СИСТЕМА СОЕДИНЕНИЙ ФЛАНЦЕВ CF (CR)
Система соединений фланцев типа СF (CR) (от англ. conflat или conflate rotatable) — это удобная универсальная система стандартных соединительных элементов для трубопроводов и компонентов вакуумных систем высокого и сверхвысокого вакуума, а также для установок, работающих в условиях повышенных и низких температур.
Номенклатура, конструкция и размеры фланцев CF (CR) установлены стандартом ISO 3669-2020-2 (Вакуумная техника. Размеры фланцев с ножевой кромкой). Фланцы различных производителей, выпущенные по этому стандарту, взаимозаменяемы и взаимно сопрягаемы.
В России действует ГОСТ 26526-85 (на основе стандарта ISO 3669-2020). Он включает также фланцы типа COF с номинальными диаметрами 400 и 630 мм. Стандарты США устанавливают размеры фланцев в дюймах, и не по номинальному, а по внешнему диаметру. В остальном фланцы идентичны. За исключением резьбы в отверстиях резьбовых фланцев — в США это может быть дюймовая резьба, и скрепить фланцы метрическими болтами не получится.
Стандартный ряд фланцев СF (CR) включает фланцы с диаметром проходного отверстия от 10 до 400 мм. На практике используются фланцы типа CF/CR и с большими значениями номинального диаметра.
Соединения СF (CR) широко применяются в различных видах вакуумного оборудования. Благодаря большим допустимым диаметрам проходного отверстия и надежному креплению, фланцы СF применяются в высоковакуумных затворах, в качестве входных фланцев высоковакуумных и сверхвысоковакуумных насосов: турбомолекулярных, диффузионных, криогенных, магниторазрядных, а также в клапанах, датчиках и элементах трубопроводов высокого и сверхвысокого вакуума и криовакуумной техники (рис. 1).
а)
б)
Рисунок 1. а) Компоненты вакуумных систем с фланцами CF.
б) Cверхвысоковакуумная научно-исследовательская установка с фланцами CF.
Соединение CF состоит из двух фланцев, соединяемых болтами или шпильками с гайкой (рис. 2). Один фланец имеет гладкие отверстия, в другом фланце отверстия могут быть гладкие или резьбовые. Число болтов (шпилек) и их размеры зависят от размера фланца. Патрубок компонента вакуумной системы приваривается с обратной стороны фланца. На уплотняемой поверхности фланца имеется кольцевой выступ треугольного сечения с острой кромкой (ножевой выступ).
Рисунок 2. Соединение CF
Между фланцами устанавливается уплотняющая прокладка (кольцо) из меди или вакуумной резины. При стягивании фланцев между собой острый ножевой выступ врезается в материал кольца, кольцо деформируется и плотно облегает выступ. За счет этого достигается вакуумное уплотнение соединения. Уплотняющие кольца соединений CF повторно не используются!
Внешняя часть фланца имеет 1 или 2 поперечные канавки. Эти канавки используются для проверки герметичности соединения с помощью гелиевого течеискателя. По ним индикаторный газ (гелий) поступает непосредственно к уплотнению.
Фланцы CF могут быть неподвижными (жестко соединенными с патрубком) и поворотными (рис. 3). Поворотный фланец (CR) состоит из двух частей: накидного фланца с отверстиями под болты и внутренней вставки с уплотняемой поверхностью. Патрубок компонента вакуумной системы приваривается к вставке. Вставка плотно входит в выборку фланца, который и прижимает ее через уплотнение к ответному фланцу.
Рисунок 3. Варианты соединения фланцев типа CF (CR)
Соединения CF c медным уплотняющим кольцом обладают высокой надежностью и герметичностью, отличаются низкой величиной течи, поэтому применяются в высоковакуумных и сверхвысоковакуумных системах (давление 10-10 Па и ниже). Соединения CF c медным уплотнением выдерживают прогрев до 450 оС и охлаждение до экстремально низких температур (-200 оС и ниже). Это основной вид соединений в холодной зоне криовакуумных установок, в оборудовании, работающем при повышенной температуре, а также в системах, требующих тщательного обезгаживания прогревом.
Медные кольца изготавливают из чистой бескислородной меди (марки М00Б, М0Б, М1Б) и отжигают в вакууме. При отжиге медь становится мягче, что улучшает уплотнение соединения. Отсутствие посторонних примесей в меди также важно для снижения ее твердости. А необходимость в отсутствии кислорода связана с тем, что при откачке водорода растворенный в меди кислород вступает с ним в реакцию, образую воду, вследствие чего в кольцах могут возникать микротрещины, нарушающие герметичность соединения.
При нагреве на воздухе медь легко окисляется, поэтому на медные кольца, используемые при повышенных температурах, наносят защитный слой более стойкого к окислению металла: серебра или золота.
Соединения CF, CR чувствительны к порядку затягивания крепежных болтов (гаек). При нарушении этого порядка вероятен перекос фланцев и, как следствие, образование течи в соединении. Порядок затягивания болтов показан на рисунке 4. Рекомендуемые моменты затяжки обыкновенно указываются в каталогах производителей вакуумных изделий.
Рисунок 4. Порядок затягивания болтов (шпилек) для фланцев CF.
Соединения CF (CR) применяются во всех отраслях промышленности и научных исследований, где используются сверхвысоковакуумные системы, криовакуумное или термовакуумное оборудование. Учитывая надежность соединений СF (CR), их целесообразно применять также в узлах и компонентах вакуумных систем низкого, среднего и высокого вакуума, не предполагающих частой разборки и сборки. В таких соединениях могут использоваться полимерные уплотнения.
Для устройства сверхвысоковакуумных соединений с большими диаметрами проходного отверстия используются фланцы типа COF (номинальный диаметр от 400 мм до 800 мм). Соединения COF (рис. 5) состоят из двух фланцев различной конструкции ("M" - male и "F" - female), уплотнение обеспечивается кольцом из отожженной меди круглого сечения. Медное уплотнение – одноразовое. Фланцы соединятся на болтах. Соединение рассчитано на давление до ~10-10 Па. Максимальная температура прогрева – 300°С.
Рисунок 5. Фланцы COF
При затягивании соединения медное уплотнение деформируется, заполняя замкнутую полость, образованную клиновидными выступами фланцев. В затянутом состоянии деформированное уплотнение не имеет возможностей для дальнейшей деформации или текучести, в том числе при высоких температурах.
Размеры соединений этого типа для ДУ 400 и 630 установлены в ГОСТ 26526-85. Международных стандартов на эти фланцы пока нет, поэтому есть вероятность несовместимости фланцев разных производителей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Соединения типа CF (CR) – наиболее надежный тип вакуумных соединений, обладающих минимальной величиной течи и сохраняющих работоспособность при повышенных до 450 оС или сверхнизких (до -200 оС) температурах. Эти соединения рекомендуется применять в сверхвысоковакуумных и криовакуумных системах, а также в системах, работающих при повышенной температуре, например, требующих обезгаживания при температуре, недостижимой с уплотнениями из вакуумной резины.
Компания «Ист Вакуум» поставляет широкий ассортимент компонентов вакуумной техники с фланцами типа CF (CR): насосов, затворов, клапанов, вакуумных вводов и вакуумных датчиков, фитингов и фланцев под приварку. Основные компоненты и расходные материалы: медные и полимерные кольца есть в наличии на складе в Санкт-Петербурге.
Мы предлагаем комплексное обслуживание: скомплектуем и поставим компоненты и материалы под проекты заказчика, разместим и сопроводим заказы на изготовление нестандартного вакуумного оборудования: камер, коллекторов и др. Специалисты компании помогут подобрать оборудование, окажут необходимую техническую поддержку и проведут обучение персонала заказчика.
