一种用于高功率激光的大负载真空隔离翻板阀

技术领域

本发明涉及真空隔离的机械设计，特别是一种具有大负载的方形柱体真空隔离翻板阀。

技术背景

随着惯性约束聚变高功率激光装置规模的不断扩大，甚多束激光经过传输链路，注入到靶场不同入射角度的终端光学组件中，经过打靶透镜会聚后辐照到实验靶上，完成激光物理实验过程。一方面，终端光学组件具有谐波转换、真空密封、光束聚焦、光束取样、溅射防护等多种功能，集成了近十种不同种类的大口径光学元件，使得集成后的终端光学组件重量巨大，长度达数米。另一方面，根据物理实验不同需求，实验中激光能量和数量进行不同的配置，会有部分束组不参与物理实验；在打靶过程中产生的靶飞片和部分靶材气化会对不参与物理实验的终端光学组件光学元件造成潜在破坏和污染，进而影响终端光学元件使用寿命，需要在终端光学组件和真空靶室之间使用真空阀进行隔离。为了采集到激光物理实验的各种数据，真空靶室上还安装有大量的物理诊断设备；所以真空隔离的阀体外尺寸不超出终端光学组件的外形尺寸。

目前市场上成熟的满足真空密封产品主要是闸板阀和摆阀，但是在阀体的承载方面和外形尺寸方面均不适用于终端光学组件和真空靶室之间的真空隔离；而本发明方形柱体真空隔离翻板阀阀体组件最大承重超过两吨，外形尺寸和终端光学组件的外形尺寸相仿，无需另外占用真空靶室表面空间。既在真空隔断对不参与打靶的终端光学组件起到保护作用，还可以完全承载终端光学组件的重量；特别是在个别终端光学组件的光学元件出现严重破坏进行更换时，只需关闭对应的方形柱体真空隔离翻板阀，无须对整个真空靶室系统真空进行破坏，不会影响物理实验进程。

发明内容

针对上述闸板阀和摆阀设计存在的不足，本发明的目的是提供一种既能承受大负载、又能满足真空隔离要求的方形柱体隔离翻板阀，并且翻板阀阀体组件中上下法兰口位于阀体组件的中心位置；通光时便于激光通过上下法兰口，避免出现激光束卡边现象，影响物理实验结果；该翻板阀方形柱腔的厚度和结构依据负载需求设计，整体锻造而成，具有翻板阀承载大，真空隔离响应速度快，占用外围空间小的特点。

本发明的技术方案：

一种支撑整个终端光学组件重量，用于高功率激光的真空靶室与终端光学组件之间的气动方形柱体真空隔离翻板阀，特征在于包括阀体组件，气缸组件，连杆组件，密封组件，连接轴组件和翻板组件：

密封组件用于连接轴组件的转轴密封；所述的阀体组件由方形柱腔、上法兰、下法兰、左、右密封法兰构成；阀体组件材料选用不易中子活化的铝合金，整体锻造而成；为了提高翻板阀的承载能力，阀体组件的壁厚与外形尺寸比采用1：10设计。在整体锻造成型后，对阀体组件的上下法兰进行精加工，形成上法兰和下法兰；再加工完成左、右密封法兰；所述的阀体组件中上法兰口、下法兰口位于阀体组件的中心位置；通光时便于激光通过上下法兰口，避免出现激光束卡边现象；上法兰(1-2)位于所述方形柱腔(1-1)上口、下法兰(1-3)位于所述方形柱腔(1-1)下口、左密封法兰(1-4)和右密封法兰(1-5)分别位于所述方形柱腔(1-1)左、右两侧，并与所述方形柱腔(1-1)腔体贯通；气缸组件由气缸、安装座组成，气缸是根据压力计算满足使用要求的市场上成熟产品，通过安装座、螺钉安装在阀体组件的方形柱腔左侧，气缸的活塞运动为连杆组件运动提供动力；

连杆组件由连杆、鱼眼接头、胀紧套组成；鱼眼接头一端为内螺纹和气缸的伸缩杆连接，另一端为鱼眼结构和连杆连接，将气缸的活塞运动传递给连杆，通过连杆后转化为圆周运动传递给连接轴组件，胀紧套用来连接连杆组件和连接轴组件中的左连接轴；

连接轴组件由左连接轴、转轴、摇臂、右连接轴构成；左右连接轴通过螺钉和转轴固定，安装在密封组件上，其中左连接轴比右连接轴长出一端圆柱段，和连杆组件中的胀紧套连接，并且为了确保左右连接轴和转轴同步，左右连接轴插入转轴部分为方轴设计，转轴的连接孔同样设计为方孔；这样确保将连杆组件传递过来的圆周运动传递给翻板组件，完成翻板组件中翻板的90°翻转；

翻板组件由带密封槽的翻板、和密封槽内的O型密封圈、连接板构成；所述翻板通过两块连接板与摇臂固定连接，摇臂90°翻转带动翻板翻转90°，与阀体组件的下法兰面接触，通过O形密封圈密封阀体组件的下法兰面；翻板的翻转方向，由气缸组件驱动控制，气缸的活塞运动方向，可以控制所述翻板的翻转方向；

密封组件用于连接轴组件的转轴密封；密封组件由密封法兰座、组合轴承、第一O型密封圈、第二O型密封圈、第三O型密封圈构成；共有两个相同的密封组件通过螺钉分别固定在阀体组件的左密封法兰、右密封法兰上，为连杆组件、连接轴组件提供固定支撑；第一O型密封圈与阀体组件的左密封法兰面、右密封法兰面接触形成腔体密封；第二O型密封圈、第三O型密封圈与连接轴组件的左连接轴，右连接轴表面接触，形成转轴密封。组合轴承安装在法兰座上，并通过轴承套与左、右连接轴固定；

阀体组件中的上法兰口尺寸大于翻板外型尺寸，翻板置于阀体组件内部；下法兰口尺寸和翻板组件中的O型密封圈配合完成真空靶室和终端光学组件之间的隔离密封功能；阀体组件的方形柱腔的深度大于或等于翻板90°翻转后的高度。

本发明的优点是：

1.本发明结构紧凑，采用方形柱腔内翻板设计，性能稳定，无需占用超过终端光学组件尺寸的空间，不影响真空靶室上其它设备的安装；

2.本发明方形柱腔的厚度和结构根据负载需求设计，通过整体锻造成型后精加工完成，可以承载整个终端光学组件超2T的重量；

3.本发明实用性强，可以在球型真空靶室上各个角度安装使用而不影响真空密封性能，复位精度高。

附图说明

图1是真空隔离翻板阀应用示意图；

图2是真空隔离翻板阀立体示意图；

图3是阀体组件密封法兰位置剖视图；

图4是真空隔离翻板阀侧视图和连杆组件位置局部放大图；

图5是真空隔离翻板阀俯视图；

图6是真空隔离翻板阀所有传动组件装配示意图及密封组件位置局部剖视放大图。

图中：1-阀体组件，2-气缸组件，3-连杆组件，4-密封组件，5-传动轴组件，6-翻板组件

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

如图2所示，所述的真空隔离翻板阀包括阀体组件1，气缸组件2，连杆组件3，密封组件4，连接轴组件5和翻板组件6；

如图3所示，为了提高整体强度和降低真空漏率，所述的阀体组件1材料选用不易中子活化的铝合金，整体锻造而成；为了提高翻板阀的承载能力，阀体组件1的壁厚与外形尺寸比采用1：10设计。在整体锻造成型后，对阀体组件的上下法兰进行精加工，形成上法兰1-2和下法兰1-3，其中，上法兰1-2平面上加工有一圈T型密封槽和安装终端光学组件时起定位作用的止口；下法兰1-3为带中心方孔的大小两平面，小平面与翻板6-1接触，大平面与靶室法兰连接。为了固定密封组件，在靠近下法兰1-3的方形柱腔1-1的对应两个面上加工带有4个均布螺纹孔的左密封法兰1-4和右密封法兰1-5。为了减轻真空靶室法兰的承载压力，降低整个翻板阀的重量，方形柱腔1-1进行了轻量化设计，在方形柱腔1-1的每个面上使用铣床铣出一定深度的加强筋。

所述的阀体组件中上法兰1-2口、下法兰1-3口位于阀体组件1的中心位置；通光时便于激光通过上法兰1-2口和下法兰1-3口，避免出现激光束卡边现象。

如图4所示，在方形柱腔1-1上，与左密封法兰1-4同表面还设有固定螺纹孔。所述的气缸组件2的安装座2-2通过螺钉安装与方形柱腔1-1上的螺纹孔连接，将气缸2-1固定；

如图4、5所示，所述的连杆组件3由连杆3-1、鱼眼接头3-2、胀紧套3-3组成；所述的连接轴组件5由左连接轴5-1、转轴5-2、摇臂5-3、右连接轴5-4构成；鱼眼接头3-2直筒内螺纹设计，和气缸2-1的螺杆连接；鱼眼接头3-2另一端带铜圈衬垫的自润滑向心关节轴承部分通过轴销和连杆3-1连接；连杆3-1又通过膨胀套3-3和连接轴组件5中的左连接轴5-1连接，通过连杆3-1将活塞直线运动转化为圆周运动传递给连接轴组件5的左连接轴5-1。

如图6所示，所述密封组件4用于连接轴组件5的转轴密封；密封组件4中的密封法兰座4-1采取多台阶设计，在密封法兰座4-1的下端面设有密封槽用于安装固定第一O型密封圈4-3；密封法兰座4-1中心孔的上半部分上大下小的台阶设计，用来组装组合轴承4-2；密封法兰座4-1中心孔的下半部分设有两道密封槽用来安装固定第二O型密封圈4-4、第三O型密封圈4-5。共有两个相同的密封组件4通过螺钉分别固定在阀体组件1的左密封法兰4-1、右密封法兰4-5上，第一O型密封圈4-3与阀体组件1的左密封法兰4-1面、右密封法兰4-5面接触形成腔体密封；第二O型密封圈4-4、第三O型密封圈4-5与连接轴组件5的左连接轴5-1，右连接轴5-4表面接触，形成转轴密封。

如图6所示，左连接轴5-1比右连接轴5-4多一段和连杆组件3固定的圆柱段，其它结构两者相同；由于只通过一颗螺钉与转轴5-2连接在一起，为了确保左连接轴5-1、转轴5-2、右连接轴5-4同步转动，左连接轴5-1和右连接轴5-4插入转轴部分为方轴，转轴5-2两端的连接孔为方孔设计；为了保证强度和其他意外产生，摇臂5-3是和转轴5-2一体加工而成。所述的翻板组件6由带密封槽的翻板6-1、和密封槽内的O型密封圈、连接板6-3构成；所述翻板6-1采用铝合金材料，与摇臂5-3通过左右两块连接板6-3，和螺钉固定连接，摇臂5-3完成90°翻转带动翻板6-1翻转90°，与阀体组件1的下法兰1-3面接触，通过O形密封圈密封阀体组件1的下法兰1-3面。

所述翻板6-1的翻转方向，由气缸组件2驱动控制，气缸2-1的活塞运动方向，可以控制所述翻板6-1的翻转方向。

进一步的，如图2所示，所述的阀体组件1中的上法兰1-2口尺寸大于翻板6-1外型尺寸，翻板6-1置于阀体组件1内部；方形柱腔1-1的深度大于或等于翻板6-190°翻转后的高度。

进一步的，如图1所示，所述的阀体组件1通过上法兰1-2和终端光学组件通过螺钉连接并支撑整个终端光学组件的重量，下法兰1-3和真空靶室连接，形成密封腔体；为了不影响真空靶室上其他法兰的使用功能，基本与终端光学组件的外形尺寸一致。