодействия и снижение контактных напряжений на участке герметизации.

Известен способ повышения надежности герметичности разъемного соединения криогенных трубопроводов путем предварительного совместного термического и силового многократного формования фланцев и уплотнителя [В.Г.Данченко, Ф.П.Савин, В.И.Косинский Авторское свидетельство СССР SU 1043411 A. F16L 19/00, F16L 23/00. «Способ герметизации разъемного соединения криогенных трубопроводов». Опубл. 23.03.83 г. Бюл. №35.]. Результатом такой подготовки соединения должна быть установка многократно предварительно деформируемых фланцев и уплотнителя на трубопроводы с осуществлением герметизации соединения, при которой контактные напряжения с рабочим значением усилия затяжки крепежа в последующем времени не снижаются.

Указанный способ отличается большой трудоемкостью подготовки соединения. Возможны поводки (микрокоробления) геометрии герметизирующих поверхностей после сварки фланцев на трубопроводы и в случае нагружения трубопровода внешним усилием.

В авторском свидетельстве СССР №291493, «Прокладка для уплотнения неподвижных соединений» для снижения возможности смещения пластичного уплотнителя в закрытом состоянии соединения применялось его объемное сжатие в замкнутом объеме в радиальных направлениях внутренним и внешним упругими кольцами. Недостаточная вакуумная плотность данного соединения объясняется сохранением поверхностного окисного слоя на уплотнителе в зоне деформирования уплотнителя, отсутствием локального участка герметизации его сжатия большими контактными напряжениями.

Равномерное сжатие со сравнительно большим усилием герметизации сравнительно тонкого уплотнителя в канавочно-клиновом соединении с одинаковыми углами наклона канавки и выступа клина также показало невозможность достичь высокой степени вакуумной плотности соединения [Д.Б. Зворыкин «Вопросы расчета и конструирования цельнометаллических высоковакуумных систем и их элементов». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. НИИ МРТП, 19559].

Известно предложение повысить надежность герметизации стандартного разъемного соединения [Оборудование вакуумное. Соединения фланцевые для сверхвысоковакуумных систем. ГОСТ 26526-85] упругим радиальным противодействием растеканию уплотнителя посредством выполнения на фланцах цилиндрических оболочек, взаимодействующих с внешней цилиндрической поверхности прокладки [Изобретение Авторское свидетельство СССР №1760227]. Однако упругость этих оболочек недостаточна вследствие малости их высоты. Материал уплотнителя, как и в стандартной конструкции соединения, будет растекаться в радиальном периферийном направлении в зазоры, расположенные между уплотнителем и коническими герметизирующими поверхностями, а также цилиндрическими центрирующими поверхностями фланцев.

Другим предложением совершенствования стандартных сверхвысоковакуумных разъемных соединений является изобретение [А.С. Шувалов, А.Т. Александрова, И.Ф. Лобанов, Б.Г. Львов, В.Ф. Закревский, Авторское свидетельство СССР SU №1180634 «Сверхвысоковакуумное разъемное соединение»]. В нем предлагается каждый фланец снабдить ограничительной поверхностью, расположенной на некотором расстоянии от герметизирующей поверхности. После достижения вакуумной плотности соединения последующему внедрению герметизирующих выступов в уплотнитель будет противодействовать дополнительное взаимодействие плоских периферийных ограничительных участков фланцев с уплотнителем.

Однако в процессе термоциклирования соединения обязательно будет происходить ползучесть уплотнителя из наиболее напряженного участка герметизации на свободную соседнюю область, которая имеется вследствие наличия зазора между уплотнителем, герметизирующими и ограничительными поверхностями фланцев. При этом недостаточная упругость силовой системы соединения и противодействие деформации уплотнителя на ограничительных поверхностях фланцев может привести к снижению напряжений на герметизирующих поверхностях и возникновению течи в процессе высокотемпературного термоциклирования.

Большим набором признаков повышения надежности герметизации обладает полезная модель [А.Е. Вязовецкова, В.В. Вязовецков, Патент на полезную модель №169119, «Сверхвысоковакуумное уплотнительное соединение»]. В ней конструкция стандартного соединения [Оборудование вакуумное. Соединения фланцевые для сверхвысоковакуумных систем. ГОСТ 26526-85] дополнена упругой силовой система и жестким центрирующим кольцом. Увеличенная протяженность упругого воздействия силовой системы стяжных элементов на пластичный уплотнитель повышает надежность герметизации соединения, способствуя поддержанию силового взаимодействия контактов герметизирующих поверхностей. Наличие более длинных и жестких стальных центрирующих поверхностей понижают влияние на герметизирующие поверхности соединения внешних воздействий, прикладываемых к вакуумпроводу, создают удобства юстировки вакуумной магистрали, а также повышают удобства монтажа соединения.

Описанное соединение работоспособно при комнатной температуре и небольшой температуры прогрева (до 100-150°С). Однако проведение обезгаживающих прогревов при больших температурах прогрева (250°С и более) приведет к появлению натекания через несколько циклов изменения температуры по причине резкого снижения пределов текучести и ползучести уплотнителя. Происходит внедрение герметизирующих поверхностей в уплотнитель со снижением на них контактных напряжений. Смещению уплотнителя из высоконагруженного участка герметизации способствует наличие свободных соседних участков поверхностей вблизи нагруженных герметизирующих поверхностей уплотнителя.

Раскрытие полезной модели

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности многократного термоциклирования соединения путем противодействия ползучести материала уплотнителя из участка герметизации посредством повышения напряжений сжатия в деформируемой части уплотнителя, находящейся в близости от участка герметизации, и сохраняя небольшую разность напряжений между соседними участками деформируемой части пластичного уплотнителя.

Технический результат заявленной полезной модели заключается в препятствии смещению материала уплотнителя от наиболее напряженной локальной герметизирующей поверхности несущего кольца путем создания непрерывного силового контакта уплотнителя с герметизирующими и ограничительными поверхностями.

Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что предложено сверхвысоковакуумное прогреваемое соединение, содержащее несущие кольцевые элементы с локальными герметизирующими и ограничительными поверхностями, деформируемый уплотнитель, установленный с силовым контактом с локальными герметизирующими и ограничительными поверхностями, систему упругого нагружения деформируемого уплотнителя, при этом деформируемый уплотнитель расположен с непрерывным силовым контактом с локальными герметизирующими поверхностями и ограничительными поверхностями несущих кольцевых элементов.

Совокупность приведенных выше существенных признаков приводит к тому, что:

существенно повышается надежность сохранения вакуумной плотности сверхвысоковакуумного соединения при многократных высокотемпературных прогревах соединения по сравнению с прототипом;

высокая наполняемость напряженным уплотнителем пространства между герметизирующими и ограничительными поверхностями, а также упругое давление на деформируемый уплотнитель создается таким, что эксплуатационные термомеханические циклические напряжения не могут значительно повысить на уплотнителе разность напряжений между герметизирующими и соседними участками деформируемого уплотнителя. Такое рабочее состояние прогреваемого сверхвысоковакуумного разъемного соединения создает застойную зону на участке герметизации соединения с противодействием уходу из него материала уплотнителя.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 и 2 показаны разрезы разъемного соединения, где цифрами обозначены:

1 - силовое кольцо;

2 - герметизирующий выступ;

3 - герметизирующая поверхность выступа 2;

4 - направляющая поверхность;

5 - установочная поверхность

6 - ответное силовое кольцо

7 - герметизирующий выступ ответного силового кольца

8 - герметизирующая поверхность ответного силового кольца

9 - центрирующая поверхность

10 - Жесткое центрирующее кольцо

11 - направляющая поверхность жесткого центрирующего кольца 10

12 - центрирующая поверхность жесткого центрирующего кольца 10

13 - установочная поверхность жесткого центрирующего кольца 10

14 - уплотнитель

15 - упругое силовое кольцо

16 - стяжные элементы в виде шпилек

17 - стяжные элементы в виде шайб

18 - стяжные элементы в виде гаек

На фиг. 3 показана зависимость потока натекания Q от величины прикладываемого усилия герметизации F с выходом графика зависимости на рабочую точку G плато CGH кривой

Осуществление и примеры реализации

Ниже приведен пример конкретного выполнения устройства, который не ограничивает варианты его исполнения.

Повышение напряжения на ограничительных поверхностях уплотнителя, расположенных рядом с герметизирующими поверхностями достигается многократным деформированием уплотнителя после некоторого промежутка времени, достаточного для релаксации напряжений в уплотнителе. В отличии от способа [7] в данном случае уплотнитель формуется на своем рабочем месте, возможна подтяжка соединения после предварительного прогрева. Многократность повторной затяжки обусловлена применением силовой системы с пониженным усилием герметизации, предназначенной только для внедрения герметизирующих выступов в уплотнитель [1].

Установка жесткого центрирующего кольца по периферии уплотнителя аналогично прототипу снижает объемы деформируемой части уплотнителя и периферийных зазоров.

Сущность конструкции предлагаемой полезной модели разъемного соединения в рабочем состоянии поясняется фигурами 1, 2, 3. Сверхвысоковакуумное прогреваемое соединение содержат силовое кольцо 1, на котором имеются герметизирующий выступ 2 с герметизирующей поверхностью 3, направляющая поверхность 4 и установочная поверхность 5. На ответном силовом кольце 6 имеются герметизирующий выступ 7 с герметизирующей поверхностью 8, центрирующая поверхность 9. Жесткое центрирующее кольцо 10 имеет направляющую поверхность 11, центрирующую поверхность 12 и установочную поверхность 13. Уплотнитель 14 установлен на центрирующей поверхности 12 жесткого кольца 10 между герметизирующими поверхностями 3 и 8. Упругое силовое кольцо 15 установлено на фланце - ответном силовом кольце 6. Стяжные элементы в виде шпилек 16, шайб 17 и гаек 18 закреплены на упругом кольце 15 и силовом кольце 1, причем часть шпилек посредством резьбы равномерно по диаметру отверстий соединены с соответствующими резьбовыми отверстиями жесткого кольца 10.

На фигуре 1 показан разрез разъемного соединения, проходящего через шпильку 16. Она свободно вставлена в отверстие силового кольца 1, в резьбовое отверстие жесткого центрирующего кольца 10 и отверстие силового кольца 6. Диаметр отверстия в силовом кольце 6 превышает диаметр резьбового отверстия в жестком центрирующем кольце 10. Такое выполнение предназначено для установки отжимного болта в резьбовое отверстие жесткого силового кольца 10 после снятия шпильки в процессе разборки соединения.

На всех этапах деформации уплотнителя всегда осуществляется упругая деформация одного или нескольких колец 15, поддерживающих силовое контактное взаимодействие герметизирующих поверхностей 3 и 7 с уплотнителем 14. Величина остаточной пластичной деформации кольца 15 должна быть несущественной. Количество и толщина колец 15 зависит от геометрии фланцев, деформационной схемы герметизации соединения и материала уплотнителя.

Для раскрытия прогреваемых разъемных соединений используются отжимные болты, устанавливаемые в отверстия под шпильки. Для шпилек М 8 в силовом кольце 6 в отверстиях с диаметром 8,4 мм нарезается резьба М 10. Количество резьбовых отверстий кратно четырем. Они равномерно распределяются между всеми резьбовыми отверстиям под шпильки в жестком центрирующем кольце 10. Поскольку такое выполнение возможно с разным количеством отверстий, поэтому оно не показано на фиг. 1.

Основным конструкционным материалом соединения является сталь 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72). Для выполнения высокотемпературных прогревов следует предусмотреть использование гаек и шпилек с покрытием, которое предотвращает схватывание резьбовых поверхностей (например, сульфидирование). В зависимости от температурных условий эксплуатации материалом уплотнителя могут быть алюминиевые или медные сплавы.

Для исключения передачи возможных силовых воздействий с вакуумпровода на зону деформирования уплотнителя следует предусмотреть упругую связь одного из фланцев с вакуумпроводом.

Процесс подготовки сверхвысоковакуумного прогреваемого разъемного соединения к термоциклированию осуществляется в 3 этапа:

- предварительная сборка;

- этап настройки соединения для начальной герметизации;

- перевод соединения в рабочее состояние для эксплуатации в условиях термоциклирования вакуумной системы.

Описание этапов подготовки соединения к работе поясняется фигурами 1-3.

На этапе предварительной сборки соединения в равномерно расположенные резьбовые отверстия центрирующего кольца 10 устанавливаются шпильки стяжных элементов 16, а на направляющую поверхность 12 центрирующего кольца 10 вставляется уплотнитель 14. Затем центрирующее кольцо 10 направляющей поверхностью 11 вводится в соприкосновение с направляющей поверхностью 4 силового кольца 1. Дальнейшее перемещение жесткого кольца 10 по направляющей поверхности 4 силового кольца 1 приводит к взаимодействию установочных поверхностей 5 и 13 (см. фиг. 2) и переводу жесткого кольца 10 в положение с упором к силовому кольцу 1. В таком состоянии жесткое кольцо 10 и силовое кольцо 1 фиксируются наворачиванием гаек 18 на левые концы шпилек 16, заранее установленных в жестком кольце 10. После этого силовое кольцо 6 с упругим силовым кольцом 15 передвигают к жесткому кольцу 10 с уплотнителем 14 с последующим совмещением их по центрирующим поверхностям 9 и 12 до контакта с уплотнителем 14 герметизирующих выступов 2 и 7. Придерживая в таком состоянии силовые кольца 1, 6 и упругое силовое кольцо 15 за их внешние поверхности, вставляются остальные шпильки 16, устанавливаются на них шайбы 17 и гайки 18. Этап предварительной сборки соединения заканчивается начальной ослабленной затяжкой набора стяжных элементов 16 до прекращения свободного смещения всех элементов соединения.

Этап настройки начальной герметизации соединения проводится стягиванием силовых колец 1 и 6 равномерной затяжкой всех гаек 18 манометрическим ключом с задаваемым начальным моментом. При этом осуществляется сжатие герметизирующими поверхностями 3 и 8 уплотнителя 14 с обязательным достижением вакуумной плотности соединения, соответствующей данной конструкции. При этом уплотнитель 14 осуществляет силовое взаимодействие с ограничительными поверхностями, образованными центрирующей поверхностью 12 жесткого кольца 10 и участками герметизирующих поверхностей 3 и 8, расположенными относительно герметизирующих выступов на периферийных участках. Спустя некоторый промежуток времени (в зависимости от вида деформационной схемы и материала уплотнителя) ползучесть уплотнителя 14 приводит к некоторому увеличению площади его контакта с ограничительными поверхностями и снижению момента затяжки элементов 16-18. Последующее сжатие силовых колец 1 и 6 всеми стяжными элементами 16-18 с заданным допустимым значением крутящего момента динамометрического ключа приводит к осуществлению герметизации соединения.

Достижение вакуумной плотности соединения контролируется сертифицируемыми и проверенными средствами течеискания и фиксирует окончание второго этапа - первичной герметизации. Перевод соединения на данный этап позволяет поддерживать вакуумную плотность соединения в случае эксплуатации вакуумной системы при комнатной температуре. Площадь локального участка контакта между герметизирующими поверхностями 3 и 8 и уплотнителем 14 в дальнейшем существенно не увеличивается после наступления герметизации соединения.

В случае отсутствия обычно достигаемой степени герметичности (допустимого потока натекания через данное соединение) соединение разбирается и выясняются причины, препятствующие достижению вакуумной плотности и устранению дефектов сборки (наличие пыли, наличие царапин на герметизирующих поверхностях).

Третий этап процесса герметизации сверхвысоковакуумного прогреваемого соединения обязательно проводится перед его первым термоциклированием. Для этого проводится дополнительная затяжка крепежных элементов 16-18 манометрическим ключом с допустимым значением крутящего момента. Для фланцев со сравнительно малыми усилием герметизации вывод соединения в рабочее состояние будет проводиться неоднократным числом подтяжек крепежных элементов. Величина ослабления момента затяжки через определенный промежуток времени является показателем осуществляемого заполнения напряженным уплотнителем 14 пространства между герметизирующими поверхностями 3 и 8 и ограничительной поверхностью в виде центрирующей поверхности 12 жесткого центрирующего кольца 10.

Абсолютно полное заполнение зазоров не является обязательным, важным является вывод соединения в рабочее состояние термоциклирования с формированием застойной зоны на участке герметизации вблизи герметизирующих выступов 2 и 7. Для этого напряженное состояние уплотнителя 14 и усилие упругой силовой системы сжатия элементов 16-18 должны быть такими, что некоторое возможное ослабление прикладываемого усилия герметизации, происходящих вследствие релаксации высоких напряжений, не приводило к заметному снижению разности напряжений между локальным участком герметизации (вблизи герметизирующих выступов 2 и 7) и близлежащими ограничительными поверхностями (центрирующая поверхность 12 жесткого кольца 10 и периферийные участки герметизирующих поверхностей 3 и 8).

Заполняемость уплотнителем пространства между герметизирующими и ограничительными поверхностями фланцев, количество и размеры крепежных элементов, а также момент затяжки крепежных элементов в рабочем состоянии соединения подбираются таким образом, чтобы напряженное состояние уплотнителя не позволяло термомеханическим нагрузкам изменять условия напряженного взаимодействия герметизирующих поверхностей, достаточных для сохранения вакуумной плотности соединения.

Выход на рабочее состояние соединения может происходить в различное количество подтяжек крепежа в зависимости от деформационной схемы, материала уплотнителя, прикладываемых усилий. Возможна подтяжка крепежных элементов 18-18 после прогрева. Важным является перевод деформируемого уплотнителя в состояние застоя на участке герметизации, при котором некоторое изменение напряжений на любых соседних областях уплотнителя при силовом контакте всей деформируемой части уплотнителя с герметизирующими и ограничительными поверхностями не существенны.

На фигуре 3 качественно показана зависимость потока натекания Q от величины прикладываемого усилия герметизации F с выходом графика зависимости на рабочую точку G плато CGH кривой (угол наклона графика близок нулю). Кривая ABCGH - направление кривой графика при герметизации соединения, кривая HGCDE - направление кривой графика при снижении прикладываемых усилий к разъемному соединению. Q_min - наименьшее значение потока натекания, проходящего через соединение. Зона I - область активного заполнения газопроводящих каналов между герметизирующими поверхностями 3, 8 и уплотнителем 14 на 1 и 2 стадии сборки соединения. Зоне II соответствует 2 стадии сборки соединения с продолженинм приповерхностной деформации уплотнителя, сопровождающейся повышением вакуумной плотности соединения, и объемному заполнению уплотнителем 14 всего установочного пространства между герметизирующими 3,8 и ограничительной поверхностью 12. В зоне III деформация уплотнителя 14 сводится к созданию более равномерному распределению напряжений рядом с герметизирующими выступами 2,7. Характерным является неспособность дальнейшего эффективного перекрытия газопроводящих каналов (канавок шероховатостей твердой герметизирующей поверхности) и наличие рабочей области прикладываемых усилий CGH, в которой некоторое изменение (увеличение или снижение) прикладываемых усилий не приводит к существенному изменению потока натекания Q_min.

Разборка соединения производится в обратном порядке фиг. 1, 2.

Вначале ослабляется усилие сжатия силовых колец 1 и 6 раскручиванием всех гаек 18 силовой системы со стороны силового кольца 6 и вынимаются свободные, незакрепленные в жестком центрирующем кольце 10, шпильки 16. После этого снимается упругое силовое кольцо 15 и выворачиваются шпильки, установленные в проходных резьбовых отверстиях жесткого центрирующего кольца 10. При этом уплотнитель 14 после прогревов обычно остается в контакте с герметизирующими поверхностями 3, 8 вследствие воздействия молекулярных сил. Далее через проходные отверстия в силовом кольце 6 в резьбовые отверстия жесткого центрирующего кольца 10 вкручиваются отжимные болты. Медленным постепенным вворачиванием всех отжимных болтов осуществляется отжим жесткого центрирующего кольца 10 от силового кольца 1 с разъединением уплотнителя 14 с герметизирующей поверхностью 3 или герметизирующей поверхностью 8. При этом возможен напуск атмосферы в вакуумную систему. Затем перемещение жесткого кольца 6 относительно силового кольца 1 осуществляется по их установочным поверхностям 5 и 13, а затем по направляющим поверхностям 4 и 11.

В процессе отжима жесткого центрирующего кольца 10 от силового кольца 1 силовое кольцо 6 остается в контакте своей направляющей поверхностью 9 с направляющей поверхностью 12 центрирующего кольца 10. После этого из жесткого центрирующего кольца 10 снимаются все отжимные болты. Далее силовое кольцо 6 перемещают в осевом направлении вправо с выводом из контакта его направляющей поверхности 9 с направляющей поверхности 12 кольца 10. Затем силовое кольцо 6 с частью вакуумпровода отводится от силового кольца 1 в сторону, полностью раскрывая вакуумпровод. Далее жесткое центрирующее кольцо 10 перемещается вправо с установленными на нем шпилькам с последующим снятием с силового кольца 1. Уплотнитель 14 аккуратно вынимается из силового кольца 1 или силового кольца 6, используя зазоры между ними. Производится осмотр герметизирующих поверхностей и удаление возможных посторонних частиц (частиц окиси меди, пыли). Разборка соединения заканчивается перекрытием входных отверстий силовых колец 1 и 6 сразу после раскрытия соединения заглушками или чистой бязью с целью исключения попадания пыли в вакуумную систему с соблюдением правил вакуумной гигиены.

В процессе циклического прогрева больших соединений возникают снижение пределов текучести материала уплотнителя 14 и радиальные расшатывавшие напряжения между уплотнителем 14 и герметизирующими поверхностями 3, 7. Но наличие застойной зоны в области герметизирующих выступов 2,7 и запас энергии в упругих кольцах 15 позволяет поддерживать контактные напряжения на уплотнителе 14, достаточные для предотвращения перемещения материала уплотнителя вблизи выступов герметизации 2 и 7.

Технико-экономическая эффективность предлагаемых конструктивных решений сверхвысоковакуумного прогреваемого соединения по сравнению с используемыми устройствами заключается в снижении материальных и временных затрат, возникающих при появлении натекания при термоциклировании сверхвысоковакуумной системы. Преимущество предлагаемой полезной модели заключается в повышении надежности герметизации соединения с осуществлением большего количества его термоциклирования вследствие создания застойной области на участке герметизации. Важным является большие удобства и надежность центрирования фланцев соединения по сравнению со стандартным устройством.

Источники информации:

1. Оборудование вакуумное. Соединения фланцевые для сверхвысоковакуумных систем. ГОСТ 26526-85.

2. В.В. Анашин, А.А. Краснов, А.М. Семенов, С.Р. Шарафеева «Вакуумно-плотные соединения для получения сверхвысокого вакуума в вакуумных системах ускорителей с широкоапертурными камерами», ПТЭ. 2019 №5, 134-135.

3. Л.А. Филатовский, А.С. Шувалов, О.К. Курбатов, С.Д. Васильченко «Новые малогабаритные сверхвысоковакуумные фланцевые соединения», Электронная техника, Серия ТОПО, 1982, вып. 3 (112), с. 62-64.

4. А.С. Шувалов «Соединительные элементы сверхвысоковакуумных систем». Вакуумная техника и технология, 1994, т. 4, №4, с. 2-25

5. O.K. Курбатов «Физико-технические основы оптимизированных высоковакуумных магниторазрядных насосов, герметизирующих элементов и устройств для вакуумного технологического и аналитического оборудования электронной техники», Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, Москва, 2006.

6. «Справочник по вакуумной технике и технологиям», под ред. Д. Хоффмана, Б. Сингха, Дж.Томаса III. Перевод с английского под редакцией В.А. Романько, С.Б. Нестерова. М. «ТЕХНОСФЕРА», 2011, -736 с.

7. В.Г. Данченко, Ф.П. Савин, В.И. Косинский Авторское свидетельство СССР SU 1043411 A. F16L 19/00, F16L 23/00. «Способ герметизации разъемного соединения криогенных трубопроводов». Опубл. 23.03.83 г. Бюл. №35.

8. Рене Бернард, Патент СССР №291493, F 16 j 15/08, «Прокладка для уплотнения неподвижных соединений». Опубл. 06.1.1971 г. Бюллетень №3.

9. Д.Б. Зворыкин «Вопросы расчета и конструирования цельнометаллических высоковакуумных систем и их элементов». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. НИИ МРТП, 1955.

10. А.В. Нестеров. Изобретение СССР №1760227, F16L 23/16, «Сверхвысоковакуумное соединение», Опубл. 07.09.92 г. Бюлл. №33.

11. А.С. Шувалов, А.Т. Александрова, И.Ф. Лобанов, Б.Г. Львов, В.Ф. Закревский, Авторское свидетельство СССР SU №1180634 A, F16L 23/02, «Сверхвысоковакуумное разъемное соединение». Опубл. 23.09.85 г. Бюл. №35.

12. А.Е. Вязовецкова, В.В. Вязовецков, Патент на полезную модель №169119, F16L 23/02, «Сверхвысоковакуумное уплотнительное соединение». Опубл. 03.03.2017.

Реферат

Полезная модель предназначена для повышения надежности поддержания вакуумной плотности прогреваемого сверхвысоковакуумного соединения в процессе многократных циклов его нагрева и охлаждения. Техническим результатом, на который направлено предлагаемое техническое решение, является повышение напряжений сжатия в деформируемой части уплотнителя. Для этого предложено сверхвысоковакуумное прогреваемое соединение, содержащее несущие кольцевые элементы с локальными герметизирующими и ограничительными поверхностями, деформируемый уплотнитель, установленный с возможностью силового контакта с локальными герметизирующими и ограничительными поверхностями, систему упругого нагружения деформируемого уплотнителя, при этом деформируемый уплотнитель размещен с непрерывным силовым контактом с локальными герметизирующими поверхностями и ограничительными поверхностями несущих кольцевых элементов соединения. 3 ил.

Формула