Герметичный стык для соединения элементов и узлов высоковакуумных систем

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Ф+Ъ Зависимое от авт. свидетельстваМ, Кл, Г 161 2300 Заявлено 13.111.1970 ( 1414927/25-8) с присоединением заявкиГосударственный комитет Соввта 4 инистрав СССР па делам изобретений и сткрытийПриоритет Опубликовано 22.И 11,1973. Бюллетень34 Дата оибликования описания 17.Х 11.1973 УДК 621.643 (088.8) авторизобретения Е. В. Рудневуще- мого 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 мсталлических, например индиевых, где стыковка вакуумной камеры осуществлена посредством механически стягиваемых фланцсв.Известен герметичный сварной стык соединения элементов и узлов посредством тонкостенных фланцев, в котором сварной шов выполнен по их контуру. При необходимости такой шов срезается механическим способом, и при повторной стыковке сварка производится вновь.Однако при таком способе стыковки наблюдается нарушение вакуумной гигиены, вызываемое нагреванием свариваемых фланцев, происходящим в атмосфере окружающего воздуха и приводящим к образованию оксидпых, карбидных и другого рода пленок на внутренней поверхности фланцев. Это с ственно затрудняет достижение необходи рабочего давления и получение соответствующего спектра остаточных газов.Кольцевая камера указанного ускорителяимеет большую протяженность и состоит из5 многих тысяч герметичных узлов, работающих в условиях высокого уровня радиации.Это опрсделяст высокие требования к системеее герметизации:особо высокая степень надежности большо 10 го числа герметичных стыков вакуумной камеры,возможность сравнительно легкого осуществления дпстанццопноавтоматпческой стыковкии расстыковкп отдельных элементов и узлов15 камеры в эксплуатационных условиях,возможность осуществления оперативнойдистанционной провсрки и эксплуатационногоконтроля состояния герметичности стыков ииспользования нх для разделения вакуумной20 камеры на герметично изолированные участки,минимальная габаритная протяженностьгсрметпчных стыков в их осевом направлении.Предлагаемое устройство отличается тем,25 что, с целью дистанционного осуществлениявысоконадежной стыковки и оперативногоконтроля степени герметичности стыка, оновыполнено в виде трех соосно расположенных фланцев, из которых два магистральныхЗО идентичны и укрсплсны подвижно в осевомпаправлснип на стыкуемых узлах посредством подпружиненных направляющих и упругих ком пснсато ров, а третий - промежуточный флансц - помещен между магистральными. 1-1 а каждой из сторон промежуточного фланца расположено по три замкнутых уплотняющих контура, из которых внутренний расположен по высоковакуумной границе герметичного стыка, внешний - по границе с окружающей средой и промежуточный - 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, атмосфсрного или избыточного давления воздуха или пробного газа (например, гелия), Взаимное поджатие магистральных флапцсв к промежуточному достигается одновременным:.нли . последовательным разрсжснием газа в указанных:полостях.Для упрощенияопсрацпи стыковки и расстыковки, а также конструкции манипуляторов, выполняющих эту операцию автоматически, в предлагаемом устройстве промежуточный фланец подвешен или установлен в зазоре между магистральными фланцами, выполненными в своей средней части упруго деформирующимися под воздействием атмосферного давления, причем промежуточный фланец выполнен сплошным или состоящим из отдельных частей, например в форме колеса со спицами.Внутренний уплотняющий контур герметичного стыка выполнен в виде идентично сопряженных металлических поверхностей, имеющих форму сферических поясков с общим центром образующих эти пояски сферических поверхностей, Сферическая форма сопряжения позволяст скомпенсировать нссоосность стыкусмых фланцев и снизить тем самым требование к точности установки стыкусмых элементов и узлов. 1-1 аличие промежуточных полостей с форвакуумным давлением на несколько порядков сникает величину натекания через металлическое уплотнение внутреннего уплотняющсго контура в случае появления дефекта в его уплотнении. Кроме того, наличие двух (или большего числа) промежуточных полостей позволяет осуществить оперативный дистанционный контроль за состоянием герметичности внутреннего и промежуточного уплотняющсго контура путем подачи пробного газа во внутрсншою замкнутую полость, при этом расход пробного газа будет экономичен.При необходимости тепловой вакуумной тренировки области герметичного стыка внешний и промежуточный уплотняющие контуры могут быть выполнены в виде прокладок цс пз обычной, применяемой для подобной цели, вакуумной резины, а из витона или из свинца и других металлов и сплавов. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Псрсчислсныс особенности предлагаемого устройства позволяют обеспечить высокую надежность, осуществить сравнительно не- слояымц механическими маципу ляторами дистанционную стыковку и расстьпсовку, обеспечить оперативный дистанционный контроль состояния сго герметичности, исключить примсцсцис болтов или других механических средств для герметичного поджатия фланцев и стабилизировать величину необходимого для этого усилия, а также допускают тепловую вакуумную тренировку герметичных стыков и использование этих стыков в качестве герметичных заглушск для поиска и ликвидации аварийных дефектов герметичности высоковакуумной системы.1-1 а фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства, сопряжение сферических поверхностей внутреннего уплотняющсго контура и образование промежуточных полостей; на фиг. 2 - использование в качестве герметичной заглушки глухого магистральногоо фланца.Магистральные фланцы 1 стьцосмых узлов ва куумцой системы расположены соосно и имеют возможность ограниченного осевого перемещения посредством подпружиненных направляющих 2 и упругих компенсаторов 8, выполненных в виде металлических сильфонов, Магистральное отверстие каждого фланца концентрично обрамлено вогнутым сферическим пояском 4 с центром образующей поверхности, расположенным на магистральной осп 5,В зазоре между магистральными фланцами устаповлс промежуточный фланец 6, магистральное отверстие которого с каждой стороны концснтричпо обрамлено выпуклым сфсричсским пояском 7 с центром образующей сфер цчсскоп поверхности, расположенным также ца магистральной оси. Кроме того, на каждой стороне промежуточного фланца имеются уплотняющие прокладки 8 и 9, расположенные концснтрично магистральной оси.При соприкосновении магистральных фланцсв с промежуточным фланцем образупотся замкнутые промежуточные полости 10 и 11, соответственно внутренняя и охватывающая сс внешняя, которые сообщаются посредством коаксиальцо расположенных трубок 12 и 18 с форвакуумной и гслпевой магистралями. Для коммутации этих полостей с указанными магистралями илп с окружающей, атмосферой служит многопозиционный кран,Возможно осуществление герметичного стыка без промежуточного фланца. В этом случае сферический поясок 7, уплотняющие прокладки 8 и 9 и коаксиальцо расположенные трубки 12 и 18 выполнены на одном из двух стыкусмых магистральных фланцев, причем этот флацец неподвижно закреплен на стыкусмом с его помощью узле или элементе вакуумной системы, а промежуточные полости 10 и 11 образуются при соприкосновении сним ответного магистрального фланца, выполнегНОГО так жс, как и в случае осуществления гермсти шого стыка с промежуточным фланцем.Процесс герметичной стыковки при осуществлении герметичного стыка с промежуточным фланц" м происходит следующим образом.Магистральные фланцы 1 стыкусмых объектов, например узлов вакуумной камеры ускорителя, посредством дистанционного или местного управления сближаются до соприкосновения с промежуточным фланцем б с помощью подпружиненных направляющих 2. Затем образованная в результате соприкосновения внешняя промежуточная полость 11 коммутируется с форвакуумной магистралью. В результате происходящего при этом разрежения объема внешней промежуточной полости внешнее атмосфернос 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 коммутирустся с форвакуумцой магистралью.Процесс герметизации стыковки при осуществлении герметичного стыка без прохгскуточного фланца происходит аналогичным способом.Сквозной магистральный фланец может заменяться глухим магистральным фланцем 14.Предмет изобретения1. Герметичный стык для соединения элементов и узлов высоковакуумных систем посредством фланцев и уплотняющих прокладок, отличающийся тем, что, с целью дистанционного осуществления высоконадежной стыковки ц оперативного контроля стспсцц гсрмспгчпостц стыка, он выполнен в виде трех соосно расположенных флаггцсв, цз которых два магистральных идентичны ц укрсц лены подвижно в осевом направлении ца стыкусмых узлах посредством подпружиненных направляющих и упругих компсцсаторов, а трстцй - промежуточный флансц - помещен между магистральными, причем на каж дой из его сторон расположено по три замкнутых уплотняющцх контура, из которых внутренний расположен по высоковакуумной границе герметичного стыка, внешниц - по границе с окружающец средой и промсжуточ ный - между внешним ц внутренним так, чтов состыкованном (сопряженном) положении этц контуры образугот внутрсцшою и охватывающую сс внсшшою замкнутые полости, сообщающиеся со срсдствамп, обсспсчцващпмц 20 получение в любой цз этик полостей форвакуумного, атмосферного цлц избыточного давления воздуха цлц пробного газа (например, гелия), прц этом взаимное поджатис магистральных флангсв к промежуточному достц гастся одновременным цлц последовательнымразрежением газа в указанных полостях.2. Стык по и. 1, от,гггчагогггггг 1 ся тем, чтомагистральные фланцы имеют различную жесткость в радиальном сечении, благодаря 30 чему являются жесткими в области, ограничиваюгцсй внутреннюю полость, и упругодеформируемыми в области, ограничивающей внешнюю полость.3. Стык по пп. 1 и 2, отличаюгцийся тем, что 35 внутренний уплотняющий контур выполнен ввиде идентично сопряхкенггых мсталлпчсских поверхностей, имеющих форму сферических поясков, выполненных на промежуточном ц магистральных фланцах, причем центры об разующцх эти пояски сферических поверхностен совмещены п находятся на магистральной осц состыкованных фланцев.Составитель Р. Хлуд хред Т. Миронова едактор Н, Цалихина Изд.1936 Государственного по делам изо Москва, Ж.35, ография, пр, Сапунова, 2 каз 3319/5ЦНИИ Тираж 826комитета Совета Министретений и открытийРаушская наб., д. 4/5 тор О. КудиновПодписнов СССР