Устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту

Полезная модель относится к области вакуумной техники, в частности к соединительным устройствам элементов вакуумных систем.
Подсоединение газоразрядного прибора к вакуумному посту обычно осуществляют непосредственно через откачной медный штенгель, а снятие прибора с поста после выполнения необходимых технологических операций осуществляют путем перекуса штенгеля с использованием механизмов холодной сварки с ручным или механическим приводом [Закиров Ф.Г., Николаев Е.А., Откачник - вакуумщик. Учебник для ПТУ. М. «Высшая школа», 1977, с. 94].
Известно устройство подсоединения вакуумного прибора [Ларин М.П. Фланцевые уплотнения для сверхвысоковакуумных систем, используемых в диапазоне температур 1,5 - 600°К., «Вакуумная техника и технология», т. 22, №2, 2012 г., стр. 113-118), содержащее вакуумные фланцы от Ду10 до Ду700, откачной штенгель, приваренный к первому фланцу, медная прокладка толщиной 2,5 мм, помещенная между первым и вторым фланцами, имеющими уплотняющие зубья трапецеидальной формы высотой 1 мм с шириной плоской уплотняющей поверхности около 0,5 мм, причем, второй фланец приварен к вакуумному посту.
Недостатком этого технического решения является относительно низкое качество присоединение, так как уплотняющая поверхность зуба вдавливает в объем прокладки не только медь, но и покрывающий ее тонкий поверхностный слой окислов, по которому молекулы газа из атмосферы могут натекать в откачиваемую систему, снижая качество уплотнения.
Поэтому в таком фланцевом соединении для вакуумной герметизации используются стягивающие болты для создания достаточно больших усилий вдавливания уплотняющего зуба в медную прокладку. Это усложняет устройство.
Кроме того, после высокотемпературного воздействия соединение может терять герметичность вследствие пластической деформации прокладки, что вызывает относительно низкую надежность известного устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту [RU 203211, U1, Н05Н 1/00, 25.03.2021], включающее вакуумный разъем с фланцевым уплотнением с использованием металлической вакуумной прокладки и уплотняющего зуба трапецеидальной формы, при этом, в качестве ответного фланца в вакуумном разъеме используют утолщенную концевую часть штенгеля, а в состав фланцевого уплотнения вводят тарельчатую пружину, обеспечивающую постоянное усилие вдавливания уплотняющего зуба в концевую часть штенгеля во время обезгаживания прибора в течение 40 часов при температуре 200°С.
Наиболее близкое техническое решение обладает относительно низкой надежностью, поскольку для надежного присоединения и обеспечения с этой целью необходимого качество уплотнения операторы вынуждены прикладывать большие усилия к динамометрическому ключу при закручивании стягивающей гайки. В частности, из приведенных в описании прототипа результатов экспериментальных испытаний следует, что максимальное сжатие тарельчатой пружины на 0,9 мм достигалось при показаниях динамометрического ключа в 15 Н*м, а вакуумная герметизация устройства присоединения достигалась при показаниях динамометрического ключа в 30 Н*м. При этом глубина вдавливания трапецеидального уплотняющего зуба в торец медного штенгеля по окончании термовакуумной обработки прибора на посту при температуре 200°С составляла 0,2 мм.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание устройства, обладающего повышенной надежностью вакуумного уплотнения при одновременном уменьшении усилия, прикладываемого оператором к динамометрическому ключу при закручивании им уплотняющей гайки названного устройства подсоединения.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности вакуумного уплотнения устройства подсоединения при одновременном уменьшении усилия, прикладываемого оператором к динамометрическому ключу при закручивании им уплотняющей гайки названного устройства подсоединения.
Поставленная задача повышения надежности применения устройства при одновременном уменьшении физических нагрузок на оператора решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту, содержащем двусторонний фланец с уплотняющим зубом для вдавливания его в торец медного штенгеля, а также тарельчатую пружину для компенсации пластической деформации в медном штенгеле во время длительного обезгаживания газоразрядного прибора при повышенной температуре, согласно полезной модели, уплотняющий зуб для вдавливания его в торец медного штенгеля с внутренним углом в 54° выполнен симметричной треугольной формы с радиусом закругления вершины, равным 0,1 мм.
Сущность предложенного устройства поясняется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 приведено устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту, где показаны особенности подсоединения вакуумного газоразрядного прибора через медный штенгель к откачной системе вакуумного поста.
На фиг. 2 представлен двусторонний уплотняющий фланец.
На чертеже обозначены:
1 - газоразрядный прибор;
2 - медный штенгель;
3 - утолщенная концевая часть медного штенгеля;
4 - двусторонний уплотняющий фланец;
5 - опорный фланец;
6 - вилкообразный вкладыш;
7 - входной фланец;
8 - уплотняющая гайка;
9 - тарельчатая пружина;
10 - шайба;
11 - вставка;
12 - трубопровод;
13 - выходной фланец;
14 - откачная система вакуумного поста;
15 - стойка;
16 - вакуумный пост;
17 - область перекусывания металлического штенгеля.
На фиг. 1 приведено устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту с вакуумным газоразрядным прибором, где показаны особенности подсоединения вакуумного газоразрядного прибора через медный штенгель к откачной системе вакуумного поста, и изображен сам вакуумный газоразрядный прибор 1, вакуумная полость которого откачивается через медный штенгель 2, заканчивающийся утолщенной концевой частью 3 медного штенгеля, вставленного во входной фланец 7 вакуумного разъема, который представлен совокупностью деталей 4-13. Двусторонний уплотняющий фланец 4 с одной стороны имеет уплотняющий зуб для вдавливания его в торец медного штенгеля, причем этот зуб с внутренним углом в 54° выполнен симметричной треугольной формы с радиусом закругления вершины, равным 0,1 мм. С другой стороны фланец 4 имеет уплотняющий зуб под стандартное канавочно-клиновое уплотнение через медную прокладку толщиной 0,5 мм с опорным фланцем 5. Трубопровод 12 с приваренными к нему аргонодуговой сваркой фланцами 5 и 13 предназначен для соединения вакуумного разъема с откачной вакуумной системой 14 поста 16. Вкладыш 6 вводится через одно из боковых отверстий проходного фланца 7 для передачи уплотняющего усилия на утолщенный конец откачного медного штенгеля. Вставка 11 имеет две боковые фиксирующие пружины. Шайба 10 предназначена для передачи уплотняющего усилия на вкладыш 6 и вставку 11. Уплотняющая гайка 8 предназначена для создания необходимого давления на утолщенную концевую часть 3 медного штенгеля при ее вворачивании на проходной фланец 7 с помощью динамометрического ключа. В гайке 8 предусмотрена внутренняя проточка глубиной 1,4 мм для размещения в ней тарельчатой пружины 9 высотой 2,3 мм. Тарельчатая пружина 9 предназначена для создания необходимого герметизирующего давления на утолщенную концевую часть 3 медного штенгеля после соприкосновения уплотняющей гайки 8 с шайбой 10, а также для поддержания условий герметизации во время проведения длительного процесса обезгаживания газоразрядного прибора 1 на посту при температуре (280-300)°С.
На фиг. 2 представлен чертеж двустороннего уплотняющего фланца 4. Двусторонний уплотняющего фланец 4 с одной стороны (см. фрагмент А) имеет уплотняющий зуб для вдавливания его в торец медного штенгеля, причем этот зуб с внутренним углом в 54° выполнен симметричной треугольной формы с радиусом закругления вершины, равным 0,1 мм.
С другой стороны (см. фрагмент Б) двусторонний уплотняющий фланец 4 имеет уплотняющий зуб стандартного сечения для вакуумного канавочно-клинового уплотнения через медную прокладку толщиной 0,5 мм с опорным фланцем 5.
Используется устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту следующим образом. Газоразрядный прибор 1 подсоединяется к откачной системе вакуумного поста 14 путем введения его медного штенгеля 2 внутрь входного фланца 7 до касания с уплотняющим зубом двустороннего уплотняющего фланца 4. Вкладыш 10 вводится через одно из боковых отверстий входного фланца 7 для передачи уплотняющего усилия на утолщенную концевую часть 3 медного штенгеля 2. Далее уплотняющая гайка 8 вместе с тарельчатой пружиной 9 и кольцом 10 наворачивается на входной фланец 7 и с помощью динамометрического ключа достигается необходимое для вакуумного уплотнения вдавливание уплотняющего зуба двустороннего фланца 4 в плоский торец утолщенной концевой части 3 медного штенгеля 2. Благодаря тому, что, уплотняющий зуб для вдавливания его в торец медного штенгеля с внутренним углом в 54° выполнен симметричной треугольной формы с радиусом закругления вершины, равным 0,1 мм, вдавливание такого уплотняющего зуба в торец медного откачного штенгеля приводит к тому, что, находящиеся на поверхности штенгеля окислы вытесняются во все стороны от уплотняющего зуба, что повышает качество вакуумного уплотнения. Кроме того, радиус закругления больше 0,1 мм не позволяет обеспечить надежное уплотнение при использовании только упругого потенциала тарельчатой пружины, а при меньшем радиусе может произойти повреждение вершины уплотняющего зуба.
После этого вакуумная полость газоразрядного прибора 1 откачивается вакуумной системой поста 14 через медный штенгель 2, двусторонний уплотняющий фланец 4, опорный фланец 5, трубопровод 12 и выходной фланец 13. После завершения необходимых технологических процессов на вакуумном посту газоразрядный прибор 1 заполняется рабочей газовой смесью и осуществляется перекусывание медного штенгеля 2 в области 17 с использованием механизма холодной сварки с гидравлическим приводом и снятие прибора 1 с поста.
Работоспособность представленного устройства подтверждена проведенными испытаниями, из которых следует, что при вворачивании уплотняющей гайки 8 динамометрическим ключом на входной фланец 7 касанию гайки 8 шайбы 10 (при максимальном сжатии тарельчатой пружины 9 на 0,9 мм) соответствовал момент в 15 Н*м, причем этому моменту соответствовало достижение надежной герметизации устройства подсоединения. Последующий прогрев представленного устройства на вакуумном посту 16 при температуре 300°С в течение 40 часов не выявил разгерметизацию устройства.
При этом глубина вдавливания треугольного уплотняющего зуба с углом 54° у его вершины, имеющей радиус закругления 0,1 мм, в плоский торец медного штенгеля 2 по окончании прогрева прибора на посту при температуре 300°С в течение 40 ч оказалась равной примерно 0,25 мм. Это означает, что тарельчатая пружина, предварительно сжатая на 0,9 мм, даже после описанного высокотемпературного прогрева сохраняет значительную часть своего упругого потенциала и успешно выполняет свое функциональное назначение.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям в устройстве достигается требуемый технический результат повышения его надежности при одновременном уменьшении физических нагрузок на оператора.