В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Разъемные соединения
Разъемные соединения - Соединения с помощью уплотняющих прокладок
Элементы вакуумных конструкций - Способы соединения ваккумных систем
Оглавление
Разъемные соединения
Соединения с помощью уплотняющих прокладок
Все страницы

В металлических системах или при соединении металла со стеклом чаще всего применяют разъемные механические соединения с гладкими металлическими или упругими прокладками. При сборке системы трубопроводов с фланцевыми соединениями необходимо устанавливать сильфон для компенсации возможных перекосов системы, в противном случае не удается равномерно уплотнить фланцевые соединения. Очень важным условием является равномерная затяжка болтов во избежание перекоса фланцев, так как при перекосе нельзя добиться герметичности соединения. Сильфоны для непрогреваемых трубопроводов вакуумных систем изготовляют из томпака (85% меди, 15% цинка). Для трубопроводов, работающих в высоком и сверхвысоком вакууме, сильфоны изготовляют из коррозионно-стойкой стали.

Соединения с резиновыми прокладками. Соединения с уплотнениями из вакуумной резины применяют в вакуумных системах до давлений 5*1O-7 мм рт ст. и при температурах от 20 до 120° С при нагрузках от 49 до 196 Н/см2. Толщина прокладок должна быть тем больше, чем больше диаметр фланца. Для уплотнения неподвижных соединений применяют вакуумную резину всех марок. Черную вакуумную резину 9024 используют для подвижных соединений со смазкой, так как она имеет большую масло-стойкость по сравнению с белой вакуумной резиной 7889. Уплотняющие прокладки делают литыми круглого или прямоугольного сечения. В лабораторной практике применяют прокладки, вырезанные из листа или клееные из шнура.

Характерной особенностью резиновых прокладок является постоянство их объема при сжатии, поэтому следует предусмотреть возможность правильного размещения прокладки после затяжки болтов. Если уплотняются гладкие смазанные поверхности, то хорошее уплотнение достигается при небольших сжатиях и нагрузках, обычно не превышающих —30 Н/см2, когда скольжение мало. В случае шероховатых несмазанных поверхностей допустимы нагрузки до 145 Н/см2. Предпочтительно размещать прокладки так, чтобы один из фланцев имел гладкую поверхность, а другой — поверхность с канавкой для фиксирования прокладки. По краям канавки следует снять фаски во избежание разрушения прокладки. При конструировании нужно обеспечить отсутствие механических нагрузок на прокладку. Прокладка нужна только для уплотнения. Следует предусмотреть специальные упоры, которые при затягивании болтов фланца препятствуют чрезмерному разрушению прокладки. Как видно из рис. 398, канавка с находящейся в ней частью прокладки служит не для уплотнения, а только для фиксации положения прокладки. Удельное давление на прокладку можно с достаточной точностью принимать по табл. 92.

На рис. 398 показаны два типа фланцевых соединений с прокладкой из листовой резины. Соединения обеспечивают быструю разборку и сборку и необходимую герметичность и надежность уплотнения.

В табл. 93 приведены основные размеры таких фланцевых уплотнений для стальных бесшовных труб. Поверхности фланцев и колец должны быть гладкими без раковин, трещин, заусенцев и других дефектов. Расточка фланца (или приварочного кольца) выполняется по 3-му классу точности под скользящую или ходовую посадку на трубу. Для надежной герметизации соединения резиновая прокладка должна испытывать равномерную деформацию. Чем меньше ширина прокладки, тем больше удельная нагрузка на прокладку при сжатии, а следовательно, достигается лучшая герметичность, однако нежелательно, чтобы ширина прокладки была меньше 6 мм.

 

Таблица 92

 

Недостатком применения вакуумной резины в качестве уплотнителя является выделение газов на ее поверхности, которое становится заметным при давлениях 10-6 мм рт. ст. и ниже. Следует также учитывать, что при соприкосновении с маслом резина набухает. На нее вредно действуют растворители — бензин и ацетон. Таким образом необходимо, чтобы открытая поверхность резины внутри вакуумного пространства была как можно меньше. Наилучшим в этом отношении уплотнителем является О-образная прокладка из резинового шнура или из неопренового корда, устойчивого против воздействия масел.

Благодаря круглому сечению прокладки сжимающее усилие распределяется сначала на очень небольшой площади, после чего поперечное сечение кольца принимает форму эллипса. Поскольку круглые резиновые О-образные прокладки помещаются в пазы, прорезанные в металлической пластине, с областью вакуума соприкасается лишь минимальная часть поверхности прокладки. При длительном пребывании резины в сжатом состоянии возможно появление остаточных деформаций. В связи с этим при длительной работе системы следует время от времени производить подтяжку соединений с резиновыми прокладками. Герметичность соединений сохраняется до температуры 150° С, но при этом прокладку можно использовать только один раз.

Силиконовая резина 14 Р-2, 5 P-129, 5 Р-25 может выдерживать длительный нагрев до 300—350° С, однако она получает остаточные деформации от сжатия и при 200° С и выше уже не обеспечивает вакуумное уплотнение из-за потери упругости.

Для обычных сортов вакуумной резины наибольшая температура длительного нагрева 50—-60° С,а кратковременного 100—120° С. При большей температуре резина размягчается и разрушается с интенсивным газовыделением.

При понижении температуры до 0° С и ниже резина твердеет и при —30° С резиновая прокладка уже не обеспечивает необходимый вакуум. После повышения температуры упругие свойства резины восстанавливаются.

На рис. 399 показано соединение с прокладкой из вакуумной резины или витона. Его часто применяют при установке колпака на плите в аппаратах для вакуумного напыления, работающих при давлениях не ниже 5* 10-7 мм рт. ст.

Прокладка прямоугольного сечения может быть вырезанной из целого листа или литой. При уплотнении колпака не применяют специальных прижимных устройств. Край колпака, служащий уплотняющим кольцом, имеет специальный профиль. Необходимое удельное давление должно быть 49—78 Н/см2, а при откачке оно не должно превышать 245— 295 Н/см2. Для надежного вакуумного уплотнения достаточно сжать резиновую прокладку на V3 ее первоначальной толщины.

Соединения с фторопластовыми (тефлоновыми) прокладками. Основные свойства фторопласта приведены выше. Прокладки из фторопласта могут работать с агрессивными газами, выдерживают нагрев до 250° С и газовыделение у них меньше, чем у резины. Диапазон рабочих температур прокладок из фторопласта от —200 до 200° С. При достаточном пределе прочности при растяжении (2940 Н/см2) удлинение достигает 450%. Кроме того, это вещество может служить изолятором, так как выдерживает без пробоя напряжение 1000—2000 В на 25 мкм толщины. Высокие диэлектрические свойства фторопласта позволяют использовать его для -изготовления изолирующих и уплотняющих прокладок вакуумных электрических вводов. Прокладки из фторопласта можно также использовать для уплотнения устройств, передающих в область вакуума поступательное и вращательное движение.

Прокладки из фторопласта нужно ставить в канавки со строго ограниченным объемом (соединение в «замок»). Кроме того, каждый раз после длительного прогрева целесообразно подтягивать болты для устранения течей, возникающих из-за текучести фторопласта, увеличивающейся с повышением температуры.

 

Прокладки из витона. Применение витона в качества прокладочного материала позволяет прогревать вакуумные установки до 200° С, при этом состав остаточного газа улучшается. Однако прогревать установку до 400— 450° С нельзя, и тогда следует переходить к металлическим прокладкам.

Соединения с металлическими прокладками. Металлические прокладки в основном применяют для создания вакуума в сверхвысоковакуумных системах, где требуется прогрев установки до 450—500° С. В качестве материала для прокладок в сверхвысоковакуумных установках применяют индий, отожженную медь, алюминий, золото.

Для создания вакуумноплотного соединения нужно достичь пластической деформации металлической прокладки в месте ее соприкосновения с уплотняющими поверхностями фланцев. Для этого поверхность уплотнения должна быть минимальной, а прикладываемое усилие достаточно большим (например, для алюминия необходима нагрузка 98 Н/мм2). Если усилие прикладывают перпендикулярно поверхности уплотняющего металла, применяют прижимающий фланец с трапецеидальным зубом, имеющим малую поверхность соприкосновения. При малом угле у вершины зуба можно считать, что уплотняющий металл работает исключительно на сжатие. После достижения определенной деформации происходит нагартовка металла и резко возрастает уплотняющее усилие. Через некоторое время после уплотнения соединения происходит релаксация металла, уплотнение ослабевает, и становится необходимой подтяжка стягивающих болтов. Чтобы избежать этого, необходимо иметь пружинные компенсаторы (шайбы). Соединения, в которых уплотняющий металл работает на сдвиг, требуют усилия, примерно в 4 раза меньшего по сравнению с соединениями, в которых уплотняющий металл работает на сжатие. Однако в этом случае возможная деформация меньше и соединение может уплотняться меньшее число раз.На рис. 400 показано разъемное фланцевое соединение с металлической прокладкой, выдерживающее нагрев до 400° С при наличии алюминия и до 600° С при наличии медной прокладки. Фланцы таких соединений изготовляют из твердой закаленной стали (стали 45 или коррозионностойкой стали).

Металлические прокладки представляют собой кольца из листовой холоднокатаной меди M-1 или листового мягкого алюминия. Кольца зажимаются между фланцами: в одном из них имеется кольцевая канавка, а в другом — клинообразный выступ. При стягивании фланцев прокладка вдавливается внутрь канавки, что облегчает пластическую деформацию прокладки и обеспечивает герметичность. При диаметрах фланцев более 200 мм коробление от нагрева, неравномерной затяжки и по другим причинам не позволяет достичь необходимой герметичности и следует применять другие виды уплотнений.

Основные размеры прокладок (см. рис. 400) в мм приведены в табл. 94. Металлические прокладки применяют также и при очень низких температурах, при которых резина затвердевает и становится хрупкой.

 

Для уплотнения редко разбираемых соединений сверхвысокого вакуума, а также соединений, прогреваемых до 150° С, применяют индиевые уплотнения. Индиевые уплотнения различных конструкций показаны на рис. 401. Индиевыми прокладками можно уплотнять стекло, керамику, фарфор. Размеры элементов уплотнения приведены в табл. 95.

Уплотнение типа I применяют для металлических фланцевых соединений, расположенных в горизонтальной плоскости; типа II — для металлических фланцевых соединений в вертикальной или «потолочной» плоскости; типа III — для соединения фарфора и стекла в горизонтальной плоскости; типа IV — для фарфора и стекла в вертикальной плоскости. При сборке индиевую проволоку укладывают в канавку, и ее концы длиной 3 мм заделывают внахлест без пайки. Усилие, необходимое для герметизации, составляет 49—59 Н/см при ширине уплотнения 1 мм. После разборки соединения индий снимают, и из него вновь можно изготовить проволоку ручным прессом.


 

Если система не предназначена для работы при очень высоких температурах, то применяют свинцовые прокладки толщиной 1,5—2 мм. На рис. 402, а показано уплотнение с применением свинцовой проволочной прокладки; свинцовая прокладка, однако, не обеспечивает надежное уплотнение в такой степени, как это достигается с помощью резины. На рис. 402, б дана схема соединения с металлической прокладкой, в котором отсутствуют острия, которые могут деформироваться. Соединение работает при температурах 85—1100° К. Плоской уплотняющей шайбе из меди, никеля или фуродита, отожженной в водороде, предварительно придается вытяжкой коническая форма. Вследствие большого трения при уплотнении прокладки удаляются поверхностные загрязнения, а также не нарушается уплотнение при некотором ослаблении сжимающего усилия болтов.

Кроме фланцевых соединений для труб малого диаметра применяют соединение с накидной гайкой. На рис. 403 дана схема соединения со стеклом металла, работающего при низких температурах. В качестве прокладки используют металлическое кольцо. На рис. 404, а и б показаны шаровое и коническое соединения трубок малого диаметра (до 30—40 мм). При шаровом соединении специальной прокладки не требуется. Уплотнение достигается плотным прилеганием шаровой поверхности из красной меди к латунному конусу. Для большей надежности такого соединения поверхности шара и конуса можно предварительно облудить мягким оловянно-свинцовым припоем.

Стеклянные части вакуумных приборов могут быть соединены герметично при помощи металлического кольца, покрытого с обеих сторон соответствующим плавким стеклом. При нагревании металлического кольца стекло расплавляется и соединяется с предварительно разогретыми и прижатыми к нему стеклянными . частями. Этот процесс производится очень быстро и требует малого количества тепла

На рис. 405 показаны высоковакуумные прогреваемые соединения с проволочными уплотнителями для диаметров условного прохода от 250 до 1500 мм [2]. Соединения имеют утапливаемый выступ, удерживающий на месте натянутый на него уплотнитель.

 

 


 

В качестве утапливаемого выступа применяют разрезное кольцо, помещенное в канавку одного из фланцев. Высота кольца меньше глубины канавки, и оно не может помешать уплотнению. Кольцо расклинивается в разрезе и плотно прижимается к стенке канавки.

Соединения с диаметрами выше 800 мм имеют несколько упрощенный профиль фланца, в котором отсутствует посадочное место. Для натягивания уплотнителя кольцо должно выступать над уплотняемой поверхностью на 5— 8 мм и удерживаться в этом положении на специальных винтах. Материал уплотнителя — проволока диаметром 2 мм из алюминия (до 200 0C), меди (до 450 0C) или никеля (до 600° С).

Если необходимо изготовить фланцы весьма больших размеров, то целесообразно сделать их секционными. Секционные фланцы собирают и сваривают из окончательно обработанных прямых и радиальных секций, изготовляемых на строгальных и токарных станках (рис. 406). Соединения с секционными фланцами прямоугольной формы с полезными проходами 660x660 и 3000x1500 мм2 успешно испытаны на медных и никелевых прокладках. Прогревы повторялись до 80 раз подряд без потери герметичности.



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 191 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru