RU176223U1 - SUPER HIGH VACUUM SHUTTER - Google Patents
SUPER HIGH VACUUM SHUTTER Download PDFInfo
- Publication number
- RU176223U1 RU176223U1 RU2017113112U RU2017113112U RU176223U1 RU 176223 U1 RU176223 U1 RU 176223U1 RU 2017113112 U RU2017113112 U RU 2017113112U RU 2017113112 U RU2017113112 U RU 2017113112U RU 176223 U1 RU176223 U1 RU 176223U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sealing
- shutter
- disk
- protrusions
- locking rings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Valves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области вакуумной техники и предназначена для повышения герметичности и цикличности срабатывания крупногабаритных, прогреваемых сверхвысоковакуумных затворов (Ду 250 мм и более) при наличии пыли в вакуумной системе. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности многократной герметизации перекрываемой магистрали. Для достижения этого результата предложен сверхвысоковакуумный затвор, содержащий корпус с запирающими кольцами, снабженными герметизирующими поверхностями, уплотнительное кольцо и уплотнительный диск с уплотняющими выступами, механизм перемещения уплотнительного кольца и уплотнительного диска, механизм герметизации затвора с возможностью сжатия уплотняющих выступов уплотнительного кольца и диска с герметизирующими поверхностями запирающих колец, патрубок системы откачки, при этом уплотняющие выступы уплотнительного диска выполнены упругоэластичными. Вокруг упругоэластичного уплотняющего выступа уплотнительного диска установлен трубопровод с охлаждающей жидкостью. Уплотнительный диск выполнен с двумя упругоэластичными уплотняющими выступами. На запирающих кольцах, кроме имеющихся герметизирующих поверхностей, дополнительно выполнены внешние герметизирующие поверхности, причем уплотняющие выступы уплотнительного диска выполнены с возможностью их сжатия с внешними герметизирующими поверхностями запирающих колец, а уплотняющие выступы уплотнительного кольца выполнены с возможностью их сжатия с внутренними поверхностями запирающих колец. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of vacuum technology and is intended to increase the tightness and cyclic response of large-sized, heated ultra-high-pressure locks (DN 250 mm or more) in the presence of dust in the vacuum system. The technical result of the utility model is to increase the reliability of multiple sealing of a blocked trunk. To achieve this result, an ultra-high vacuum shutter is proposed, comprising a housing with locking rings provided with sealing surfaces, a sealing ring and a sealing disk with sealing protrusions, a mechanism for moving the sealing ring and sealing disk, a sealing mechanism for the shutter with the ability to compress the sealing protrusions of the sealing ring and the disk with sealing surfaces locking rings, the nozzle of the pumping system, while the sealing tabs of the sealing disc ying elastic. Around the elastically elastic sealing protrusion of the sealing disk is a pipe with coolant. The sealing disc is made with two elastically elastic sealing protrusions. On the locking rings, in addition to the existing sealing surfaces, external sealing surfaces are additionally made, the sealing protrusions of the sealing disk being made with the possibility of compression with the external sealing surfaces of the locking rings, and the sealing protrusions of the sealing ring are made with the possibility of their compression with the inner surfaces of the locking rings. 3 s.p. f-ly, 1 ill.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к области вакуумной техники и предназначена для повышения герметичности и цикличности срабатывания крупногабаритных, прогреваемых сверхвысоковакуумных затворов (Ду 250 мм и более) при наличии пыли в вакуумной системе.The utility model relates to the field of vacuum technology and is intended to increase the tightness and cyclic response of large-sized, heated ultra-high-pressure locks (DN 250 mm or more) in the presence of dust in the vacuum system.
Уровень техникиState of the art
В статье (C.L. Foerster and D. McCafferty "Selection and evaluation of ultrahigh vacuum gate valve for ISABELLE beam line vacuum system". J. Vac. Sci. Technol. April 1981, p. 997-1000) были представлены результаты термоциклических испытаний опытного образца затвора Ду 88 мм с медным двусторонним уплотнением. После 56 циклов термоциклирования в интервале температур +25°С - +250°С величина натекания по гелию через 1 зону герметизации была 9,2⋅10-6 лТор/с. Эта величина соответствует потоку последовательно через 2 зоны герметизации на уровне 1⋅10-9 лТор/с и повышению потока до 1⋅10-8 лТор/с через 24 часа. Повышение верхнего предела температурного интервала испытаний до +350°С привело к повышению потока через 1 зону герметизации до величины 3,0⋅10-4 лТор/с, что соответствует потоку последовательно через 2 зоны герметизации на уровне 1,4⋅10-7 лТор/с. Данное значение значительно превышает принятую допустимую величину 1⋅10-9 лТор/с. В заключение публикации авторы отмечают наличие проблемы создания прогреваемых затворов и необходимости проведения дополнительных испытаний на прототипах.The article (CL Foerster and D. McCafferty "Selection and evaluation of ultrahigh vacuum gate valve for ISABELLE beam line vacuum system". J. Vac. Sci. Technol. April 1981, p. 997-1000) presented the results of thermocyclic tests of a prototype shutter DN 88 mm with double-sided copper seal. After 56 cycles of thermal cycling in the temperature range + 25 ° С - + 250 ° С, the amount of leakage through helium through 1 sealing zone was 9.2⋅10 -6 lTor / s. This value corresponds to the flow sequentially through 2 sealing zones at a level of 1⋅10 -9 lTor / s and an increase in flow to 1⋅10 -8 lTor / s after 24 hours. Raising the upper limit of the temperature test interval to + 350 ° C resulted in increased flow through one containment area to a value 3,0⋅10 -4 lTor / s, which corresponds to flow successively through two sealing areas at 1,4⋅10 -7 lTor /from. This value significantly exceeds the accepted permissible value of 1⋅10 -9 lTor / s. In conclusion of the publication, the authors note the problem of creating heated shutters and the need for additional tests on prototypes.
Повышение потока натекания в этом конструктивном выполнении затвора обусловлено в наибольшей мере изменением условий взаимодействия в зоне герметизации вследствие отжига медного уплотнителя.The increase in leakage flow in this embodiment of the shutter is due to the greatest extent to a change in the interaction conditions in the sealing zone due to the annealing of the copper seal.
В исследовательской поисковой работе (В.В. Вязовецков, В.Л. Орлов, Н.И. Столяров «Выбор материала и испытания уплотнительных пар типа сталь-сталь для плоских затворов». Тезисы докладов научно-технической конференции «Вакуумная наука и техника». Гурзуф, 1994 г., с. 156) представлены результаты термоциклических испытаний уплотнительного диска со сдвоенными герметизирующими стальными посеребренными выступами шириной 1 мм и диаметром 82 мм. Установлено, что при температуре 300 К поток натекания по гелию через 2 параллельно соединенные зоны герметизации был равен величине 1⋅10-9 м3Па/с (0,75⋅10-8 лТор/с). После термоциклирования макета от 300 К до 673 К поток натекания по гелию через 2 параллельно соединенные зоны герметизации возрос до величины 2⋅10-6 м3Па/с (1,5⋅10-5 лТор/с). Учитывая прохождение потока в закрытом состоянии устройства последовательно через 2 зоны герметизации и возможность дополнительной откачки полости затвора вполне достижимо получение натекания через затвор на уровне 1⋅10-10 м3Па/с (0,75⋅10-9 лТор/с) и ниже.In research exploratory work (VV Vyazovetskov, VL Orlov, NI Stolyarov “Material selection and testing of steel-steel sealing pairs for flat valves.” Abstracts of the scientific and technical conference “Vacuum Science and Technology” Gurzuf, 1994, p. 156) presents the results of thermocyclic tests of a sealing disc with double sealing silver-plated
К недостаткам данного конструктивного решения можно отнести применение уникальных материалов и технологий изготовления узла герметизации. Повышение натекания с увеличением температуры верхнего предела термоциклирования до 400°С объясняется появлением микроповодок герметизирующих поверхностей, вызванных неизбежной релаксацией высоких локальных механических напряжений в зоне герметизации и неравномерным изменением размеров герметизирующих элементов. В связи с этим при повышении усилий герметизации и размеров перекрываемого отверстия надежность герметизации таких прогреваемых затворов будет снижаться.The disadvantages of this design solution include the use of unique materials and manufacturing techniques of the sealing unit. The increase in leakage with an increase in the temperature of the upper limit of thermal cycling to 400 ° C is explained by the appearance of micro-feeds of sealing surfaces caused by the inevitable relaxation of high local mechanical stresses in the sealing zone and the uneven change in the size of the sealing elements. In this regard, with increasing sealing efforts and the size of the blocked hole, the reliability of the sealing of such heated gates will decrease.
Известны цельнометаллические сверхвысоковакуумные затворы, в которых герметизация устройства осуществляется по узкой зоне герметизации. Испытания по влиянию пыли на герметичность таких цельнометаллических затворов показали увеличение величины потока натекания после 100 циклов закрытия-открытия от 1⋅10-11 м3Па/с до 2,9⋅10-7 м3Па/с (Kenjiro Obara, Tetsuys Abe, Yoshio Murarami, Masahiro Yamamoto, Masatsugu Shimizu, Kiyoshy Chiba and Kazuo Itoh "Development of All Metall Gate Valve for JT-60 Diagnostic Port (I), (II)", Journal of the vacuum Society Japan, 1983, V. 26, N 5, p. 435-444). Пыль в вакуумной камере образуется от взаимодействия высокоэнергетических частиц со стенками камеры, а также появляется при трении силовых элементов во внутрикамерных механизмах. Для указанной конструкции затвора пыль является вредным фактором, неизбежно и необратимо снижающим его герметичность.Known all-metal ultra-high vacuum locks in which the sealing of the device is carried out in a narrow sealing zone. Tests on the effect of dust on the tightness of such all-metal gates showed an increase in leakage flow after 100 closing-opening cycles from 1⋅10 -11 m 3 Pa / s to 2.9⋅10 -7 m 3 Pa / s (Kenjiro Obara, Tetsuys Abe , Yoshio Murarami, Masahiro Yamamoto, Masatsugu Shimizu, Kiyoshy Chiba and Kazuo Itoh "Development of All Metall Gate Valve for JT-60 Diagnostic Port (I), (II)", Journal of the vacuum Society Japan, 1983, V. 26, N 5, p. 435-444). Dust in the vacuum chamber is generated from the interaction of high-energy particles with the walls of the chamber, and also appears during the friction of the force elements in the chamber mechanisms. For this shutter design, dust is a harmful factor that inevitably and irreversibly reduces its tightness.
Известны цельнометаллические сверхвысоковакуумные затворы (UK Patent Application GB 2152195 А, Application published 31 Jul 1985. Seal device for a gate valve. Applicants Fuji Seiko Kabushiki Kaisha (Japan) и другие, Inventors Kenzaburo Sugisaki, Mutsuro Onada, Hajime Ishimaru), конструктивное выполнение которых предназначено для снижения влияния пыли на герметизирующие свойства устройства. Герметизация затвора осуществляется прижатием к двустороннему плоскому запорному элементу 2-х плоских алюминиевых мембран и применением высоковакуумной откачки полости затвора. В статье (Н. Ishimaru, T. Kuroda, О. Kaneko, Y. Oka and K. Sakurai All aluminum alloy, 800-mm-inner diameter gate valve using dual flat-face seals together with differential pumping, Journal of the vacuum science and technology, A 3 (3), May/Jun 1985, p. 1703-1706) представлены результаты испытаний такого затвора Ду 800 мм с откачкой его полости турбомолекулярным насосом с быстротой откачки 50 л/с. Величина потока через затвор соответствовала значению 1,5⋅10-9 лТор/с. Затвор прогревался до 150°С в открытом или закрытом состоянии. Отмечается допустимость больших скоростей нагрева и охлаждения устройства.Known all-metal ultra-high vacuum shutters (UK Patent Application GB 2152195 A, Application published 31 Jul 1985. Seal device for a gate valve. Applicants Fuji Seiko Kabushiki Kaisha (Japan) and others, Inventors Kenzaburo Sugisaki, Mutsuro Onada, Hajime Ishimaru) designed to reduce the effect of dust on the sealing properties of the device. The shutter is sealed by pressing 2 flat aluminum membranes against a bilateral flat locking element and using the high-vacuum pumping of the shutter cavity. In the article (N. Ishimaru, T. Kuroda, O. Kaneko, Y. Oka and K. Sakurai All aluminum alloy, 800-mm-inner diameter gate valve using dual flat-face seals together with differential pumping, Journal of the vacuum science and technology, A 3 (3), May / Jun 1985, p. 1703-1706) presents the test results of such a valve with a diameter of 800 mm and pumping its cavity with a turbomolecular pump with a pumping speed of 50 l / s. The magnitude of the flow through the shutter corresponded to a value of 1.5⋅10 -9 lTor / s. The shutter was heated to 150 ° C in the open or closed state. The admissibility of large heating and cooling rates of the device is noted.
Недостатком является чувствительность к пыли, твердость которой превышает твердость алюминиевой мембраны. Особенностью технологии изготовления затвора является получение герметизирующего контакта уплотнительных элементов посредством доведения взаимодействующих поверхностей до зеркального состояния. Проводимость одинарного такого контакта оценивалась на уровне 2,6⋅10-6 л/с, что является сравнительно большой величиной.The disadvantage is the sensitivity to dust, the hardness of which exceeds the hardness of an aluminum membrane. A feature of the manufacturing technology of the shutter is to obtain a sealing contact of the sealing elements by bringing the interacting surfaces to a mirror state. The conductivity of a single such contact was estimated at 2.6 · 10 -6 l / s, which is a relatively large value.
Известны прогреваемые затворы серии ЗПТ, в которых уплотняющий диск содержит эластомерный уплотнитель из фторкаучука (Авторское свидетельство СССР на изобретение №708096, К.Д. Данилов, М.В. Шнитко, O.К. Курбатов и др. Вакуумный затвор. Опубл. 05.01.1980. Бюллетень №1, 1980 г. Л.В. Аринин, К.Д. Данилов, Э.П. Коллеров, В.И. Казаков, О.К. Курбатов, Б.Г. Львов, М.В. Шнитко Высоковакуумные и сверхвысоковакуумные плоские затворы маятникового типа, Приборы и техника эксперимента, 1985 г., №2, с. 214-215).Heated gates of the ZPT series are known, in which the sealing disk contains an elastomeric sealant from fluororubber (USSR Author's Certificate for the Invention No. 708096, KD Danilov, MV Shnitko, OK K. Kurbatov and others. Vacuum shutter. Publ. 05.01 .1980 Bulletin No. 1, 1980. L.V. Arinin, K. D. Danilov, E. P. Kollerov, V. I. Kazakov, O. K. Kurbatov, B. G. Lvov, M. V. Schnitko High-vacuum and ultra-high vacuum flat locks of the pendulum type, Instruments and experimental equipment, 1985, No. 2, pp. 214-215).
В процессе высокотемпературного обезгаживающего прогрева затвора до 450°С предотвращение перегрева эластомерного уплотнителя заслонки достигается посредством водяного охлаждения седла. Такие затворы способны сохранять герметизирующую способность при многократном срабатывании (ресурс безотказной работы > 100000 циклов открытий-закрытий, поток натекания менее 1,33⋅10-11 м3Па/с (1⋅10-10 л⋅ммрт.с/с)). Экспериментально подтверждена работоспособность затворов ЗПТ 250 на термоядерной установке Т-10 при наличии частиц пыли в разрядной камере.During the high-temperature degassing shutter heating up to 450 ° С, the overheating of the elastomeric damper seal is prevented by water cooling of the seat. Such gates are able to maintain sealing ability upon repeated operation (uptime> 100,000 open - close cycles, leakage flow of less than 1.33⋅10 -11 m 3 Pa / s (1⋅10 -10 l⋅mmrt.s / s)) . The efficiency of the ZPT 250 gates on the T-10 thermonuclear installation in the presence of dust particles in the discharge chamber was experimentally confirmed.
Недостатком таких затворов является сравнительно большая величина газовыделения из эластомера в перекрываемую сверхвысоковакуумную магистраль. Поэтому в настоящее время эластомерные уплотнители в чистых сверхвысоковакуумных системах ускорителей не применяются. Другим ограничением является возможность взаимодействия высокоэнергетического потока частиц с эластомером (например, в волноводах гиротронных комплексов в термоядерных установках).The disadvantage of such gates is the relatively large amount of gas evolution from the elastomer to the blocked ultra-high vacuum line. Therefore, at present, elastomeric gaskets are not used in clean ultrahigh-vacuum accelerator systems. Another limitation is the possibility of interaction of a high-energy particle flux with an elastomer (for example, in the waveguides of gyrotron complexes in thermonuclear installations).
В монографии (Джордж Фредерик Уэстон «Техника сверхвысокого вакуума»: Пер. с англ. - Москва, Мир, 1988 г., табл. 2.7, с. 71) приведены значения удельной скорости газовыделения при комнатной температуре эластомера витон А после предварительной подготовки:In the monograph (George Frederick Weston “The Ultra-High Vacuum Technique”: Transl. From English - Moscow, Mir, 1988, table 2.7, p. 71), the specific gas evolution rate at room temperature of the Viton A elastomer after preliminary preparation are given:
- при предварительной откачке в течение 51 часа без нагрева - 130⋅10-6 м3Па/с⋅м2;- during preliminary pumping out for 51 hours without heating - 130⋅10 -6 m 3 Pa / s⋅m 2 ;
- после нагрева до 200°С в течение 24 часов и общей откачки в течение 101 часов - 2,7⋅10-6 м3Па/с⋅м2;- after heating to 200 ° C for 24 hours and total pumping over 101 hours - 2.7⋅10 -6 m 3 Pa / s⋅m 2 ;
- после выдержки на воздухе в течение 24 часов и продолжительности откачки в 48 часов - 40⋅10-6 м3Па/с⋅м2.- after exposure to air for 24 hours and a pumping time of 48 hours - 40⋅10 -6 m 3 Pa / s⋅m 2 .
В учебнике (Розанов Л.Н. «Вакуумная техника: учебник для вузов по специальности «Вакуумная техника». - 2-е изд. - Москва. «Высшая школа», 1990 г. - 320 с.) в таблице 11.6 величина удельного газовыделения эластомера ИРП-2043 при максимальной температуре 250°С оценивается величиной 30⋅10-6 м3Па/с⋅м2.In the textbook (Rozanov LN “Vacuum technology: a textbook for universities in the specialty“ Vacuum technology. ”- 2nd ed. - Moscow.“ Higher school ”, 1990 - 320 p.) In table 11.6 the specific gas emission elastomer IRP-2043 at a maximum temperature of 250 ° C is estimated at 30⋅10 -6 m 3 Pa / s⋅m 2 .
Из приведенных значений очевидна необходимость обезгаживающего прогрева эластомера и его охлаждение до комнатной температуры для снижения потока газовыделения.From the above values, the need for a degassing heating of the elastomer and its cooling to room temperature to reduce the flow of gas is obvious.
Удельная скорость газовыделения нержавеющей стали после высокотемпературного обезгаживающего прогрева оценивается величиной 10-9 м3Па/с⋅м2 (таблица 11.2, Розанов Л.Н. «Вакуумная техника: учебник для вузов по специальности «Вакуумная техника». - 2-е изд. - Москва. «Высшая школа», 1990 г. - 320 с.), которая по сравнению с вышеприведенными значениями удельных скоростей газовыделения с эластомера ниже на 3-4 порядка.The specific gas evolution rate of stainless steel after high-temperature degassing heating is estimated at 10 -9 m 3 Pa / s⋅m 2 (table 11.2, Rozanov LN “Vacuum technology: a textbook for universities in the specialty“ Vacuum technology. ”- 2nd ed . - Moscow. "Higher School", 1990 - 320 p.), Which, compared with the above values of specific rates of gas evolution from the elastomer, is lower by 3-4 orders of magnitude.
Надежность прогреваемых сверхвысоковакуумных затворов определяется конструкцией именно узла герметизации. Цельнометаллическое исполнение устройства ведет к сравнительно малой величине газовыделения из полости затвора в перекрываемую сверхвысоковакуумную магистраль в открытом состоянии, но обладает малой цикличной надежностью герметизации (большим потоком натекания) в условиях термоциклирования и наличия частиц пыли в вакуумной системе. Кроме того, цельнометаллическое выполнение таких затворов требует применения уникальных материалов и технологий изготовления герметизирующих элементов. Альтернативное выполнение затворов с использованием упругих эластичных уплотнителей позволяет повысить циклическую надежность их герметизации. Однако при таком выполнении устройства поток газовыделения из уплотнителя значительно больше, чем при цельнометаллическом исполнении.The reliability of the warmed ultra-high vacuum gates is determined by the design of the sealing unit. The all-metal design of the device leads to a relatively small amount of gas evolution from the shutter cavity to the blocked ultra-high vacuum line in the open state, but has a low cyclic sealing reliability (large leakage flow) under thermal cycling and dust particles in the vacuum system. In addition, the all-metal execution of such closures requires the use of unique materials and manufacturing technologies of sealing elements. An alternative embodiment of the gates using elastic elastic seals improves the cyclic reliability of their sealing. However, with such an embodiment of the device, the gas release flow from the sealant is much larger than with the all-metal design.
Конструкция запирающих элементов затвора с герметизирующими поверхностями, сжатие которых с уплотняющими выступами уплотнительного диска, перекрывающего вакуумную магистраль, может быть выполнена разным образом.The design of the locking elements of the shutter with sealing surfaces, the compression of which with the sealing protrusions of the sealing disk, overlapping the vacuum line, can be performed in different ways.
Например, оба запирающих элементов затвора могут перемещаться в осевом направлении и прижиматься к единому детали, совмещающей уплотнительные диск и кольцо, подобно аналогу (UK Patent Application GB 2152195 A, Application published 31 Jul 1985. Seal device for a gate valve. Applicants Fuji Seiko Kabushiki Kaisha (Japan). H. Ishimaru, T. Kuroda, O. Kaneko, Y. Oka and K. Sakurai All aluminum alloy, 800-mm-inner diameter gate valve using dual flat-face seals together with differential pumping, Journal of the vacuum science and technology, A 3 (3), May/Jun 1985, p. 1703-1706).For example, both locking elements of the shutter can be moved axially and pressed against a single part, combining the sealing disk and the ring, similar to (UK Patent Application GB 2152195 A, Application published 31 Jul 1985. Seal device for a gate valve. Applicants Fuji Seiko Kabushiki Kaisha (Japan). H. Ishimaru, T. Kuroda, O. Kaneko, Y. Oka and K. Sakurai All aluminum alloy, 800-mm-inner diameter gate valve using dual flat-face seals together with differential pumping, Journal of the vacuum science and technology, A 3 (3), May / Jun 1985, p. 1703-1706).
Возможно неподвижное закрепление запирающих элементов затвора на корпусе затвора. В процессе закрывания затвора осуществляется осевое перемещение обоих уплотняющих выступов уплотнительного диска затвора к запирающим элементам корпуса затвора (
Третий вариант выполнения затворов предусматривает наличие одного неподвижного запирающего элемента, обычно изготовленного заодно с корпусом затвора, а другой запирающий элемент осуществляет перемещение в осевом направлении. Этот вариант выполнения запирающих элементов применен в затворе (патент РФ 2059914), выбранного в качестве прототипа.The third embodiment of the shutters provides for the presence of one fixed locking element, usually made integrally with the valve body, and the other locking element moves in the axial direction. This embodiment of the locking elements is used in the shutter (RF patent 2059914), selected as a prototype.
Для всех вариантов характерно повышение натекания при наличии пыли, уникальность материалов и технологий изготовления запирающих элементов и уплотнительных дисков. Предлагаемые конструктивные нововведения применимы для любой разновидности затвора. Поэтому будем использовать в описании затвора вместо признака «седло», примененного в описании прототипа, более широкое понятие - «запирающее кольцо» затвора. Кроме того, в прототипе не оговаривался существенный признак «герметизирующая поверхность» запирающего элемента, который, безусловно, существуют. Так как этот признак важен для выполнения нового вводимого признака, то его наличие приписывается прототипу.All options are characterized by an increase in leakage in the presence of dust, the uniqueness of materials and manufacturing techniques of locking elements and sealing discs. The proposed design innovations are applicable for any kind of shutter. Therefore, we will use in the description of the shutter instead of the sign “saddle” used in the description of the prototype, a broader concept - the “locking ring” of the shutter. In addition, the prototype did not specify the essential sign of "sealing surface" of the locking element, which, of course, exist. Since this feature is important for the implementation of a new input feature, its presence is attributed to the prototype.
Выбор в качестве прототипа затвора (патент РФ 2059914) объясняется осуществимостью замены уплотнительных элементов без снятия затвора с перекрываемой магистрали и расположением пневмосистемы механизма герметизации вне вакуумной полости затвора в отличие от аналогов, что повышает удобства наладки и эксплуатации затвора.The choice of a shutter prototype (patent of the Russian Federation 2059914) is explained by the feasibility of replacing the sealing elements without removing the shutter from the blocked main and the location of the pneumatic system of the sealing mechanism outside the shutter’s vacuum cavity, unlike analogues, which increases the ease of shutter commissioning and operation.
Недостатками затвора являются:The disadvantages of the shutter are:
- малая герметичность затвора (большой поток натекания через затвор) и низкий ресурс работоспособности затвора в процессе термоциклирования и наличия пыли в перекрываемой магистрали;- low shutter tightness (large leakage flow through the shutter) and low shutter service life during thermal cycling and the presence of dust in the blocked main;
- высокая стоимость затвора вследствие использования уникальных материалов и технологий выполнения герметизирующих поверхностей;- the high cost of the shutter due to the use of unique materials and technologies for sealing surfaces;
- сложность конструкции затвора, большие габариты и вес затвора вследствие сравнительно больших усилий герметизации.- the complexity of the design of the shutter, the large dimensions and weight of the shutter due to the relatively large sealing efforts.
Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности многократной герметизации перекрываемой магистрали.The technical result of the utility model is to increase the reliability of multiple sealing of a blocked trunk.
Для достижения этого результата предложен сверхвысоковакуумный затвор, содержащий корпус с запирающими кольцами, снабженными герметизирующими поверхностями, уплотнительное кольцо и уплотнительный диск с уплотняющими выступами, механизм перемещения уплотнительного кольца и уплотнительного диска, механизм герметизации затвора с возможностью сжатия уплотняющих выступов уплотнительного кольца и диска с герметизирующими поверхностями запирающих колец, патрубок системы откачки, при этом уплотняющие выступы уплотнительного диска выполнены упругоэластичными.To achieve this result, an ultra-high vacuum shutter is proposed, comprising a housing with locking rings provided with sealing surfaces, an o-ring and a sealing disk with sealing protrusions, a mechanism for moving the sealing ring and sealing disk, a sealing mechanism for the shutter with the ability to compress the sealing protrusions of the sealing ring and disk with sealing surfaces locking rings, the nozzle of the pumping system, while the sealing tabs of the sealing disc ying elastic.
Кроме того, вокруг упругоэластичного уплотняющего выступа уплотнительного диска установлен трубопровод с охлаждающей жидкостью.In addition, a pipe with coolant is installed around the elastic-elastic sealing protrusion of the sealing disk.
Кроме того, уплотнительный диск выполнен с двумя упругоэластичными уплотняющими выступами.In addition, the sealing disk is made with two elasto-elastic sealing protrusions.
Кроме того, на запирающих кольцах, кроме имеющихся герметизирующих поверхностей дополнительно выполнены внешние герметизирующие поверхности, причем уплотняющие выступы уплотнительного диска выполнены с возможностью их сжатия с внешними герметизирующими поверхностями запирающих колец, а уплотняющие выступы уплотнительного кольца выполнены с возможностью их сжатия с внутренними поверхностями запирающих колец.In addition, on the locking rings, in addition to the existing sealing surfaces, external sealing surfaces are additionally made, and the sealing protrusions of the sealing disk are made with the possibility of compression with the external sealing surfaces of the locking rings, and the sealing protrusions of the sealing ring are made with the possibility of their compression with the inner surfaces of the locking rings.
В предлагаемой полезной модели герметизации магистрали от атмосферы осуществляется более надежным упругим эластичным уплотняющим выступом, а наличие откачки полости затвора обеспечивает снижение потока в перекрываемую магистраль в открытом состоянии затвора. При этом степень герметичности, а также число гарантированных циклов срабатывания многократно увеличивается.In the proposed utility model, the sealing of the main line from the atmosphere is carried out by a more reliable elastic elastic sealing protrusion, and the presence of pumping of the shutter cavity ensures a decrease in the flow to the blocked main in the open state of the shutter. At the same time, the degree of tightness, as well as the number of guaranteed operation cycles, increases many times.
Важным является снижение требования к состоянию герметизирующих поверхностей. При больших размерах сечения перекрываемой магистрали возможны отклонения от правильной геометрической формы герметизирующих поверхностей, вызванные неточностью изготовления, установки затвора и появлением поводок герметизирующих поверхностей при термоциклировании затвора. Поэтому создание надежных высоко герметичных крупногабаритных сверхвысоковакуумных прогреваемых цельнометаллических затворов проблематично.It is important to reduce the requirements for the condition of the sealing surfaces. With large cross-sectional cross-sectional areas, deviations from the correct geometric shape of the sealing surfaces are possible due to inaccurate manufacturing, installation of the shutter and the appearance of a leash of sealing surfaces during thermal shutter cycling. Therefore, the creation of reliable high-sealed large-sized ultra-high-temperature heated all-metal gates is problematic.
Снижение потока газовыделения с упругого эластичного уплотнителя при прогревах затворах достигается его принудительным охлаждением. Установка трубопровода с охлаждающей жидкостью вокруг упругого эластичного уплотнителя позволяет увеличить площадь теплопередающей поверхности, что повышает эффективность системы охлаждения по сравнению с охлаждением плоскости седла в аналоге (Авторское свидетельство СССР на изобретение №708096, К.Д. Данилов, М.В. Шнитко, O.К. Курбатов и др. Вакуумный затвор. Опубл. 05.01.1980. Бюллетень №1, 1980 г. Л.В. Аринин, К.Д. Данилов, Э.П. Коллеров, В.И. Казаков, О.К. Курбатов, Б.Г. Львов, М.В. Шнитко Высоковакуумные и сверхвысоковакуумные плоские затворы маятникового типа, Приборы и техника эксперимента, 1985 г., №2, с. 214-215). Кроме этого появляется возможность прогрева затвора в открытом состоянии до больших температур.Reducing the flow of gas from the elastic elastic seal during heating of the gates is achieved by its forced cooling. The installation of a pipeline with coolant around an elastic elastic seal allows increasing the heat transfer surface area, which increases the efficiency of the cooling system compared to cooling the seat plane in an analogue (USSR Author's Certificate for the Invention No. 708096, K.Danilov, MV Shnitko, O .K. Kurbatov et al. Vacuum shutter. Publ. 05.01.1980. Bulletin No. 1, 1980. L.V. Arinin, K.D. Danilov, E.P. Kollerov, V.I. Kazakov, O.K. Kurbatov, BG, Lvov, MV Shnitko High-vacuum and ultra-high vacuum flat shutter pendulums the second type, Instruments and Experimental Techniques, 1985, №2, p. 214-215). In addition, it becomes possible to heat the shutter in the open state to high temperatures.
Взаимодействие уплотняющих выступов уплотнительного диска с внешними герметизирующими поверхностями запирающих колец, а уплотняющих выступов уплотнительного кольца с внутренними герметизирующими поверхностями запирающих колец позволяет снизить влияние пыли магистрали на степень герметичности закрывания затвора.The interaction of the sealing protrusions of the sealing disk with the external sealing surfaces of the locking rings, and the sealing protrusions of the sealing ring with the internal sealing surfaces of the locking rings allows to reduce the influence of the dust of the line on the degree of tightness of closing the shutter.
При расположении упругоэластичного уплотняющего выступа с одной стороны уплотнительного диска повышается надежность герметизации именно этого контакта, однако поток газовыделения в магистраль через щель между уплотнительным диском и запирающим кольцом будет больше по сравнению с вариантом взаимодействия металлического герметизирующего выступа с герметизирующей поверхностью запирающего кольца при наличии откачанной полости затвора. В большинстве случаев величина потока с упругого эластичного уплотнителя несущественна для режима эксплуатации с перекрытой магистралью. Однако для некоторых случаев важным является исключение взаимодействия мощных электромагнитных волн с материалом упругого эластичного уплотнителя, тогда следует располагать в такой части перекрытой магистрали металлический герметизирующий выступ уплотнительного диска.When an elastic-elastic sealing protrusion is located on one side of the sealing disk, the sealing reliability of this particular contact is increased, however, the gas flow to the line through the gap between the sealing disk and the locking ring will be larger compared to the interaction of the metal sealing ledge with the sealing surface of the locking ring in the presence of an evacuated shutter cavity . In most cases, the magnitude of the flow from the elastic elastic sealant is not significant for the operation mode with a blocked line. However, for some cases, it is important to exclude the interaction of powerful electromagnetic waves with the material of an elastic elastic seal, then a metal sealing protrusion of the sealing disk should be placed in such a part of the blocked line.
Расположение упругого эластичного герметизирующего выступа со стороны запирающего кольца, выполненного в корпусе затвора, позволяет более надежно перекрывать примыкающую к ним область вакуумной магистрали. Это объясняется меньшей зависимостью натекания от разности давлений в перекрытых областях магистрали и меньшей чувствительностью к появлению натекания в полости затвора через вводы движения в вакуум.The location of the elastic elastic sealing protrusion on the side of the locking ring, made in the valve body, allows you to more reliably overlap the adjacent area of the vacuum line. This is explained by a smaller dependence of leakage on the pressure difference in the overlapped areas of the line and less sensitivity to the appearance of leakage in the gate cavity through the motion inputs to the vacuum.
Размещение упругих эластичных герметизирующих выступов с обеих сторон уплотняемого диска (см фиг.) позволяет надежно перекрывать полость затвора от магистрали. При этом становится возможным открыть полость затвора на атмосферу и поменять уплотняемое кольцо без напуска в магистраль атмосферного воздуха.The placement of elastic elastic sealing tabs on both sides of the sealing disk (see Fig.) Allows you to reliably overlap the shutter cavity from the highway. At the same time, it becomes possible to open the shutter cavity to the atmosphere and change the sealing ring without inflowing into the atmospheric air line.
Поток газовыделения с упругого эластичного уплотнителя и других внутрикамерных поверхностей значительно меньше потока через неплотности цельнометаллического герметизирующего контакта при перекрытии атмосферы от вакуума. Поэтому быстроту откачки насоса можно значительно снизить. В закрытом состоянии затвора с упругими эластичными уплотняющими выступами на уплотнительном диске откачка полости затвора может даже отключаться.The flow of gas from the elastic elastic sealant and other chamber surfaces is significantly less than the flow through the leaks of the all-metal sealing contact when the atmosphere is closed from the vacuum. Therefore, the pumping speed of the pump can be significantly reduced. In the closed state of the shutter with elastic elastic sealing protrusions on the sealing disk, the pumping of the shutter cavity can even be switched off.
По сравнению с затвором, выполненным в виде цельнометаллической конструкции, усилие герметизации существенно снижается, что позволяет упростить конструкцию механизма герметизации, снизить вес и габариты всего затвора.Compared with the shutter, made in the form of an all-metal construction, the sealing force is significantly reduced, which allows to simplify the design of the sealing mechanism, to reduce the weight and dimensions of the entire shutter.
Краткое описание чертежа моделиBrief description of the model drawing
На фигуре схематично показан вариант выполнения сверхвысоковакуумного затвора в закрытом состоянии со следующими элементами:The figure schematically shows an embodiment of the ultra-high vacuum shutter in the closed state with the following elements:
1 - корпус затвора;1 - shutter body;
2, 3 - запирающие кольца;2, 3 - locking rings;
4, 5 - внутренние герметизирующие поверхности запирающих колец 2, 3;4, 5 - internal sealing surface of the locking rings 2, 3;
6, 7 - внешние герметизирующие поверхности запирающих колец 2, 3;6, 7 - external sealing surface of the locking rings 2, 3;
8 - мембрана;8 - membrane;
9 - держатель разъемный;9 - the holder is detachable;
10 - уплотнительное кольцо;10 - a sealing ring;
11 - уплотняющие выступы уплотнительного кольца 10;11 - sealing protrusions of the sealing
12 - уплотнительный диск;12 - a sealing disk;
13, 14 - уплотняющие выступы уплотнительного диска 12;13, 14 - sealing protrusions of the
15, 16 - пружины;15, 16 - springs;
17 - трубопровод с охлаждающей жидкостью;17 - pipeline with coolant;
18, 19 - разъемные соединения корпуса затвора;18, 19 - detachable connection of the shutter body;
20 - механизм перемещения уплотнительного кольца 10 и уплотнительного диска 12;20 is a mechanism for moving the sealing
21 - механизм герметизации затвора;21 - shutter sealing mechanism;
22 - пневмокамера механизма герметизации затвора;22 - pneumatic chamber of the shutter sealing mechanism;
23 - возвратная пружина механизма герметизации;23 - return spring of the sealing mechanism;
24 - патрубок системы откачки.24 - pipe system pumping.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Основным конструкционным материалом затвора является аустенитная сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72. Пружины 15, 16 и 23 выполняются из немагнитного сплава 36НХТЮ8М ГОСТ 10994 - 74. В качестве материала уплотняющих выступов 13, 14 может использоваться упругий эластомер марки ИРП 51-1578 на основе фторкаучука СКФ-26 ТУ 38105116-81.The main structural material of the valve is austenitic steel 12X18H10T GOST 5632-72. The
Внутренние герметизирующие поверхности 4, 5 запирающих колец 2, 3, взаимодействующие с уплотняющими выступами 11 уплотнительного кольца 10, полируются. Внешние герметизирующие поверхности 6, 7 запирающих колец 2, 3, взаимодействующие с упругими эластичными уплотняющими выступами 13, 14 уплотнительного диска 12, выполнены тонким точением.The inner sealing surfaces 4, 5 of the locking rings 2, 3 interacting with the sealing
В зависимости от температуры прогрева в закрытом состоянии материалом покрытия уплотняющих выступов 11 уплотнительного кольца 10 является алюминий или серебро.Depending on the heating temperature in the closed state, the coating material of the sealing
Механизм перемещения 20 содержит две одинаковые направляющие, ограничивающие перемещение разъемного держателя 9 в поперечном направлении, закреплены к разъемному соединению 18 корпуса 1 и запирающему кольцу 2. В связи с несущественностью и многообразием возможного конструктивного выполнения этих элементов они не отражены на фигуре.The
Положения разъемного держателя 9 в открытом и закрытом положении затвора определяются его фиксацией механизмом перемещения 20, который может управляться ручным, пневматическим, электромеханическим, электромагнитным приводом или их комбинацией.The position of the detachable holder 9 in the open and closed position of the shutter is determined by its fixation by the
Работоспособность упругоэластичного уплотнителя уплотняющих выступов 13, 14 уплотнительного диска 12 при обезгаживающем прогреве затвора обеспечивается его принудительным охлаждением жидкостью, пропускаемой по трубопроводу 17, расположенному в непосредственной близости от уплотняющего выступа. Важным является возможность прогрева затвора в открытом состоянии до больших температур, что повышает качество процесса обезгаживания магистрали.The operability of the elastic elastic seal of the sealing
Повышенная надежность эластомерного уплотнителя марки ИРП 51-1578 на основе фторкаучука СКФ-26 ТУ 38105116-81 в качестве упругоэластичного уплотнителя создает возможность его установки как с одной, так и с другой из сторон уплотнительного диска 12 или с обеих его сторон. Варианты выполнения герметизирующих выступов определяются требованиями к условиям эксплуатации сверхвысоковакуумной системы.The increased reliability of the elastomeric seal of the IRP 51-1578 brand based on fluororubber SKF-26 TU 38105116-81 as an elastically elastic seal makes it possible to install it on either one or the other side of the
Вакуумирование корпуса затвора 1 проводится с помощью системы откачки, присоединяемой к патрубку 24.The evacuation of the
При чрезмерном снижении герметичности вследствие накопления пыли в зоне герметизации проводится смена уплотнительного кольца 10 в закрытом состоянии затвора через разъемное соединение корпуса затвора 19. Снятие уплотнительного диска 12 и общая чистка полости затвора проводится после изъятия разъемного держателя 9 с механизмом перемещения уплотнительных кольца 10 и диска 12 через разъемные соединения 18, 19 корпуса затвора 1.If the tightness is excessively reduced due to dust accumulation in the sealing zone, the sealing
При горизонтальном расположении оси перекрываемой магистрали уплотнительный диск 12 предпочтительно устанавливать в верхнем положении разъемного держателя 9 для понижения энергии привода и времени его перемещения в процессе закрытия затвора.When the axis of the overlapping trunk is horizontal, it is preferable to install the
Механизм герметизации затвора 21 содержит закрепленные на корпусе затвора 1 кольцевую пневмокамеру 22 и возвратную пружину 23.The
Срабатывание затвора осуществляется следующим образом.The shutter is as follows.
Примем за начальное положение затвора его открытое состояние, в котором уплотняющие выступы 11 уплотнительного кольца 10 герметично сжимаются с внутренними герметизирующими поверхностями 4, 5 запирающих колец 2, 3 усилием пневмокамеры 22, преодолевая усилия пружины 15 и возвратной пружины 23. Полость затвора откачивается высоковакуумной откачкой полости затвора через патрубок 24, снижая поток газовыделения в перекрываемую магистраль вследствие малой разности давлений в корпусе затвора и магистрали.We take for the initial position of the shutter its open state, in which the sealing
После подачи сигнала на закрытие затвора давление из полости пневмокамеры герметизации 22 сбрасывается и под воздействием пружин 15 и 23, запирающее кольцо 3 перемещается до упоров в осевом направлении от запирающего кольца 2 (вниз согласно фигуре) с образованием зазоров между уплотняющими выступами 11 уплотнительного кольца 10 и запирающими кольцами 2, 3. Далее механизм перемещения 20 переводит разъемный держатель 9 в крайнее левое положение с установкой уплотнительного диска 12 между запирающими кольцами 2, 3. Затем подается давление в пневмокамеру 22 и, преодолевая усилие пружин 16 и 23, осуществляется закрытие затвора посредством сжатия внешних герметизирующих поверхностей 6, 7 запирающих колец 2, 3 с уплотняющими выступами 13, 14 уплотнительного диска 12. Расположение основных элементов затвора в его закрытом состоянии показано на фигуре.After applying a signal to close the shutter, the pressure from the cavity of the sealing
Открытие затвора производится аналогичным образом.The shutter opens in a similar manner.
Предложенная конструкция сверхвысоковакуумного затвора по отношению к прототипу имеет следующие преимущества:The proposed design of ultra-high vacuum shutter in relation to the prototype has the following advantages:
- повышает герметичность перекрытия магистрали затвора и цикличность закрывания затвора;- increases the tightness of the shutter trunk overlap and the cyclical nature of shutter closure;
- позволяет изготавливать и проводить ремонт сверхвысоковакуумных затворов больших габаритов (Ду 400 мм и более) с использованием освоенных материалов и технологий в отличие от необходимости применения уникальных материалов и технологий, характерных для изготовления герметизирующих элементов цельнометаллических затворов;- allows you to make and repair ultra-high vacuum locks of large dimensions (DN 400 mm or more) using developed materials and technologies, in contrast to the need to use unique materials and technologies typical for the manufacture of sealing elements of all-metal valves;
- сохраняет работоспособность затвора при наличии пыли;- maintains shutter performance in the presence of dust;
- позволяет повысить скорость нагрева и охлаждения затвора по сравнению с затвором, выполненным в виде цельнометаллической конструкции.- allows you to increase the speed of heating and cooling the shutter in comparison with the shutter, made in the form of an all-metal structure.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113112U RU176223U1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | SUPER HIGH VACUUM SHUTTER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113112U RU176223U1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | SUPER HIGH VACUUM SHUTTER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU176223U1 true RU176223U1 (en) | 2018-01-12 |
Family
ID=68235259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113112U RU176223U1 (en) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | SUPER HIGH VACUUM SHUTTER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU176223U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780115C1 (en) * | 2022-02-17 | 2022-09-19 | Ооо "Ферри Ватт" | Vacuum slot shutter |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2152195A (en) * | 1983-12-26 | 1985-07-31 | Fuji Bellows Co Ltd | Seal device for gate valve |
| SU1514998A1 (en) * | 1987-08-25 | 1989-10-15 | Московский Институт Электронного Машиностроения | Suspension vacuum valve with electromechanical actuator |
| RU2059914C1 (en) * | 1992-12-25 | 1996-05-10 | Владимир Владимирович Вязовецков | Superhigh vacuum seal |
| CN202484328U (en) * | 2012-01-06 | 2012-10-10 | 肇庆市振华真空机械有限公司 | Vacuum gate valve |
| KR20160019382A (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-19 | 배트 홀딩 아게 | Closure element for a vacuum valve with pressed-off, vulcanized-on seal |
-
2017
- 2017-04-17 RU RU2017113112U patent/RU176223U1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2152195A (en) * | 1983-12-26 | 1985-07-31 | Fuji Bellows Co Ltd | Seal device for gate valve |
| SU1514998A1 (en) * | 1987-08-25 | 1989-10-15 | Московский Институт Электронного Машиностроения | Suspension vacuum valve with electromechanical actuator |
| RU2059914C1 (en) * | 1992-12-25 | 1996-05-10 | Владимир Владимирович Вязовецков | Superhigh vacuum seal |
| CN202484328U (en) * | 2012-01-06 | 2012-10-10 | 肇庆市振华真空机械有限公司 | Vacuum gate valve |
| KR20160019382A (en) * | 2014-08-11 | 2016-02-19 | 배트 홀딩 아게 | Closure element for a vacuum valve with pressed-off, vulcanized-on seal |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2780115C1 (en) * | 2022-02-17 | 2022-09-19 | Ооо "Ферри Ватт" | Vacuum slot shutter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11644105B2 (en) | Gate valve with seat assembly | |
| US3391901A (en) | High vacuum leak valve | |
| WO2016104213A1 (en) | Butterfly valve | |
| TW201233929A (en) | Vacuum control valve, vacuum control apparatus, and computer program | |
| US3554486A (en) | High vacuum valve | |
| RU176223U1 (en) | SUPER HIGH VACUUM SHUTTER | |
| JP2015102132A (en) | Seal structure | |
| US20140021391A1 (en) | Temperature compensating flanged joint for a teflon diaphragm valve | |
| WO2024109423A1 (en) | Triple eccentric butterfly valve | |
| JP2019095053A (en) | Regulating overtravel in bifurcated plugs for use in valve assemblies | |
| WO2018040704A1 (en) | One-way valve adapted to highly corrosive environment | |
| JP2013133824A (en) | Valve with valve closing member attached to actuated counter-seat and related method | |
| CN214248328U (en) | Corrosion-resistant butterfly valve | |
| CN209180377U (en) | A kind of three eccentricity all-metal hard seal butterfly valve | |
| RU158777U1 (en) | AXIAL FLOW VALVE | |
| KR101324566B1 (en) | Gate valve | |
| RU158766U1 (en) | SEALING OF PIPELINE FITTINGS | |
| RU2622145C1 (en) | Back pressure valve | |
| RU102239U1 (en) | ROTARY DISK SHUTTER | |
| RU2728669C1 (en) | Rotary valve | |
| CN110094534B (en) | Spring compensation type movable valve seat plug valve | |
| RU2587385C2 (en) | Sealing gasket connections of pipeline valves | |
| RU202277U1 (en) | VALVE | |
| CN214008410U (en) | High-temperature-resistant sealing ring and pipeline connecting device | |
| CN113983176B (en) | Marine ultralow temperature double-valve seat double-sealing butterfly valve |