ВАКУУМНОЕ ГЕРМЕТИЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Полезная модель относится к области вакуумного машиностроения, связанного с разработкой вакуумного технологического оборудования.
Известно устройство, содержащее два ниппеля, на торцевых поверхностях которых выполнены тороидальные выступы, охваченные накидной и нажимной гайками и снабженные металлической шайбой с центрирующим кольцом, посредством которых осуществляется герметичный стык (авторское свидетельство СССР №1634903, МПК F16J 15/00, 15.03.1991). Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Существенным недостатком такого решения является отсутствие гарантированного центрирования металлической шайбы и ее фиксации относительно венцов тороидальных выступов (пятна контакта), несмотря на наличие центрирующего кольца, особенно при произвольном пространственном расположении сопрягаемых элементов под различными углами. Указанный недостаток приводит к тому, что металлическая шайба под действием силы тяжести может самовысвобождаться (выскальзывать) сквозь поперечный паз, сделанный в центрирующем кольце для загрузки уплотнительной шайбы, за пределы рабочей области сочленения, что, в свою очередь, приводит к несанкционированным падениям (например, на поверхность пола), появлению загрязнений, в отдельных случаях, к появлению рисок на поверхности уплотнителя и даже деформации последнего, что в целом увеличивает общее время монтажа и ведет к возникновению издержек по расходованию уплотнительных шайб.
Полезная модель устраняет указанные недостатки.
Техническим результатом является повышение точности центрирования металлической шайбы относительно тороидальных выступов при одновременном снижении величины прикладываемого момента затяжки резьбового фитинга с накидной и нажимной гайками на 14%.
Технический результат достигается тем, что вакуумное герметичное соединение, содержащее ниппели с тороидальными выступами, охваченные накидной и нажимной гайками, снабжено металлической шайбой с пропущенной через нее металлической втулкой, коаксиально располагаемой в цилиндрических полостях ниппелей при плотном прилегании смежных поверхностей; втулка имеет в хвостовых частях кольцевые проточки для установки стопорных колец, обеспечивающих скользящую посадку по охватывающим втулку поверхностям.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен разрез вакуумного герметичного соединения, где 1,2 - ниппели; 3 - металлическая шайба; 4 - накидная гайка; 5 - нажимная гайка; 6 - втулка; 7 - стопорное кольцо.
На фиг.2 представлена гистограмма распределения количества успешных и безуспешных сочленений уплотняемого стыка при сравнении полезной модели и прототипа.
Вакуумное герметичное соединение содержит ниппели 1, 2 с выполненными на торцевых поверхностях тороидальными выступами и установленную между ними уплотнительную металлическую шайбу 3, охваченные накидной 4 и нажимной 5 гайками. В объеме, образуемом сквозными полостями смежно расположенных ниппелей и шайбы, коаксиально им расположена втулка 6 со стопорными кольцами 7.
Вакуумное герметичное соединение работает следующим образом.
Перед монтажом соединения металлическая шайба 3 насаживается на наружную поверхность втулки 6, которая имеет установленный зазор относительно внутренних поверхностей ниппелей. Далее в специально сделанные кольцевые проточки заданного радиуса на хвостовых частях втулки устанавливаются два разрезных стопорных кольца 7, обеспечивающие скользящую посадку по сопрягаемым поверхностям, охватывающим поверхность втулки. Втулку 6 с насаженными шайбой 3 и стопорными кольцами 7 сначала одним концом помещают в полость ниппеля 1 на глубину, равную ≈ (1/2) линейного размера длины втулки, а затем другим - в полость ниппеля 2 (фиг.1) с последующим переводом ниппелей и уплотнительной шайбы в сомкнутое состояние. Обеспечение скользящей посадки по сопрягаемым поверхностям исключает самопроизвольное перемещение втулки в полостях ниппелей 1, 2.
Затем за счет прикладываемого усилия, развиваемого резьбовой парой гаек 4 и 5, осуществляется стягивание ниппелей, при этом усилие сжатия передается на уплотнительную шайбу 3, что приводит к ее деформированию; после сборки (при необходимости) проводится контроль герметичности гелиевым течеискателем. При многократном использовании металлической шайбы 3 внутренний диаметр последней уменьшается, что в итоге ведет к закусыванию втулки 6 и одновременно является признаком, характеризующим исчерпание заданного ресурса торцевого уплотнения шайбы, позволяя вести постоянный контроль за состоянием герметичного соединения при многократном использовании металлической шайбы: нет необходимости вести точный подсчет количества стыковок/растыковок при наличии эффекта закусывания втулки в проеме шайбы, особенно если их число сравнительно велико, а в отсутствие динамометрического ключа прикладываемые усилия могут быть неравномерными, в результате чего число стыковок/растыковок может изменяться. Очевидно, что сведение усилия затяжки резьбовой пары «накидная-нажимная гайки» до уровня минимального допустимого и воспроизводимого значения ведет, как следствие, к уменьшению степени сжатия уплотнительной шайбы, что в результате повышает ресурс работы вакуумного герметичного соединения.
Использование центрирующей втулки позволяет увеличить точность центрирования ниппелей 1, 2 и металлической шайбы 3 относительно друг друга, обеспечивая при этом высокое качество монтажа при любом пространственном положении узла соединения. Кроме того, использование центрирующей втулки, установленной в полости ниппелей, вместо центрирующего кольца с наружным охватом ниппелей исключает выскальзывание уплотнительной шайбы 3, что позволяет упростить сборку и сократить время монтажа.
Вакуумное герметичное соединение может быть использовано в уплотнениях трубопроводной арматуры вакуумных и газовых систем, в многоразовых уплотнениях загрузочных устройств, приспособлений, окошек и лючков высоковакуумных прогреваемых вакуумных камер, подвергаемых частой разгерметизации, например, в аналитическом оборудовании при загрузке исследуемых образцов.
На практике реализован вариант герметичного соединения, в котором уплотняющая металлическая шайба 3 была изготовлена из отожженной бескислородной меди, накидная гайка 5 - из латуни, остальные элементы конструкции - из нержавеющей стали.
Проведенные в нормальных условиях исследования при контролируемых значениях моментов затяжки показали, что средний ресурс переуплотнения герметизируемого стыка составляет около 200 стыковок/расстыковок, после чего требуется замена шайбы. Это обусловлено тем, что дальнейшее ее использование приведет к невозможности снятия последней с поверхности втулки без особых усилий и специальной оснастки в виду увеличения натяга (создания крайне малого зазора) между сопрягаемыми поверхностями. Наиболее продолжительный цикл повторяемых свинчиваний с воспроизводимым значением усилия деформации шайбы, обеспечивающих герметичность стыка в пределах чувствительности течеискателя, начинался при моменте затяжки 58 Н⋅м, а для ближайшего аналога - 66 Н⋅м.
Следует отметить, что при многократном нагреве до температуры 200°С раскрытия стыка или нарушение герметичности соединения не происходило.