УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ НА ОТКАЧНОМ ПОСТУ

Полезная модель относится к электронной технике, а именно к устройствам для герметизации электровакуумных приборов на откачном посту.
Известно фланцевое соединение штенгеля, прибора с откачным гнездом, содержащее два фланца, сжимаемые шпильками и гайками (Вакуумная техника. Справочник М.: Машиностроение, 1985. С 89).
Недостатком такого устройства является схватывание шпилек с гайками при высоких температурах, что затрудняет разборку устройства.
Наиболее близким предлагаемой полезной модели является фланцевое соединение с накидными хомутами, содержащее накидные хомуты, сопряженные с фланцами по коническим поверхностям (Вакуумная техника. Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. С 83).
Недостатком такого устройства является невозможность получения больших усилий сжатия, необходимых для уплотнения металлических штенгелей большого диаметра на откачном посту.
Технической проблемой является невозможность высоковакуумного уплотнения металлических штенгелей большого диаметра при высоких температурах на откачном посту и низкая надежность устройства.
Технический результат заключается в значительном увеличении сжимающего усилия достаточного для высоковакуумного уплотнения металлического штенгеля большого диаметра при высоких температурах на откачном посту и повышение надежности устройства.
Проблема решается тем, что в устройстве для герметизации электровакуумных приборов на откачном посту, содержащем сопряжение фланцев с накидными хомутами по конической поверхности, фланцы выполнены из материала с высоким коэффициентом термического расширения, накидные хомуты выполнены из материала с низким коэффициентом термического расширения, а угол уклона конической поверхность не превышает угол трения между материалами хомутов и фланцев.
Высота хомутов L связана с общей толщиной фланцев H соотношением
f
f
h
Δδ=(α ⋅ H - α ⋅ L) ⋅ ΔT,
f
f
где Δδ - величина уменьшения зазора δ между фланцами 3 и 4 при нагреве;
ΔT - температура нагрева устройства;
f
h
α, α - коэффициенты термического расширения фланцев и хомутов.
h
f
На фиг. 1 показано предложенное устройство. Устройство содержит накидные хомуты 1 и 2 с уклоном конических поверхностей α, меньшим угла трения β между материалами хомутов и фланцев в условиях откачки и выполненные из материала с низким коэффициентом термического расширения α, фланец 3 и фланец 4 с уплотняющими коническими поверхностями для штенгеля 5, выполненные из материала с высоким коэффициентом термического расширения α и углом наклона конической поверхности α, сопрягаемыми с коническими поверхностями хомутов. Фланец 3 связан с откачным трубопроводом 6 с высоковакуумной системой.
Устройство работает следующим образом. Медный штенгель 5 откачного прибора совмещается с уплотняющимися конусами с помощью фланцев 3 и 4. Затем с помощью накидных хомутов 1 и 2 фланцы 3 и 4 сжимаются с передачей предварительного осевого усилия по коническим поверхностям с углом уклона конуса α в область уплотнения штенгеля. Угол уклона конуса α меньше угла трения β, что обеспечивает самозаклинивание хомутов 1 и 2 и фланцев 3 и 4 при осевом усилии сжатия. Предварительное усилие сжатия обеспечивает достаточную вакуумную плотность для низкого вакуума (1 Па). Устройство вместе с откачиваемым прибором размещается в вакуумной печи (на фиг. 1 не показано). После откачки прибора и вакуумной печи до низкого вакуума (1 Па) проводят высоковакуумную откачку прибора и нагрев прибора для 600°С. В процессе нагрева за счет разности коэффициентов термического расширения хомутов 1,2 и фланцев 3,4 возникает осевое усилие сжатия (термический натяг) и высоковакуумное уплотнение штенгеля 5 между уплотняющими конусами фланцев 3 и 4. Деформация медного штенгеля в месте уплотнения составляет
f
f
h
Δδ= (α ⋅ H - α ⋅ L) ⋅ ΔT.
Упругую и пластическую деформацию хомутов и фланцев можно не учитывать из-за большой площади их поперечного сечения.
После обработки прибора производят пережим (герметизацию) штенгеля 5, перекрывают высоковакуумную откачку и охлаждают вакуумную печь. После охлаждения между хомутами 1, 2 и фланцами 3, 4 образуется зазор, что обеспечивает легкую разборку соединения. Схватывания хомутов и фланцев не возникает вследствие большой площади контакта по конусной поверхности.
Пример конкретного выполнения.
h
f
f
-6
-1
-6
-1
Откачивали прибор с диметром медного штенгеля 20 мм и толщиной стенки 1 мм. Диаметр фланцев d=70 мм, диаметр и высота хомутов D=100 мм, L=100 мм, общая толщина фланцев H=70 мм. Угол уклона конусов сопрягаемых поверхностей хомутов 1, 2 и фланцев 3, 4 составляет α=10°. Хомуты выполнены из сплава 29НК (ковар) с α=6⋅10 К, а фланцы - из нержавеющей стали с α=18⋅10 К. После нагрева на ΔT=600°С сближение фланцев и деформация стенки штенгеля в месте уплотнения составляет Δδ=0,3 мм, то есть 30%, что достаточно для высоковакуумного уплотнения медного штенгеля с толщиной стенки 1 мм.
Таким образом, предложенное устройство обеспечивает легкость сборки и разборки вакуумного уплотнения и надежность высоковакуумного уплотнения вакуумного соединения при откачке крупногабаритных приборов с медным штенгелем большого диаметра.