專利名稱:一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及受控熱核聚變技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及應用于受控熱核聚變托卡馬克裝置中性束注入器用大功率射頻離子源放電室的背板、加速器連接法蘭與石英桶之間的一種真空密封裝置。
背景技術(shù)：
隨著聚變研究對中性束注入器注入束流要求的提高，自二十世紀60年代末各國相繼研制出多種大功率強流離子源雙-潘寧放電離子源、環(huán)式等離子體離子源、無磁場多燈絲離子源、多磁極會切場離子源和射頻離子源。前4種離子源不涉及到大的非金屬與金屬部件的真空密封問題，射頻離子源因其工作原理需要使用石英作為放電室材料，而由于其長壽命、高可靠性、易維護等優(yōu)點，已成功應用于德國馬克斯-普朗克等離子體物理研究所(IPP,Max-Planck-1nstitut fiir PlasmaphysikMtJASDEX-U (軸對稱偏濾器托卡馬克裝置)的一條中性束束線上。
大功率射頻離子源采用外置天線型，放電室材料選用石英，目的是減少氫原子在室壁上的復合系數(shù)(一般為金屬的1/1000)，提高質(zhì)子比。離子源的放電室由背板、石英桶、加速器連接法蘭組成。石英桶兩端分別與背板和加速器連接法蘭連接。在真空系統(tǒng)中，桶狀石英與金屬之間連接一般有兩種方式一種是玻璃-金屬封接，屬于不可拆連接；另外一種是可拆卸連接。根據(jù)射頻離子源的工作原理和方式，石英桶與法蘭需經(jīng)常拆卸，但工作時不需要作相對運動。因此，石英桶與金屬之間的連接需采用可拆卸連接的靜真空密封方式。
德國IPP的射頻離子源采用在兩加速器連接法蘭之間用螺桿連接，通過調(diào)節(jié)螺桿上的螺母壓緊石英桶端面與加速器連接法蘭面之間的O型密封圈進行真空密封。該結(jié)構(gòu)復雜，對石英桶尺寸精度要求很高，在安裝和搬運的過程中容易造成石英桶端面的損壞，導致放電室的真空密封遭到破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，降低石英桶的加工和安裝難度、減小石英桶損壞的概率，提供一種能夠降低對石英桶端面的精度要求，簡化離子源放電室的結(jié)構(gòu)的真空密封方式。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，結(jié)構(gòu)為在石英桶與密封圈骨架之間形成密封槽內(nèi)，從下到上依次設(shè)置O型密封圈、楔形環(huán)、O型密封圈；在O型密封圈上壓有壓環(huán)，壓環(huán)從密封槽頂部壓緊O型密封圈、楔形環(huán)和O型密封圈，并通過螺釘和墊圈與密封圈骨架安裝固定；密封圈骨架下端面與加速器連接法蘭連接；壓環(huán)的下端面、O型密封圈、楔形環(huán)與O型密封圈的上端面之間的接觸面形成楔形角。
所述壓環(huán)的下端面、O型密封圈、楔形環(huán)與O型密封圈的上端面之間的接觸面形成楔形角與水平呈15°。[0008]所述密封圈骨架下端面與加速器連接法蘭通過螺栓固定連接
所述壓環(huán)內(nèi)壁開凹槽，石英桶與壓環(huán)內(nèi)壁件凹槽內(nèi)設(shè)置O型密封圈。
所述密封圈骨架、楔形環(huán)和壓環(huán)采用了聚酰亞胺板材。
所述O型密封圈選用耐高溫的氟橡膠做為真空密封材料。
本實用新型的有益效果是，降低了石英桶的加工和安裝的難度，從而減少了制造加工的費用；簡化了離子源的放電室的結(jié)構(gòu)；提高了真空密封材料的耐高溫的能力。


圖1是本實用新型的離的剖面構(gòu)造圖。
圖2是應用本實用新型的離子源放電室整體剖面構(gòu)造圖。
圖1中1-石英桶，2-螺釘，3、10_墊圈，4-壓環(huán)，5、6、8、12-0型密封圈，7-楔形環(huán)，9-螺釘，11-密封圈骨架，13-加速器連接法蘭，14-法拉第屏，15-背板，16-真空密封裝置。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行進一步描述。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其結(jié)構(gòu)件圖1、圖2 (圖1和圖2中所有O型密封圈均為壓縮后的形態(tài)):在石英桶I與密封圈骨架11之間形成密封槽內(nèi)，從下到上依次設(shè)置O型密封圈8、楔形環(huán)7、O型密封圈6 ;在O型密封圈6上壓有壓環(huán)4，壓環(huán)4從密封槽頂部壓緊O型密封圈8、楔形環(huán)7和O型密封圈6，并通過螺釘2和墊圈3與密封圈骨架11安裝固定；密封圈骨架11下端面與加速器連接法蘭13通過螺栓固定連接；壓環(huán)4的下端面、O型密封圈6、楔形環(huán)7與O型密封圈8的上端面之間的接觸面形成15°的楔形角，使O型密封圈6、O型密封圈8受到一個沿石英桶I徑向的擠壓力；由此，O型密封圈6、0型密封圈8受到擠壓而貼緊石英桶I，能夠保證真空密封；同時，接觸面采用楔形角也增大O型密封圈6、O型密封圈8與石英桶I之間的摩擦力，保證加速器連接法蘭13與石英桶I之間不發(fā)生軸向位移；第一個填入的O型密封圈8主要起真空密封作用，第二個填入的O型密封圈6主要起增加石英桶的受力面積的作用。壓環(huán)4內(nèi)壁開凹槽，石英桶I與壓環(huán)4內(nèi)壁件凹槽內(nèi)設(shè)置O型密封圈5,用于避免壓環(huán)4與石英桶I之間碰撞造成損傷，起到緩沖的作用，同時也增加了石英桶的受力面積，增加了抗彎強度。
本實用新型中，除螺釘和墊圈外，其他均采用非金屬材料，盡可能地避免了在密封裝置處由射頻場形成渦流，導致在離子源工作時溫升過高。密封圈骨架11、楔形環(huán)7和壓環(huán)4采用了聚酰亞胺板材；該材料具有一定的機械強度，同時真空特性較好。O型密封圈5、6、
8、12選用耐高溫的氟橡膠做為真空密封材料。
加速器連接法蘭13上安裝了由鑰制成的法拉第屏14，法拉第屏伸入石英桶I內(nèi)，遮住密封圈部位，可以降低放電室內(nèi)的高能粒子轟擊到靠近O型密封圈的石英桶I壁上而導致的密封圈溫升；沉積在法拉第屏上的能量傳遞到加速器連接法蘭上，由法蘭內(nèi)的冷卻水將能量帶走，法拉第屏沿軸向正反方向切有1_左右的槽，減小潤流引起的局部發(fā)熱。
離子源放電室一般為沿石英桶I軸線方向水平安裝，由于石英的抗彎強度不高，因此放電室在水平安裝時，需要在背板的側(cè)面增加一個支撐，減小石英桶I所受彎曲應力。[0021]安裝方式如圖1所示，石英桶I置入密封圈骨架11中，依次放入O型密封圈8、楔形環(huán)7和O型密封圈6，將安裝好O型密封圈5的壓環(huán)4緩慢壓入石英桶(I與密封圈骨架11之間的密封槽中。螺釘2和墊圈3組件擰入密封圈骨架11中的螺紋孔內(nèi)，直至O型密封圈8、楔形環(huán)7和O型密封圈6被壓緊，在壓緊上述部件的過程中，調(diào)節(jié)石英桶I與密封圈骨架11之間沿軸向方向的間隙為約1_ ;最后將安裝好的石英桶I和密封圈骨架11等密封圈組件通過螺釘9和墊圈10連接到已安裝法拉第屏14的加速器連接法蘭13上，密封圈骨架11與加速器連接法蘭13之間采用O型密封圈12進行真空密封。
在圖2中，背板15通過真空密封裝置16與石英桶I的一端連接。加速器連接法蘭13通過真空密封裝置16與石英桶I連接。壓環(huán)4與加速器連接法蘭13之間采用O型密封圈平面真空密封、螺釘連接。由于該結(jié)構(gòu)中，沒有太大的力作用在石英桶端面上，因此減小了石英桶破損的概率。此外，由于石英桶兩端的法蘭沒有用螺栓連接，從而結(jié)構(gòu)更加簡單。
上面對本實用新型的實施例對作了詳細說明，上述實施方式僅為本實用新型的最優(yōu)實施例，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于在石英桶(I)與密封圈骨架(11)之間形成密封槽內(nèi)，從下到上依次設(shè)置O型密封圈(8)、楔形環(huán)(7)、O型密封圈(6);在O型密封圈(6)上壓有壓環(huán)(4)，壓環(huán)(4)從密封槽頂部壓緊O型密封圈(8)、楔形環(huán)(7)和O型密封圈(6)，并通過螺釘(2)和墊圈(3)與密封圈骨架(11)安裝固定；密封圈骨架(11)下端面與加速器連接法蘭(13)連接；壓環(huán)(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形環(huán)(7)與O型密封圈(8)的上端面之間的接觸面形成楔形角。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于壓環(huán)(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形環(huán)(7)與O型密封圈(8)的上端面之間的接觸面形成楔形角與水平呈15°。
3.如權(quán)利要求
1所述的一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于密封圈骨架(11)下端面與加速器連接法蘭(13)通過螺栓固定連接
4.如權(quán)利要求
1所述的一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于壓環(huán)(4)內(nèi)壁開凹槽，石英桶(I)與壓環(huán)(4)內(nèi)壁件凹槽內(nèi)設(shè)置O型密封圈(5)。
5.如權(quán)利要求
1所述的一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于密封圈骨架(11)、楔形環(huán)(7)和壓環(huán)(4)采用了聚酰亞胺板材。
6.如權(quán)利要求
4所述的一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，其特征在于O型密封圈(5)、(6)、(8 )、(12)選用耐高溫的氟橡膠做為真空密封材料。
專利摘要
本實用新型公開了一種石英桶與加速器連接法蘭的真空密封裝置，在石英桶(1)與密封圈骨架(11)之間形成密封槽內(nèi)，從下到上依次設(shè)置O型密封圈(8)、楔形環(huán)(7)、O型密封圈(6)；在O型密封圈(6)上壓有壓環(huán)(4)，壓環(huán)(4)從密封槽頂部壓緊O型密封圈(8)、楔形環(huán)(7)和O型密封圈(6)，并通過螺釘(2)和墊圈(3)與密封圈骨架(11)安裝固定；密封圈骨架(11)下端面與加速器連接法蘭(13)連接；壓環(huán)(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形環(huán)(7)與O型密封圈(8)的上端面之間的接觸面形成楔形角。本實用新型降低了石英桶加工安裝難度，簡化了離子源的放電室結(jié)構(gòu)，提高了真空密封材料的耐高溫的能力。
文檔編號G21B1/11GKCN202917185SQ201220479627
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月20日
發(fā)明者張賢明, 雷光玖, 趙寧, 卜英南, 李明 申請人:核工業(yè)西南物理研究院, 成都灝弘科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan