Конструктивные элементы вакуумных камер

Смотровые вакуумные окна служат для пропускания излучений, в том числе и видимого света, из камеры в окружающее пространство без нарушения ее герметичности. Окна должны удовлетворять следующим требованиям: выдерживать перепады давлений; не допускать течей и разгерметизации камер; не пропускать нежелательные виды излучений (рентгеновское); обладать высокой устойчивостью прозрачности.

Типичная конструкция смотрового окна показана на рисунке 5.4. Толщину hc свинцового стекла выбирают в зависимости от диаметра Dc его свободной поверхности hc = (0,15—0,20) Dc.

Процесс электронно-лучевой сварки, как правило, сопровождается интенсивным испарением обрабатываемого материала. При этом на смотровых окнах образуется напыленная пленка, которая снижает прозрачность стекла, ограничивая срок их службы. Стекло приходится периодически снимать и менять, или после съема удалять напыленный слой механическим или химическим способом. Наиболее эффективны системы защиты стекол, которые делятся на две группы: обновление запыленных участков и уменьшение интенсивности потока частиц, образующих на поверхности стекла напыленный слой.

На рисунке 5.5 показано конструктивное решение на основе применения поворотных дисков со сменными защитными стеклами. После запыления стекла, расположенного напротив смотрового отверстия, диск поворачивается и запыленное стекло заменяется чистым. В этой конструкции вместо диска можно использовать большое поворотное стекло, так как давление по обе стороны от него одинаковое и оно не подвергается воздействию силовых нагрузок. В связи с этим требования прочности стекла становятся второстепенными, можно использовать даже простое оконное стекло. Срок службы такого смотрового окна пропорционален числу защитных стекол при весьма простой конструкции устройства.

В смотровых окнах с вакуумным затвором (см. рис. 5.6), расположенным между смотровым стеклом и камерой, наличие затвора позволяет заменять стекла без разгерметизации рабочей камеры.

Смотровое окно с резиновым уплотнением

Рис. 5.4. Смотровое окно с резиновым уплотнением:

1,3прокладки; 2стекло; 4винт; 5крышка; 6стенка камеры

Смотровое окно с поворотным диском

Рис. 5.5. Смотровое окно с поворотным диском:

1,4сменные стекла; 2корпус; 3поворотный диск; 5ручка; бсмотровое стекло

Смотровое окно с вакуумным затвором

Рис. 5.6. Смотровое окно с вакуумным затвором:

1корпус; 2вакуумный затвор; 3уплотнение; 4ручка; 5штуцер к форвакуумному насосу; бсмотровое стекло

Для передачи движения механизмам и узлам, находящимся в рабочем пространстве вакуумной камеры используют механические вакуумные вводы.

Основными элементами механизма продольного горизонтального перемещения или вращения предметного стола со свариваемыми деталями при передаче движения через отверстие (см. рис. 5.7) служат шток (вал), проходящий из окружающей среды с атмосферным давлением и передающий требуемое усилие или крутящий момент, и уплотнение, герметизирующее зазор между отверстием и подвижным штоком (валом). Механические вакуумные вводы для передачи движения через отверстие применяют обычно в динамических вакуумных системах, так как они способствуют значительному натеканию. Эти вводы позволяют передавать любые усилия и крутящие моменты и обеспечивают высокие кинематические точность и жесткость.

На рисунке 5.7 показан ввод вращения, в котором в качестве упругих уплотнений использованы резиновые манжеты 1 и 10 со спиральными кольцами для прижима манжет к валу 6. Манжета /, обращенная в вакуумную камеру, является рабочей, манжета 10—защитной, предохраняющей движущийся контакт рабочей манжеты с валом от загрязнения. Фетровое кольцо 4, пропитанное вакуумным маслом, обеспечивает постоянное смазывание движущегося контакта. Наружный буртик манжеты 1 должен быть вакуумно-плотно прижат к корпусу 2. Усилие прижима, создаваемое гайкой 7, передается через наружные кольца подшипников 9 и втулку 8 нажимной втулке 5. Компактная конструкция унифицированного ввода упрощает крепление корпуса 2 в расточке стенки вакуумной камеры 3. При использовании подшипников качения и постоянной циркуляции смазочного материала допускаемая частота вращения вала может достигать 1300 с-1. Такие механические вакуум- вводы используют в установках при остаточном давлении до 10“5 Па.

Для передачи в вакуумную камеру вертикального вращения может быть использован ввод с сильфонным уплотнением (см. рис. 5.8). Он представляет собой муфту, состоящую из вращающихся в неподвижных опорах ведущего 1 и ведомого 2 эксцентриковых (или кривошипных) валов. Крутящий момент передается от ведущего вала, находящегося в атмосфере, ведомому, находящемуся в вакууме, через промежуточную втулку 3. Последняя имеет перегородку, отделяющую ведомый вал от ведущего, и герметично соединена с неподвижным корпусом ввода 4 сильфоном 5. При вращении ведущего вала втулка 3 совершает круговое движение и передает вращение ведомому валу. Корпус 4 соединен с вакуумной камерой.

Электрические вакуумные вводы служат для подачи электропитания к электрическим агрегатам, расположенным во внутрикамерном пространстве. Материал для токоподводящих элементов и изоляторов,

Сальниковый ввод горизонтальною вращения с манжетным уплотнением

Рис. 5.7. Сальниковый ввод горизонтальною вращения с манжетным уплотнением:

  • 1, 10 —резиновые манжеты со спиральными кольцами; 2корпус; 3стенка вакуумной камеры; 4фетровое кольцо, пропитанное вакуумным маслам;
  • 5 — нажимная втулка; бвал; 7гайка; 8втулка; 9подшипники

а также вид вакуумного уплотнения выбирается в соответствии с конкретными условиями эксплуатации: напряжением, силой тока, частотой и температурой ввода. В зависимости от электрических параметров

вводы подразделяют на низковольтные и высоковольтные.

Рис. 5.8. Эксцентриковый сильфонный ввод вертикального вращения:

1ведущий эксцентриковый (или

кривошипный) вал;

2ведомый эксцентриковый (или

кривошипный) вал;

  • 3 промежуточная втулка;
  • 4 неподвижный корпус ввода;
  • 5 сильфон

Плотность тока низковольтных (до 250 В) вводов должна находиться в пределах 3—5 А/мм2. Конструкция такого ввода показана на рисунке 5.9, а. Изолирующими и уплотняющими элементами между гокоподводом и фланцем 1 служат резиновое кольцо 3 и втулка 2.

Высоковольтные вводы (см. рис. 5.9, б) применяют при напряжениях более 1,5 кВ. Для этого керамический изолятор 1 выполняют ребристым для увеличения площади изолирующей поверхности. Для защиты изолятора используют экран 2.

Электрический низковольтный сильноточный (а) и высоковольтный слаботочный (б) вводы

Рис. 5.9. Электрический низковольтный сильноточный (а) и высоковольтный слаботочный (б) вводы:

для низковольтного сильноточного ввода: 1фланец; 2втулка;

3резиновое кольцо; для высоковольтного слаботочного ввода:

/ — керамический изолятор; 2экран для защиты изолятора

В вакуумных системах для перекрытия трубопроводов при аварийных ситуациях обычно применяют быстродействующие предохранительные клапаны. При этом клапан является исполнительным элементом системы, в состав которой входят измерительные и сигнализирующие устройства. Малое время срабатывания и высокая надежность устройства для аварийного перекрытия трубопроводов приобретают особую важность при использовании этих устройств в магистралях форвакуумных систем.

В представленном на рисунке 5.10 одном из многих типов предохранительных устройств исполнительным элементом с высоким быстродействием служит свободно висящая заслонка У, изготовленная из тонкой и прочной пленки толщиной 10—12 мкм. Под действием ударной волны заслонка мгновенно прижимается к перегородке 2 или 3

(в зависимости от направления газового потока) с мелкими сквозными отверстиями и перекрывает поток на время, достаточное для закрытия аварийного клапана 4. Суммарная проводимость отверстий в перегородках близка к проводимости входного отверстия узла задержки, поэтому последний практически не снижает общей проводимости вакуумной системы в период рабочей откачки. Сигнал для закрытия аварийного клапана поступает от электроразрядного безынерционного датчика 5. Так как узел задержки рассчитан на защиту от прорыва внезапных потоков противоположного направления, принята симметричная относительно заслонки конструкция, в каждой половине которой установлен независимый сигнализирующий датчик.

Принципиальная схема устройства форвакуумной зашиты

Рис. 5.10. Принципиальная схема устройства форвакуумной зашиты:

  • 1 — свободно висящая заслонка; 2,3перегородка; 4аварийный клапан;
  • 5 — электроразрядный безынерционный датчик

Для напуска в вакуумные системы воздуха применяют проходные напускные клапаны. Напускной клапан с электромагнитным приводом (см. рис. 5.11) состоит из корпуса 1 с фланцами 2 и седла, герметизируемого резиновым уплотнителем J, который закреплен на якоре 5. Между якорем 5 и магнитопроводом б катушки 7 электромагнита размещена возвратная пружина 4. При пропускании тока через катушку 7 сердечник якоря 5 втягивается, сжимая пружину 4, и открывает проход для напускаемого газа. При отсутствии тока под действием пружины 4 сердечник возвращается в исходное положение, проходное отверстие перекрывается с усилием, развиваемым уплотнительной пружиной. Питание к электромагниту подается через электрический разъем 8.

Конструкция напускного электромагнитного клапана

Рис. 5.11. Конструкция напускного электромагнитного клапана:

1корпус; 2фланцы; 3резиновый уплотнитель; 4пружина; 5якорь; бмагнитопровод; 7катушка электромагнита; 8электрический разъем

Разъемные вакуум-плотные фланцевые соединения предназначены для соединения трубопроводов вакуумной системы к камере. В них используют как металлические, так и неметаллические уплотнители. Соединения с неметаллическими уплотнителями (резина, фторопласт) просты в изготовлении и надежны в эксплуатации, но имеют ограниченную термостойкость и повышенное газовыделение. Соединения этого типа применяют в вакуумных установках при давлении не менее 10-4 Па. В установках с предельным остаточным давлением 10 5 Па и ниже применяют вакуумные уплотнения с прокладками из фторопласта, отожженной меди, алюминия, индия и даже из золота. На рисунке 5.12 показаны фланцевые соединения с встречными выступами типа «конфликт». Применяют как неподвижные вокруг оси соединения фланцы (см. рис. 5.12, а, б), так и поворотные, позволяющие поворачивать оба фланца один относительно другого (см. рис. 5.12, в, г) или один из них (см. рис. 5.12, д, ё). Использование поворотных фланцев облегчает сборку соединения, так как упрощается совмещение крепежных отверстий. Фланцы и крепежные детали высоковакуумных установок изготавливают из стали 12Х18Н10Т, прокладки — из меди марок Ml и МО.

Фланцевые соединения

Рис. 5.12. Фланцевые соединения:

а. бс неподвижными фланцами; в, гс поворотными фланцами; д, гс неподвижным и поворотным фланцами; жс неподвижными фланцами на большой условный проход; 1, б, 8—12фланцы (1, 8, 11. 12с гладкими отверстиями; 6. 10 — с резьбовыми отверстиями; 9опорный); 2болт; 3прокладка; 4гайка; 5шайба; 7 — шпилька

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >