专利名称:一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及受控热核聚变技术领域：
，具体涉及应用于受控热核聚变托卡马克装置中性束注入器用大功率射频离子源放电室的背板、加速器连接法兰与石英桶之间的一种真空密封装置。
背景技术：
随着聚变研究对中性束注入器注入束流要求的提高，自二十世纪60年代末各国相继研制出多种大功率强流离子源双-潘宁放电离子源、环式等离子体离子源、无磁场多灯丝离子源、多磁极会切场离子源和射频离子源。前4种离子源不涉及到大的非金属与金属部件的真空密封问题，射频离子源因其工作原理需要使用石英作为放电室材料，而由于其长寿命、高可靠性、易维护等优点，已成功应用于德国马克斯-普朗克等离子体物理研究所(IPP,Max-Planck-1nstitut fiir PlasmaphysikMtJASDEX-U (轴对称偏滤器托卡马克装置)的一条中性束束线上。
大功率射频离子源采用外置天线型，放电室材料选用石英，目的是减少氢原子在室壁上的复合系数(一般为金属的1/1000)，提高质子比。离子源的放电室由背板、石英桶、加速器连接法兰组成。石英桶两端分别与背板和加速器连接法兰连接。在真空系统中，桶状石英与金属之间连接一般有两种方式一种是玻璃-金属封接，属于不可拆连接；另外一种是可拆卸连接。根据射频离子源的工作原理和方式，石英桶与法兰需经常拆卸，但工作时不需要作相对运动。因此，石英桶与金属之间的连接需采用可拆卸连接的静真空密封方式。
德国IPP的射频离子源采用在两加速器连接法兰之间用螺杆连接，通过调节螺杆上的螺母压紧石英桶端面与加速器连接法兰面之间的O型密封圈进行真空密封。该结构复杂，对石英桶尺寸精度要求很高，在安装和搬运的过程中容易造成石英桶端面的损坏，导致放电室的真空密封遭到破坏。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，降低石英桶的加工和安装难度、减小石英桶损坏的概率，提供一种能够降低对石英桶端面的精度要求，简化离子源放电室的结构的真空密封方式。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，结构为在石英桶与密封圈骨架之间形成密封槽内，从下到上依次设置O型密封圈、楔形环、O型密封圈；在O型密封圈上压有压环，压环从密封槽顶部压紧O型密封圈、楔形环和O型密封圈，并通过螺钉和垫圈与密封圈骨架安装固定；密封圈骨架下端面与加速器连接法兰连接；压环的下端面、O型密封圈、楔形环与O型密封圈的上端面之间的接触面形成楔形角。
所述压环的下端面、O型密封圈、楔形环与O型密封圈的上端面之间的接触面形成楔形角与水平呈15°。[0008]所述密封圈骨架下端面与加速器连接法兰通过螺栓固定连接
所述压环内壁开凹槽，石英桶与压环内壁件凹槽内设置O型密封圈。
所述密封圈骨架、楔形环和压环采用了聚酰亚胺板材。
所述O型密封圈选用耐高温的氟橡胶做为真空密封材料。
本实用新型的有益效果是，降低了石英桶的加工和安装的难度，从而减少了制造加工的费用；简化了离子源的放电室的结构；提高了真空密封材料的耐高温的能力。
图1是本实用新型的离的剖面构造图。
图2是应用本实用新型的离子源放电室整体剖面构造图。
图1中1-石英桶，2-螺钉，3、10_垫圈，4-压环，5、6、8、12-0型密封圈，7-楔形环，9-螺钉，11-密封圈骨架，13-加速器连接法兰，14-法拉第屏，15-背板，16-真空密封装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其结构件图1、图2 (图1和图2中所有O型密封圈均为压缩后的形态):在石英桶I与密封圈骨架11之间形成密封槽内，从下到上依次设置O型密封圈8、楔形环7、O型密封圈6 ;在O型密封圈6上压有压环4，压环4从密封槽顶部压紧O型密封圈8、楔形环7和O型密封圈6，并通过螺钉2和垫圈3与密封圈骨架11安装固定；密封圈骨架11下端面与加速器连接法兰13通过螺栓固定连接；压环4的下端面、O型密封圈6、楔形环7与O型密封圈8的上端面之间的接触面形成15°的楔形角，使O型密封圈6、O型密封圈8受到一个沿石英桶I径向的挤压力；由此，O型密封圈6、0型密封圈8受到挤压而贴紧石英桶I，能够保证真空密封；同时，接触面采用楔形角也增大O型密封圈6、O型密封圈8与石英桶I之间的摩擦力，保证加速器连接法兰13与石英桶I之间不发生轴向位移；第一个填入的O型密封圈8主要起真空密封作用，第二个填入的O型密封圈6主要起增加石英桶的受力面积的作用。压环4内壁开凹槽，石英桶I与压环4内壁件凹槽内设置O型密封圈5,用于避免压环4与石英桶I之间碰撞造成损伤，起到缓冲的作用，同时也增加了石英桶的受力面积，增加了抗弯强度。
本实用新型中，除螺钉和垫圈外，其他均采用非金属材料，尽可能地避免了在密封装置处由射频场形成涡流，导致在离子源工作时温升过高。密封圈骨架11、楔形环7和压环4采用了聚酰亚胺板材；该材料具有一定的机械强度，同时真空特性较好。O型密封圈5、6、
8、12选用耐高温的氟橡胶做为真空密封材料。
加速器连接法兰13上安装了由钥制成的法拉第屏14，法拉第屏伸入石英桶I内，遮住密封圈部位，可以降低放电室内的高能粒子轰击到靠近O型密封圈的石英桶I壁上而导致的密封圈温升；沉积在法拉第屏上的能量传递到加速器连接法兰上，由法兰内的冷却水将能量带走，法拉第屏沿轴向正反方向切有1_左右的槽，减小润流引起的局部发热。
离子源放电室一般为沿石英桶I轴线方向水平安装，由于石英的抗弯强度不高，因此放电室在水平安装时，需要在背板的侧面增加一个支撑，减小石英桶I所受弯曲应力。[0021]安装方式如图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、楔形环7和O型密封圈6，将安装好O型密封圈5的压环4缓慢压入石英桶(I与密封圈骨架11之间的密封槽中。螺钉2和垫圈3组件拧入密封圈骨架11中的螺纹孔内，直至O型密封圈8、楔形环7和O型密封圈6被压紧，在压紧上述部件的过程中，调节石英桶I与密封圈骨架11之间沿轴向方向的间隙为约1_ ;最后将安装好的石英桶I和密封圈骨架11等密封圈组件通过螺钉9和垫圈10连接到已安装法拉第屏14的加速器连接法兰13上，密封圈骨架11与加速器连接法兰13之间采用O型密封圈12进行真空密封。
在图2中，背板15通过真空密封装置16与石英桶I的一端连接。加速器连接法兰13通过真空密封装置16与石英桶I连接。压环4与加速器连接法兰13之间采用O型密封圈平面真空密封、螺钉连接。由于该结构中，没有太大的力作用在石英桶端面上，因此减小了石英桶破损的概率。此外，由于石英桶两端的法兰没有用螺栓连接，从而结构更加简单。
上面对本实用新型的实施例对作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
权利要求
1.一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于在石英桶(I)与密封圈骨架(11)之间形成密封槽内，从下到上依次设置O型密封圈(8)、楔形环(7)、O型密封圈(6);在O型密封圈(6)上压有压环(4)，压环(4)从密封槽顶部压紧O型密封圈(8)、楔形环(7)和O型密封圈(6)，并通过螺钉(2)和垫圈(3)与密封圈骨架(11)安装固定；密封圈骨架(11)下端面与加速器连接法兰(13)连接；压环(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形环(7)与O型密封圈(8)的上端面之间的接触面形成楔形角。
2.如权利要求
1所述的一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于压环(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形环(7)与O型密封圈(8)的上端面之间的接触面形成楔形角与水平呈15°。
3.如权利要求
1所述的一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于密封圈骨架(11)下端面与加速器连接法兰(13)通过螺栓固定连接
4.如权利要求
1所述的一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于压环(4)内壁开凹槽，石英桶(I)与压环(4)内壁件凹槽内设置O型密封圈(5)。
5.如权利要求
1所述的一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于密封圈骨架(11)、楔形环(7)和压环(4)采用了聚酰亚胺板材。
6.如权利要求
4所述的一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，其特征在于O型密封圈(5)、(6)、(8 )、(12)选用耐高温的氟橡胶做为真空密封材料。
专利摘要
本实用新型公开了一种石英桶与加速器连接法兰的真空密封装置，在石英桶(1)与密封圈骨架(11)之间形成密封槽内，从下到上依次设置O型密封圈(8)、楔形环(7)、O型密封圈(6)；在O型密封圈(6)上压有压环(4)，压环(4)从密封槽顶部压紧O型密封圈(8)、楔形环(7)和O型密封圈(6)，并通过螺钉(2)和垫圈(3)与密封圈骨架(11)安装固定；密封圈骨架(11)下端面与加速器连接法兰(13)连接；压环(4)的下端面、O型密封圈(6)、楔形环(7)与O型密封圈(8)的上端面之间的接触面形成楔形角。本实用新型降低了石英桶加工安装难度，简化了离子源的放电室结构，提高了真空密封材料的耐高温的能力。
文档编号G21B1/11GKCN202917185SQ201220479627
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月20日
发明者张贤明, 雷光玖, 赵宁, 卜英南, 李明 申请人:核工业西南物理研究院, 成都灏弘科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan