Криогенное уплотнение - Cryogenic seal - Wikipedia

Криогенные уплотнения обеспечить механический механизм удержания материалов, хранящихся при криогенных температурах, таких как криогенный жидкости. Различные техники, в том числе пайка и сварка доступны для создания печатей; однако для герметичного улавливания криогенных компонентов в условиях герметичности необходимы специальные материалы и процессы. Чаще всего используются жидкий гелий и жидкий азот, которые кипят при очень низких температурах, ниже −153 ° C (120 K), а также углеводороды с низкими температурами замерзания и холодильными смесями.[1][2] Чистый индий проволочные или припойные шайбы преформ считаются наиболее надежными низкотемпературными герметизирующими материалами. При правильном образовании скорость утечки индия составляет менее 4,0х10 -9 мбар-л / сек.[3] Альтернативные криогенные уплотнительные материалы включают: силиконовая смазка конические уплотнения и проволочные уплотнения Pb / Sn (свинцово-оловянный).[4]

История

Фундаментальная криогенная обработка началась в 1940-х годах, хотя и примитивно. Стальные режущие инструменты были погружены в жидкий азот для увеличения срока их службы.

Механические процессы с использованием криогеники были хорошо задокументированы в 1950-х годах, а к 1980-м годам криогенные жидкости стали рассматривать для хранения и использования в современных устройствах.

Сегодня криогенные уплотнения необходимы в высокотехнологичных коммерческих, медицинских и военных приложениях для герметизации криогенных жидкостей, критически важных для разрешения и функционирования устройства.[5]

Приложения

Области применения криогенных уплотнений включают:[6]

Индиевые печати

Преимущества

Преимущества индиевых криогенных уплотнений:

  • Установленные / проверенные методы проектирования сборки индийского уплотнения[7][8]
  • Возможность разборки и повторной сборки[3]
  • Индий можно преобразовать в полезные уплотнения после использования[8]
  • Мягкий и пластичный при комнатной температуре из-за низкой температуры плавления индия, поэтому он заполняет недостатки. Это создает непроницаемую связь между сопрягаемыми поверхностями, создавая герметичная печать который остается податливый при криогенных температурах[1]
  • Сохраняется целостность уплотнения тепловой удар от комнатной температуры до погружения в криогенную ванну[9]
  • Качество уплотнения не зависит, например, от состава сопрягаемой поверхности. керамика, германий, металл, или же стекло.[10]
  • Индий образует самопассивирующийся окись слой толщиной 80-100Ǻ. Этот слой легко удалить кислотным травлением, а нижележащий, обнаженный индий металл можно сжать, образуя плотную герметичную связь.[11]

Недостатки

  • Для сжатия индия между фланцами требуется громоздкая механическая конструкция.[9]
  • Пульсирующие нагрузки вызывают ползучесть индиевых уплотнений, что ослабляет натяжение болта, тем самым снижая качество уплотнения.[3]

Информация о процессе изготовления индиевых уплотнений

  • Сопрягаемые поверхности должны быть как можно более чистыми и могут быть очищены с помощью ацетон.[9]
  • Чистый индий без оксидов приваривается сам к себе. Сопрягаемые концы проволочного уплотнения будут свариваться под сжатие.[12]
  • Более надежной альтернативой пломбе из индиевой проволоки является пломба с индиевой шайбой. Шайбы сводят к минимуму риск разрушения уплотнения и криогенных утечек, устраняя границу раздела между соединенными стыковыми концами проволоки. Шайбы изготавливаются в виде сплошного кольца без разрывов.[9]
  • Как можно больше креплений следует использовать для зажим индиевая печать.[9]
  • Используемый индий должен быть ультрачистым (минимальная чистота 99,9), чтобы предотвратить затвердевание материала при отрицательных температурах, а также ограничить примеси элементов с низким давлением пара.[13]
  • Материал, используемый для индиевых криогенных уплотнений, должен быть изготовлен из литого под вакуумом материала для предотвращения дегазация после закрепления в сборке.

Тестирование надежности

  • Испытания на утечку гелия[3]
  • Испытания на криогенный температурный удар[9]

Типы

  • Компактное индиевое уплотнение
  • Сжимаемое герметичное уплотнение
  • Компрессионное уплотнение
  • Криогенное вакуумное уплотнение
  • Съемное криогенное уплотнение
  • Индиевое криогенное вакуумное уплотнение
  • Индиевые кольцевые фланцевые уплотнения
  • Индиевая печать
  • Кольцо из индийской проволоки
  • Индиевая проволочная пломба
  • Низкопрофильное индийское уплотнение
  • Низкотемпературное уплотнение
  • Многоразовое криогенное вакуумное уплотнение
  • Многоразовое уплотнение из индиевой проволоки
  • Многоразовое низкопрофильное криогенное проволочное уплотнение
  • Мягкое металлическое уплотнение
  • Вакуумное уплотнение
  • Вакуумное уплотнение при криогенных температурах
  • Уплотнение углового стыка
  • Уплотнение торцевого стыка

Производители

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б Индиевая проволока и криогенное уплотнение
  2. ^ Европейская организация ядерных исследований - Введение в криогенику
  3. ^ а б c d Проектирование, разработка и испытания вакуумных уплотнений при криогенных температурах В архиве 2011-09-27 на Wayback Machine
  4. ^ Стюарт, доктор медицины; Koutroulakis, G; Калечофский, Н; Митрович, В.Ф. (2010). "Многоразовое низкопрофильное криогенное проволочное уплотнение". Криогеника (Guildf). 50 (1): 50–51. Дои:10.1016 / j.cryogenics.2009.09.009. ЧВК  2805154. PMID  20161550.
  5. ^ Немного криогенной истории В архиве 2011-11-25 на Wayback Machine
  6. ^ Применение хранимых сжиженных криогенных газов В архиве 2011-11-02 в Wayback Machine
  7. ^ Вакуумный сервис для ЯМР Gemini 200 В архиве 2011-09-28 на Wayback Machine
  8. ^ а б Индиевые и вакуумные уплотнения
  9. ^ а б c d е ж Компактное индиевое уплотнение для криогенных оптических окон
  10. ^ Варианты съемных криогенных уплотнений
  11. ^ Индий для герметизации
  12. ^ Индиевая холодная сварка
  13. ^ Нойхаузер, Роберт G (1979). «Напорные вакуумные уплотнения из мягкого металла для стекла и керамики». Вакуум. 29 (6–7): 231–235. Bibcode:1979Vacuu..29..231N. Дои:10.1016 / S0042-207X (79) 80644-2.