Запорное устройство преимущественно для баллонов высокого давления

 

Запорное устройство содержит камеру с расположенными в ней герметизирующим элементом и затвором, а также канал, связывающий полость камеры с баллоном, и запорную арматуру. Затвор установлен с возможностью перемещения в осевом направлении. Герметизирующий элемент выполнен из химически нейтрального по отношению к герметизируемому веществу материала. Температура плавления материала ниже температуры плавления нанесенного на внутреннюю поверхность стенок камеры покрытия, смачиваемого герметизирующим элементом. Затвор выполнен в виде n штырей, где n=1, 2 и т.д. Устройство снабжено нагревателем герметизирующего элемента и фильтром из несмачиваемого герметизирующим элементом материала, установленным в канале. Использование изобретения позволит повысить герметичность, теплоустойчивость и надежность конструкции и обеспечить ее многоразовое использование. 4 ил.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к запорным устройствам для герметизации баллонов высокого давления.

Известно техническое решение, реализующее способ герметизации резервуара с жидкостью [1] , стенки которого образуют углубление с отверстием, через отверстие заливается жидкость, а затем на него накладывается под давлением слиток мягкого металла, подвергающегося пластической деформации, а углубление заполняется термопластичной смолой.

Недостатком такого технического решения является невозможность многоразового применения и его невысокая герметичность при использовании в сосудах высокого давления.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является запорное устройство [2], содержащее камеру с расположеннными в ней герметизирующей прокладкой и подвижным затвором, в стенках которой выполнены отверстия, связывающие полость камеры с баллоном, и снабженную штуцером.

Недостатком известного способа и устройства является низкая холодоустойчивость и низкая герметичность, так как при заправке баллонов высокого давления для исключения их перегревания используется рабочая среда с низкой температурой, а материалы, которые применяются для герметизации запорных устройств, не выдерживают низких температур; а более холодостойкие материалы менее пластичны и не обладают высокими герметизирующими свойствами.

Задачей изобретения является повышение герметичности, теплоустойчивости и надежности конструкции, а также многоразовое использование, в том числе в невесомости.

Поставленная задача достигается тем, что в запорном устройстве преимущественно для баллонов высокого давления, содержащем камеру с расположенными в ней герметизирующим элементом и затвором, установленным с возможностью перемещения в осевом направлении, а также канал, связывающий полость камеры с баллоном, и заправочную арматуру, согласно изобретению герметизирующий элемент выполнен из химически нейтрального по отношению к герметизируемому веществу материала, температура плавления которого ниже температуры плавления нанесенного на внутреннюю поверхность стенок камеры покрытия, смачиваемого герметизирующим элементом, при этом затвор выполнен в виде n штырей, взаимодействующих с герметизирующим элементом, где n=1, 2 и т.д., а также введены нагреватель герметизирующего элемента и фильтр из несмачиваемого герметизирующим элементом материала, установленный в канале.

Нанесение покрытия, смачиваемого герметизирующим элементом, на внутреннюю поверхность стенок камеры позволяет устранить зазоры и исключить утечки герметизируемого вещества.

На фиг. 1 изображен общий вид запорного устройства; на фиг.2, 3, 4 - варианты исполнения затвора.

Запорное устройство баллона 1 содержит канал 2 в виде трубопровода, установленный в канале 2 фильтр 3 и камеру 4, которая снабжена нагревателем 5. Канал 2 связывает камеру 4 с баллоном 1. Внутренняя поверхность стенок камеры имеет покрытие 6, смачиваемое находящимся на нем герметизирующим элементом 7. Штыри 8 установлены на направляющем устройстве 9, которое имеет привод 10. Камера 4 связана с выходным трубопроводом 11. Фильтр 3 и штыри 8 выполнены предпочтительно из несмачиваемого герметизирующим элементом 7 материала.

Запорное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда в баллоне 1 имеется герметизируемое вещество под давлением, штыри 8 находятся в положении, изображенном на фиг.1, герметизирующий элемент 7 находится в твердом состоянии и закрывает кончики штырей 8, герметизируя, тем самым, баллон 1. Материалом, используемым в качестве герметизирующего элемента 7 для хранения, например, водорода, может быть сплав ПОССу-61. Для вскрытия баллона 1 штыри 8 при помощи, например, электрического привода 10 перемещаются в крайнее верхнее положение и протыкают отверстия в герметизирующем элементе 7, после чего они перемещаются приводом в крайнее нижнее положение, освобождая отверстия и предоставляя герметизируемому веществу выходить через выходной трубопровод 11 к потребителю. Привод, например, может быть выполнен в виде трехпозиционного электромоторного привода типа 11Ф35. 15Э0000-0. При необходимости загерметизировать оставшееся в баллоне герметизируемое вещество или после заправки баллона 1 штыри 8 приводом 10 перемещаются в исходное положение, затем герметизирующий элемент 7 расплавляется при помощи нагревателя 5 (на фиг.1 изображен электронагреватель), растекаясь по покрытию 6 и смачивая его, и заливает отверстия, пробитые штырями 8 при вскрытии баллона 1. После этого нагреватель 5 отключается и герметизирующий элемент 7, остывая, переходит в твердое состояние, герметизируя баллон 1. Фильтр 3 предназначен для предохранения трубопровода 2 от попадания в него капель герметизирующего элемента 7. Штыри 8 диаметром 1-2 мм и фильтр 3 для хранения водорода могут быть выполнены, например, из стали Х15Н24В4ТШ. Смачиваемое покрытие 6 герметично размещается в корпусе камеры 4, например, при помощи "холодной" сварки. Для хранения водорода оно может быть выполнено, например, из меди марки M1. Герметизирующий элемент 7 в расплавленном состоянии располагается на смачиваемом покрытии 6 даже в состоянии невесомости. Это позволяет надежно герметизировать баллоны на космических аппаратах.

Возможен вариант исполнения затвора (см. фиг.2), когда исходное положение штырей 8 - крайнее нижнее. В этом варианте исполнения штыри устанавливаются только в два крайних положения вместо трех, как в варианте на фиг. 1. Привод для этого устройства может быть выполнен, например, в виде двухпозиционного электромоторного привода типа 400ГК.3201-0. При перемещении в крайнее верхнее положение штыри пробивают отверстие в твердом герметизирующем покрытии 7, после чего они возвращаются в исходное положение. При расплавлении герметизирующего элемента 7 он не затекает в отверстия для штырей из-за того, что материал, в котором расположены отверстия, не смачивается герметизирующим элементом 7, а сам герметизирующий элемент имеет силы поверхностного натяжения, не позволяющие ему проникнуть в них ввиду их малых размеров. Поэтому диаметр штырей не должен превышать 1 мм.

На фиг.3 изображен вариант исполнения затвора также с двумя крайними положениями штырей. В режимах герметизации и хранения штыри 8 находятся в крайнем верхнем положении, в режиме расхода рабочего тела из баллона 1 или в режиме заправки его - в крайнем нижнем положении. Диаметр штырей 8 значительно превышает диаметры штырей в предыдущих вариантах (до 6 мм и более), и, по крайней мере, верхние части штырей выступают над герметизирующим элементом 7 для того, чтобы одним движением обеспечить открытие отверстия. Верхняя часть штыря имеет смачиваемое герметизирующим элементом 7 покрытие и может иметь пазы.

На фиг.4 изображен вариант исполнения затвора, когда при пробивании штырями 8 герметизирующего элемента 7 происходит совмещение сквозного отверстия 12 в штыре и полости камеры 4 и перетекание герметизируемого вещества из баллона 1 потребителю. В режимах герметизации и хранения штыри находятся в исходном положении, когда их кончики залиты герметизирующим веществом, в режиме расхода герметизируемого вещества из баллона 1 или в режиме заправки - в крайнем верхнем положении. Размеры сквозного отверстия 12 выбираются, исходя из требований расхода герметизируемого вещества. Сквозное отверстие может быть выполнено в виде паза.

При создании запорного устройства необходимо учитывать совместимость материалов между собой и рабочим телом. Например, при хранении водорода под высоким давлением необходимо учитывать коэффициент прилипания водорода к металлу [3], учитывать водородную коррозию металлов [4] и т.п. Не поглощают водород такие материалы, как медь, вольфрам. Высокой стойкостью к водороду обладает алюминий.

Для уменьшения усилия пробивания герметизирующего элемента 7 штырями 8 возможен небольшой нагрев герметизирующего элемента 7 для его размягчения.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет надежно и в течение длительного времени с высокой степенью герметичности хранить герметизируемое вещество, в том числе в невесомости. Оно может быть также использовано для герметизации баллонов с агрессивными средами и т.п.

Литература: 1. Заявка Японии 55-17866, публ. 1980 г. , 14.05; 5-447, заявлено 18.10.73, 48-117074.

2. Патент РФ 2164320, F 17 С 5/00.

3. Захаров А.П. Взаимодействие водорода с металлами. Институт физической химии. - М.: Наука, 1987.

4. Романов И.В. и др. Получение жидкого водорода. - М.: Химия, 1967.

5. Водород в металлах./ Под ред. Г.Альфельда и И.Фелькля, в 2-х томах. - М.: Мир, 1987.

Формула изобретения

Запорное устройство преимущественно для баллонов высокого давления, содержащее камеру с расположенными в ней герметизирующим элементом и затвором, установленным с возможностью перемещения в осевом направлении, а также канал, связывающий полость камеры с баллоном, и заправочную арматуру, отличающееся тем, что герметизирующий элемент выполнен из химически нейтрального по отношению к герметизируемому веществу материала, температура плавления которого ниже температуры плавления нанесенного на внутреннюю поверхность стенок камеры покрытия, смачиваемого герметизирующим элементом, при этом затвор выполнен в виде n штырей, взаимодействующих с герметизирующим элементом, где n=1, 2 и т.д., а также введены нагреватель герметизирующего элемента и фильтр из несмачиваемого герметизирующим элементом материала, установленный в канале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4