CN206175653U - 一种矩形密封装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种真空环境中的矩形密封装置，该装置包括矩形上法兰(1)、矩形下法兰(2)、矩形密封盒体(3)、矩形整体轮廓的密封结构(4)、压紧螺钉(5)、待密封系统安装螺钉(6)、矩形截面待密封系统(7)，其中，矩形截面待密封系统(7)容纳于矩形密封盒体(3)，并采用待密封系统安装螺钉(6)固定，矩形上法兰(1)和矩形下法兰(2)经由矩形整体轮廓的密封结构(4)相配合、由压紧螺钉(5)压紧，实现密封。本实用新型通过设计矩形密封结构，解决密封装置内部空间利用率低，密封装置外部体积大、重量大、不便于移动及安置等问题，密封效果好，氦气漏率优于5×10‐11Pam3/s。
Description
技术领域
本实用新型涉及本实用新型涉及真空环境中的密封技术，尤其适用于需要提供矩形密封结构的矩形密封装置。
背景技术
真空环境加工、制造或者在太空环境中运行的航天载荷中存在各种需要在真空环境中正常运行的系统，例如运动机构控制器，信息采集、处理、传输器等。一方面，这些系统可能在极端的真空环境下由于失效、放电等问题无法正常运行，另一方面，系统在真空环境中运行过程中放气产生的物质不利于真空环境清洁，或由质量损失均加速系统老化，因此需要为这些系统进行有效密封，将其与真空系统隔离，以下均将该类系统统称为待密封系统。例如半导体加工过程的真空环境中，控制器所包含的各种电子学系统和电子元器件在10-2Pa～102Pa的低真空范围内工作存在放电安全隐患；同时，暴露在真空环境中的电子学系统和电子元器件放气产生的气体及颗粒物质会污染加工环境，影响半导体加工正常运行。因此，为保证这些待密封系统在真空环境中的正常运行，需要设计适当的真空密封结构，将待密封系统与真空工作环境有效隔离。
真空下的待密封系统例如电子学系统多数为矩形结构，现有技术中采用传统的圆柱形密封装置，如图1(a)所示，当待密封系统为矩形截面时，例如前面提到的电子学系统，其配合结构俯视图如图1(b)所示，由图中可以看出矩形截面的待密封系统22安装在圆形截面的密封装置111中时，密封装置111内的空间利用率较低，并且待密封系统22的形状受限于密封装置截面直径。例如对截面150mm*120mm的矩形系统采用圆形截面容器密封时，密封容器截面直径必须大于190.2mm，截面利用率小于62％。因此传统的圆柱形密封装置不适用于矩形截面的待密封系统22的密封。
为提高密封装置内部空间利用率，并且保证密封效果，现有技术采用图2所示方形盒体配合圆形法兰构成密封装置，密封结构仍为便于加工的圆形轮廓对称结构，以提供可靠的密封效果。该结构的问题在于方形盒体和圆形法兰配合时，法兰面的利用率更差，法兰面的密封槽内边缘直径至少大于方形盒体截面对角线，留出密封槽及螺栓安装空间后法兰面直径远大于方形盒体边长。例如对截面150mm*120mm的方形盒体，留出密封槽及螺栓安装孔余量后至少需要直径210mm的圆截面密封法兰，截面利用率52％。同时，密封法兰厚度大于方形盒体壁厚，法兰较重的密封装置头重脚轻稳定性较差，且重量较大，不便于安置；最后，为提高方形盒体内空间利用率，待密封系统外轮廓也受到方形盒体约束。
实用新型内容
基于上述现有技术的问题，本实用新型提出一种真空环境中的矩形密封装置，包括矩形上法兰1、矩形下法兰2、矩形密封盒体3、矩形整体轮廓的密封结构4、压紧螺钉5、待密封系统安装螺钉6、矩形截面待密封系统7，其中，矩形截面待密封系统7容纳于矩形密封盒体3，并采用待密封系统安装螺钉6固定，矩形上法兰1和矩形下法兰2经由矩形整体轮廓的密封结构4相配合、由压紧螺钉5压紧，实现密封。
优选地，矩形整体轮廓的密封结构4的拐角处，采用过渡圆弧结构。
优选地，过渡圆弧半径大于10mm。
优选地，矩形整体轮廓的密封结构4采用直角尖端对顶密封结构，通过两个90°的直角尖端8对顶压紧金属垫片9，达到密封效果，金属垫片9采用退火无氧铜、铝、银中的一种。
优选地，矩形整体轮廓的密封结构4采用斜边互压密封结构，通过两个90°直角的直角边10将金属丝11挤压变形，达到密封效果，金属丝11采用退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金中的一种。
优选地，矩形整体轮廓的密封结构4采用平面压紧密封结构，通过平面将密封圈12在密封槽13内挤压变形，达到密封效果，对于高真空密封，密封圈12选用退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金、液态金属中的一种，提供优于5×10‐11Pam3/s的密封性能，对于密封装置漏率要求较低的密封，密封圈12选用橡胶材料或者聚合物材料，便于安装及拆卸。
优选地，密封槽13的横截面形状是矩形槽、梯形槽、半圆槽、三角槽中的一种，密封圈12的截面形状是矩形、方形、工字型中的一种。
本实用新型所提出的一种应用于真空环境中矩形密封装置的矩形密封结构，主要用于解决以下技术问题：(1)解决真空环境中的待密封系统与真空环境之间的隔离问题，一方面确保待密封系统在真空环境中正常运行，另一方面防止待密封系统在真空环境中放气产生的气体及颗粒物质污染真空系统；(2)通过设计矩形密封结构，解决先前圆柱形密封装置、方盒体-圆法兰密封装置对矩形截面待密封系统进行密封时带来的密封装置内部空间利用率低，密封装置外部体积大、重量大、不便于移动及安置等问题。矩形盒体四边各为待密封系统留出2mm的安装余量后，密封盒体截面利用率大于90％；(3)通过合理的密封结构设计，克服矩形的密封结构密封中存在的应力分布不均容易导致泄漏，加工难度大成品率低等问题，所设计非金属密封装置整体对氮气无明显示漏，实验验证金属密封装置氦气漏率优于5×10-11Pam3/s。
采用本实用新型的矩形真空密封装置，解决了矩形密封结构的密封设计问题，提高密封装置内的有效利用空间，将先前圆柱形密封装置、方盒体-圆法兰密封装置对矩形截面待密封系统进行密封时50％～60％的截面利用率提高到90％，解决密封装置外部体积大、重量重、不便于移动及安置等问题。其次，本发明针对矩形密封结构密封中存在的直角拐角处应力分布不均容易导致泄漏，加工难度大成品率低等问题对密封面进行设计调整，提出过渡圆弧结构，解决了直角拐角处的泄露问题。最后，本发明提出三种经过改进后更适用于矩形密封结构的密封方案：直角尖端对顶密封结构，斜边互压密封结构，平面压紧密封结构，实验验证所述密封方案采用非金属材料完成密封时对氮气无明显示漏，采用金属材料完成密封时氦气漏率优于5×10-11Pam3/s。
附图说明
图1为：现有技术的一种密封装置示意图；
图2为：现有技术的另一种密封装置示意图；
图3为：本实用新型的矩形密封装置；
图4为：本实用新型的矩形密封装置的密封结构为直角尖端对顶密封结构的横截面示意图；
图5为：本实用新型所示矩形密封装置的密封结构为斜边互压密封结构的横截面示意图；
图6为：本实用新型所示矩形密封装置的密封结构为平面压紧密封结构的横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作以详细的描述：
本发明提出一种真空环境中的矩形密封装置，包含矩形截面的密封盒体、矩形截面的密封法兰，以及一系列系列矩形法兰上的矩形密封结构，用于矩形真空密封装置的密封，所设计非金属密封装置整体对氮气无明显示漏，实验验证金属密封装置氦气漏率优于5×10‐11Pam3/s。所述矩形密封结构分为金属密封及非金属密封两大类，金属密封采用金属材质的密封圈，例如退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金、液态金属等，非金属密封采用各种橡胶、聚合物等材料作为密封圈完成密封：金属密封结构主要包括矩形整体轮廓的直角尖端对顶密封结构、矩形整体轮廓的斜边互压密封结构、矩形整体轮廓的平面压紧密封结构；非金属密封结构主要为各种矩形整体轮廓的平面压紧密封结构。金属密封结构用于密封性能要求高，并且不引入有机物污染的清洁、高性能密封中；非金属密封结构用于快速、重复密封中。由于矩形密封结构的直角结构，应力分布不同于传统的圆形密封结构，因此本发明对密封结构的外轮廓、密封面、密封圈等均进行设计，使其在现有加工条件下仍然能达到良好的密封效果。
具体地，本实用新型提出一种真空环境中的矩形密封装置，包含矩形截面的密封盒体、矩形截面的密封法兰，以及一系列系列矩形法兰上的矩形密封结构，用于矩形真空密封装置的密封。如图3所示，图3(a)为本实用新型所述矩形密封装置的外观图，主要由矩形上法兰1、矩形下法兰2、矩形密封盒体3组成，图3(b)为本实用新型所述矩形密封装置内部的俯视图，图中包含矩形整体轮廓的密封结构4、压紧螺钉5、待密封系统安装螺钉6、矩形截面待密封系统7。图3(b)明显可以看到，矩形截面的密封盒体3对待密封系统7有着最优的内部空间利用率，相对现有技术的图1和图2，不仅提高了密封装置内部空间利用率、减小了外部体积，同时也降低了待密封系统的安装难度。在优选实施例中，本实用新型的密封装置适合于矩形截面的待密封系统7的密封，也适合其他形状界面待密封系统的密封。
针对矩形密封结构密封中存在的应力分布不均容易导致泄漏，加工难度大成品率低等问题，本实用新型对密封结构进行谨慎设计。首先，矩形密封结构的漏点容易在直角拐角处产生，因此如图3(b)所示，本实用新型采用过渡圆弧结构代替了矩形结构的直角拐角，一方面分散应力集中度，另一方面降低加工难度，提高密封可靠性。过渡圆弧半径视具体密封结构尺寸而定，建议大于10mm。其次，本实用新型对密封结构进行设计降低加工难度，并且通过实际加工及检漏实验选取密封可靠性更高、预紧力适当的直角尖端对顶密封结构、斜边互压密封结构、平面压紧密封结构实现装置密封，以上三种密封结构均为密封性能较好、清洁度较高的金属密封，其压紧能力较强，密封圈采用各种金属材料。下面将分别对三种实施实例结构进行描述。
如图4所示为直角尖端对顶密封结构，通过两个90°的直角尖端8对顶压紧金属垫片9达到密封的效果。在矩形密封结构中，本实用新型为提高尖端8密封的可靠性采用90°尖端代替密封标准中的70°尖端，实验表明该结构更适用于矩形密封结构中。金属垫片9可采用退火无氧铜、铝、银等金属材料。
如图5所示为斜边互压密封结构，通过两个90°直角的直角边10将金属丝11挤压变形，达到密封效果。由于直角边相对直角尖端稳定性更好，不容易变形，同时加工要求及加工难度相对较小，因此该结构也适用于矩形密封结构。金属丝11可采用退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金等金属材料。
如图6所示为平面压紧密封结构，通过平面将密封圈12在密封槽13内挤压变形，达到密封效果，图中以矩形槽为例，并不用于限制本实用新型，其他形状密封槽，例如梯形槽、半圆槽、三角槽等均可以应用于该密封结构中，密封圈12的截面形状也可根据实际情况进行选取，例如矩形、方形、工字型等。对于高真空密封，建议密封圈12选用金属材料，例如退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金、液态金属等，金属密封需要较大的预紧力，能提供优于5×10‐ 11Pam3/s的密封性能。若对密封装置漏率要求较低，则可选择各种非金属密封圈，例如各种橡胶材料、聚合物材料等，非金属材料密封需要较小的预紧力，并且可以重复使用，便于安装及拆卸。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种真空环境中的矩形密封装置，包括矩形上法兰(1)、矩形下法兰(2)、矩形密封盒体(3)、矩形整体轮廓的密封结构(4)、压紧螺钉(5)、待密封系统安装螺钉(6)、矩形截面待密封系统(7)，其中，矩形截面待密封系统(7)容纳于矩形密封盒体(3)，并采用待密封系统安装螺钉(6)固定，矩形上法兰(1)和矩形下法兰(2)经由矩形整体轮廓的密封结构(4)相配合、由压紧螺钉(5)压紧，实现密封。
2.如权利要求1所述的矩形密封装置，其特征在于，矩形整体轮廓的密封结构(4)的拐角处，采用过渡圆弧结构。
3.如权利要求2所述的矩形密封装置，其特征在于，过渡圆弧半径大于10mm。
4.如权利要求1所述的矩形密封装置，其特征在于，矩形整体轮廓的密封结构(4)采用直角尖端对顶密封结构，通过两个90°的直角尖端(8)对顶压紧金属垫片(9)，达到密封效果，金属垫片(9)采用退火无氧铜、铝、银中的一种。
5.如权利要求1所述的矩形密封装置，其特征在于，矩形整体轮廓的密封结构(4)采用斜边互压密封结构，通过两个90°直角的直角边(10)将金属丝(11)挤压变形，达到密封效果，金属丝(11)采用退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金中的一种。
6.如权利要求1所述的矩形密封装置，其特征在于，矩形整体轮廓的密封结构(4)采用平面压紧密封结构，通过平面将密封圈(12)在密封槽(13)内挤压变形，达到密封效果，对于高真空密封，密封圈(12)选用退火无氧铜、铝、银、锡、铟、金、液态金属中的一种，提供优于5×10‐11Pam3/s的密封性能，对于密封装置漏率要求较低的密封，密封圈(12)选用橡胶材料或者聚合物材料，便于安装及拆卸。
7.如权利要求6所述的矩形密封装置，其特征在于，密封槽(13)的横截面形状是矩形槽、梯形槽、半圆槽、三角槽中的一种，密封圈(12)的截面形状是矩形、方形、工字型中的一种。
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