Уплотнение скользящих и вращающихся вводов

Уплотнение скользящих и вращающихся вводов. Одним из важнейших вопросов вакуумной техники является надежность уплотнений движущихся частей, вводимых в вакуумную систему. Во многих работах существует возможность производить необходимое перемещение внутри вакуумной камеры при помощи магнитов. Для этого постоянный магнит или электромагнит помещается снаружи, но по возможности ближе к ферромагнитной детали, которая должна перемещаться внутри камеры. Движение внутри камеры в этом случае осуществляется передвижением постоянного магнита или пропусканием тока через электромагнит. Ясно, что часть вакуумной установки, в том месте, где производится такое перемещение, должна изготавливаться из немагнитного материала. Этот метод особенно удобен тогда, когда заданное перемещение точно фиксировано внутри вакуумной системы. Неудобство способа заключается в том, что он не обеспечивает тонкую регулировку и необходимую гибкость в работе. Устройства такого вида широко используются в стеклянных вакуумных установках для вскрытия баллонов и управления затворами. Подобные устройства могут использоваться и в металлических системах, сделанных из немагнитного металла.

Во многих случаях бывает необходимо передавать движение через стенки вакуумной камеры при помощи специального уплотнения. Вероятно, первоначально для этого использовались обыкновенные пришлифованные краны со смазкой. Наиболее распространенным материалом для изготовления кранов является стекло. Однако, если при конструировании и в работе проявлять некоторую осторожность, можно использовать и такие «мягкие» металлы, как латунь и медь. В настоящее время для уплотнений такого вида часто используются как металлические гибкие гофрированные трубки (сильфоны) [8], так и уплотнения с резиновыми и металлическими прокладками, или, как их часто называют, вильсоновские уплотнения [9]. В большинстве случаев это уплотнение оказывается очень надежным и несложным в обращении. Уплотнения с сильфонами также вполне надежны, однако трудность замены несколько затрудняет их эксплоатацию.

На фиг. 77 показан в сборке общий вид обычного вильсоновского уплотнения. Отверстие под уплотнение можно разделать в стенке вакуумной установки, но в большинстве случаев оно изготовляется как отдельный узел. Две разделительные шайбы, как показано на фиг. 77, удерживают при небольшом нажиме зажимной гайки две достаточно твердые резиновые прокладки. Основание разделанного под уплотнение отверстия и нижняя разделительная шайба делаются так, чтобы прокладка не прожималась внутрь вакуумной установки. Прокладки плотно укладываются в ненарезанной части разделанного отверстия, причем отверстие в прокладке составляет примерно две трети диаметра вала (фиг. 77). Уплотнение обеспечивает внутренняя прокладка,, надлежащим образом смазанная.

Поскольку на внутреннюю прокладку через отверстие для откачки давит атмосфера, прокладка плотно прилегает к валу; таким образом уплотнение поддерживается независимо от остаточной деформации, которую может приобрести резина. Эти уплотнения, соответствующим образом смазанные, могут передавать-как вращательное, так и поступательное движение, а также их комбинацию.

Надежная работа вильсоновского уплотнения зависит от правильной сборки и следующих конструктивных условий:

• 1. Вал должен иметь гладкую (полированную) поверхность.

• 2. Прокладки должны быть строго подогнаны к разделанному под уплотнение отверстию.

• 3. Прокладки должны иметь ровные края. Ровные срезы достигаются при помощи острых циркульных ножей, смачиваемых мыльным раствором.

• 4. Вал должен быть хорошо, но не слишком обильно, смазан высококачественной вакуумной смазкой.

• 5. Зажимная гайка должна быть затянута лишь настолько, чтобы обеспечить уплотнение; если зажимная гайка затягивается слишком плотно, она будет выжимать резину и тем самым благоприятствовать появлению течи.

Такое уплотнение может быть проверено на течь при покрытии отверстия для откачки мыльной пленкой. В случае течи отверстие для откачки приключается к вакуумной коммуникации и, если верхняя прокладка уплотняет, течь будет устранена. Такой метод устранения течи требует, чтобы отверстие для откачки и канавка в первой шайбе не были забиты смазкой или мылом. При правильной сборке и должном обращении засорения не происходит. Некоторые операторы производили сборку вильсоновского уплотнения, заполняя его вакуумной смазкой. Это обеспечивает хорошее уплотнение, но не позволяет, в случае необходимости, устранить течь. Как крайняя мера течь в впльсоновском уплотнении может быть устранена впуском в него вакуумной смазки через отверстие для откачки. Смазка сравнительно быстро достигает места течи в прокладке, и течь прекращается. К сожалению, в результате этой операции происходит быстрое заклинивание вала, и уплотнение приходится перебирать, прежде чем восстанавливается хорошая работа установки. Большинство уплотнений работает в течение многих месяцев без особого ухода за ними. Уплотнение, передающее поступательное движение, требует регулярной и частой смазки штока.

В ряде случаев на каждом отверстии для откачки вильсоновского уплотнения устанавливались небольшие масленки. Эти масленки наполнялись высоковакуумным маслом, причем предполагалось, что пока в масленке остается масло, уплотнение должно быть герметичным. Однако в дальнейшем пришлось удалить эти масленки, так как большинство вильсоновских уплотнений засоряется смазкой. Загрязнение отверстия для откачки лишает возможности определить место течи, что в условиях эксплоатации оказывается чрезвычайно неудобным.

Позднейшая видоизмененная конструкция уплотнения получила название «шевронного уплотнения». Отверстие под него разделывается так же, как и под вильсоновское уплотнение, а заполняется оно несколькими прокладками, сложенными одна с другой, без промежуточных шайб. Прокладки обильно смазываются и обеспечпвают весьма надежное уплотнение. В случае, если необходима проверка уплотнения на течь, делается приспособление, аналогичное имеющемуся в вильсоновском уплотнении. Практика показала, что эти уплотнения очень хороши и надежны для медленного вращательного и поступательного движения валов больших диаметров.

Неисправность в работе таких уплотнений наступает при недостаточной смазке вала или при чрезмерном повышении температуры. Повышение температуры сказывается двояко. Смазка становится жидкой, и ее уплотняющая способность уменьшается. С другой стороны, остаточная деформация резины может привести к тому, что отверстие в прокладке станет слишком велико по сравнению с диаметром вала. Использование силиконовых смазок в значительной степени устраняет первую из упомянутых трудностей, а подбор резины с соответствующими свойствами устраняет также и вторую трудность. Неопрен менее пригоден для работы при высокой температуре, чем бутпловая резина. Твердость по склероскопу Шора для этпх прокладок желательна порядка 50—60 единиц.

Дельзассо и Креутц [10] описали простой быстродействующий вакуумный шлюз для введения образцов в p-спектрограф. Образец помещается в углубление на стержне, который может двигаться через две неопреновые прокладки. Пространство между прокладками откачивается. Такой тип уплотнения пригоден для специальных целей, но в общих случаях не всегда удобен. Кови [11] описал уплотнение, которое позволяет перемещать вдоль оси и вращать трубку. Это уплотнение было разработано для случаев, в которых требования к размерам не позволяют использовать вильсоновское уплотнение. Уплотнение осуществляется на специально сделанном во фланце отверстии. Диаметр отверстия немного больше диаметра трубки. Отверстия во фланце и в закрывающей заглушке на соприкасающихся поверхностях имеют зенковку под 45°. В образующейся полости находится неопреновая прокладка, через которую проходит трубка. При сжатии поверхностей прокладка надежно уплотняет трубку п позволяет производить вращение. В литературе описаны и другие виды уплотнений, использующие резиновые прокладки. Однако в большинстве случаев все эти уплотнения не дают каких-либо преимуществ по сравнению с вильсоновским.

Использование металлических сильфонов для привода механизмов внутри вакуумной камеры является довольно старым способом. На фиг. 78 показано такое устройство, позволяющее перемещать шток в стенке вакуумной аппаратуры. Обычно сильфон может растягиваться или сжиматься примерно на 35% своей первоначальной длины, но в каждом случае необходимо выяснить его технические данные. Во всех случаях необходимо препятствовать скручиванию сильфона. Вращательное движение может быть передано валу при помощи устройства, показанного на фиг. 79. Экспериментально использовались различные видоизменения этой конструкции. Рубене и Гендерсон [12] описали сферическое притертое соединение для передачи движения в вакуумную систему. Этот способ широко используется при изготовлении временных соединений.

Уплотнение трубок с охлаждающими жидкостями. Часто в вакуумную систему вводятся электрически изолированные части трубок охлаждения. Для этого исполь-12 А. Гутри и Р. Уокерлппг зуются герметичные переходники, которые j служат изоляторами и в то же время выдерживают требуемые изменения температуры.

Задача значительно упрощается в случае, если температура при работе постоянна, но это бывает редко. Изучались различные возможности, как-то: 1) уплотнения обычной конструкции, использующие бакелит или микарту, 2) фибровые уплотнения, 3) спаи таких металлов, как ковар или медь со стеклом. Все эти способы

нельзя считать полностью удовлетворительными. Из-за остаточной деформации прокладки, невидимому, неизбежно появляется течь. Правильно установленные уплотнения с коваровым внаем, пожалуй, являются наилучшим решением задачи.

Там, где не требуется электрической изоляции, спаянные соединения значительно превосходят по качеству разъемные соединения. Однако при изготовлении таких спаянных соединении следует проявлять большую осторожность. Совершенно не допускается при пайке наличие раковин, заполненных флюсом. Перед испытанием необходимо тщательно очистить внешнюю часть окончательно спаянных соединений и промывать трубопровод в течение длительного времени горячей водой, чтобы предотвратить появление в дальнейшем заплавленных флюсом течей при растворении его остатков.