Герметизированное устройство и способ подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией
Владельцы патента RU 2488789:
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)
Группа изобретений относится к области испытательной техники и направлена на повышение технологичности и увеличение ресурса использования, что обеспечивается за счет того, что герметизированное устройство содержит корпус с расточкой, сообщенной с внутренней полостью корпуса, установленный в расточке палец, два радиальных уплотнения, последовательно установленных в канавках расточки, штуцер с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения и фиксации в исходном и конечном положениях и снабжен радиальными выступами, канал выходит во внутреннюю полость расточки между радиальными уплотнениями, а в расточке выполнены две проточки под радиальные выступы. При осуществлении способа осуществляют сообщение штуцера с магистралью подвода, совмещение радиальных выступов пальца с выемками на первой перемычке, осевое перемещение пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку первой проточки, в этом положении производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов в первую перемычку, а после заполнения внутренней полости расточки и корпуса текучей средой производят совмещение радиальных выступов пальца с выемками на второй перемычке, и после осевого перемещения пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку второй проточки производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов во вторую перемычку. 2 н.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.
Известно герметизированное устройство, содержащее корпус с расточкой, установленную в нем крышку, радиальное уплотнение и штуцер подвода текучей среды с каналом (патент СССР №1797675 по МПК: F04D 13/06, 1993 г.).
Известен также способ подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией, включающий сообщение штуцера с магистралью подвода, заполнение полости газообразным веществом и ее запирание посредством осевого перемещения крышки в положение, при котором канал и полость разместятся по разные стороны от радиального уплотнения (патент СССР №1797675 по МПК: F04D 13/06, 1993 г.).
Недостатком такого герметизированного устройства является большой осевой габарит корпуса, вызванный размещением штуцера на корпусе.
Недостатком способа подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией является трудность затяжки винтов, стягивающих крышку с корпусом, вследствие значительных сил, вызванных давлением текущей среды в корпусе большого диаметра, а также возможность повреждения радиального уплотнения во время перемещения крышки кромками канала штуцера.
Этого недостатка лишено герметизированное устройство, содержащее корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, установленный в расточке палец, два радиальных уплотнения, последовательно установленных в канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях (патент Российской Федерации №2110779 по МПК: G01М 3/08, 1998 г.), выбранное в качестве прототипа.
Описанного недостатка лишен способ подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией, включающий сообщение штуцера с магистралью подвода, установку пальца в исходное положение, при котором внутренняя полость расточки уплотнена первым уплотнением по цилиндрической поверхности пальца, заполнение внутренней полости расточки и корпуса текучей средой, осевое перемещение и фиксацию пальца в конечном положении, при котором внутренняя полость расточки уплотнена как первым, так и вторым уплотнениями по цилиндрической поверхности пальца, выбранный в качестве прототипа (патент Российской Федерации №2110779 по МПК: G01M 3/08, 1998 г.).
Недостатком такого герметизированного устройства является низкая технологичность при работе с ним, что вызвано отсутствием в его конструкции элементов точной фиксации пальца в исходном положении - поэтому при работе с устройством для его выставки в исходное положение необходимы либо замеры расстояния между фланцем пальца и торцом корпуса, которые вносят дополнительную возможность ошибки, либо использование дополнительных технологических приспособлений, что также усложняет процесс работы с устройством. Другим недостатком герметизированного устройства является его низкий ресурс в части подвода текучей среды в его полость и ее герметизации, поскольку перемещение пальца из исходного положения в конечное осуществляется посредством последовательной затяжки винтов, стягивающих фланец пальца с корпусом, при этом винты и резьбовые отверстия корпуса, пока палец не уплотнится вторым уплотнением, подвержены нагружению от воздействия сил давления текучей среды. Поскольку в космической технике корпуса агрегатов обычно изготавливаются из легких алюминиевых сплавов, не обладающих высокой прочностью, число повторных использований герметизированного устройства для подвода текучей среды в его полость и ее герметизации является достаточно ограниченным, лимитируется износом резьбовых отверстий корпуса. Поскольку большая часть агрегатов космических кораблей повторно используется после проведения регламентных работ, а также учитывая необходимость неоднократных проверок герметичности полости герметизированного устройства в процессе сборки и испытаний агрегата, лимитирование числа возможных срабатываний устройства является существенным недостатком.
Недостатком способа-прототипа является его низкая технологичность, т.к. для операции фиксации пальца в исходном положении необходимы либо замеры расстояния между фланцем пальца и торцом корпуса, которые вносят дополнительную возможность ошибки, либо использование дополнительных технологических приспособлений, что также усложняет технологический процесс. Другим недостатком способа является ограниченное количество повторного его применения, лимитируемое степенью износа резьбовых отверстий корпуса при последовательной затяжке винтов устройства.
Техническим результатом, достигаемым заявленными устройством и способом, является повышение технологичности использования устройства и способа, а также существенное повышение ресурса при повторных использованиях.
Технический результат достигается за счет того, что в герметизированном устройстве, содержащем корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, установленный в расточке палец, два радиальных уплотнения, последовательно установленных в канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях исходном, при котором канал штуцера сообщается с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, согласно изобретению, штуцер подвода текучей среды выполнен на корпусе, канал выходит во внутреннюю полость расточки между радиальными уплотнениями, палец со стороны наружного торца корпуса снабжен n радиальными выступами (n=1, 2 и т.д.) с плоскими торцами, перпендикулярными оси пальца, при этом одноименные торцы n выступов выполнены лежащими в соответственно одних и тех же плоскостях, а в расточке между наружным торцом корпуса и ближайшим к нему радиальным уплотнением выполнены две проточки под радиальные выступы в первой из них, ближайшей к наружному торцу корпуса, в исходном положении и во второй из них в конечном положении, с образованием двух перемычек - первой между наружным торцом корпуса и первой проточкой и второй между проточками, на каждой перемычке выполнены по n выемок для прохода радиальных выступов пальца при его осевом перемещении, при этом выемки на первой перемычке размещены в промежутках между выемками на второй перемычке.
Технический результат достигается за счет того, что в способе подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией, включающем сообщение штуцера с магистралью подвода, установку пальца в исходное положение, при котором внутренняя полость расточки уплотнена первым уплотнением по цилиндрической поверхности пальца, заполнение внутренней полости расточки и корпуса текучей средой, осевое перемещение и фиксацию пальца в конечном положении, при котором внутренняя полость расточки уплотнена как первым, так и вторым уплотнениями по цилиндрической поверхности пальца, согласно изобретению, перед установкой пальца в исходное положение производят совмещение радиальных выступов пальца с выемками на первой перемычке, производят осевое перемещение пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку первой проточки, в этом положении производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов в первую перемычку, а после заполнения внутренней полости расточки и корпуса текучей средой производят совмещение радиальных выступов пальца с выемками на второй перемычке между проточками радиальных выступов пальца, и после осевого перемещения пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку второй проточки производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов во вторую перемычку. Поскольку заявленное в формуле изобретения устройство не может быть применено посредством какого-либо другого, кроме указанного, способа, и так как способ позволяет использовать только устройство, геометрия которого удовлетворяет лишь заявленной формуле устройства, то очевидно, что в заявке описана группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.
На фиг 1. приведен пример конкретного выполнения устройства в исходном положении, продольный разрез, на фиг.2 - то же, в конечном положении, на фиг.3 - то же, вид слева, в исходном положении, на фиг.4 - то же, в конечном положении. На фиг. с 5 по 9 приведены стадии способа подвода текущей среды в полость герметизированного устройства и герметизации последней.
Герметизированное устройство содержит корпус 1, с наружного торца 2 которого имеется расточка 3, сообщенная с внутренней полостью 4 корпуса 1. В расточке 3 установлен палец 5, два радиальных уплотнения 6 и 7, последовательно установленных в канавках расточки 3 с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности. На корпусе 1 выполнен штуцер 8 подвода текучей среды с каналом 9, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 между радиальными уплотнениями 6 и 7. Палец 5 установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1 и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал 9 штуцера 8 сообщается с внутренней полостью 4 корпуса 1, и конечном, при котором канал 9 штуцера 8 изолирован от нее. Палец 5 со стороны наружного торца 2 корпуса 1 снабжен n (в данном примере n=2) радиальными выступами 10 с плоскими торцами 11 и 12, перпендикулярными оси пальца 5. Одноименные торцы n выступов выполнены лежащими в соответственно одних и тех же плоскостях, т.е. торцы 11 двух выступов 10 лежат в одной плоскости, и торцы 12 двух выступов 10 лежат в другой плоскости. В расточке 3 между наружным торцом 2 корпуса 1 и ближайшим к нему радиальным уплотнением 6 выполнены две проточки 13 и 14 под радиальные выступы в первой из них - проточке 13, ближайшей к наружному торцу 2 корпуса 1, в исходном положении и во второй из них - проточке 14 в конечном положении, с образованием двух перемычек первой 15 между наружным торцом 2 корпуса 1 и первой проточкой 13 и второй 16 - между проточками 13 и 14. На каждой перемычке выполнены по n выемок 17 - на первой перемычке 15 - и 18 - на второй перемычке 16 для прохода радиальных выступов 10 пальца 5 при его осевом перемещении. Выемки 17 на первой перемычке 15 размещены в промежутках между выемками 18 на второй перемычке 16. Для осуществления углового поворота пальца 5 на его торце выполнен шлиц 19 под крестовую отвертку. На корпусе 1 в теле первой перемычки 15 в зоне одной из выемок 18 выполнено резьбовое отверстие 20. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 21 с вентилем 22 и манометром 23.
Герметизированное устройство работает следующим образом. В исходном положении, показанном на фиг.1 и 3, выступы 10 размещены в первой проточке 13, и их торцы 11 контактируют со стенкой проточки 13. Уплотнение 6 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, уплотнение же 7 не контактирует с этой цилиндрической поверхностью, что обеспечивает сообщение канала 9 с внутренней полостью 4. В этом положении через канал 9 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. В конечном положении, показанном на фиг.2 и 4, выступы 10 размещены во второй проточке 14, и их торцы 11 контактируют со стенкой проточки 14. Уплотнения 6 и 7 уплотняют цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 9 как с полостью 4, так и с окружающей атмосферой. В этом положении возможно отсоединение магистрали подвода от штуцера 8, испытание герметичности полости 4, заполненной испытательной средой, и дальнейшая эксплуатация устройства по его прямому назначению. При этом для предотвращения самопроизвольного углового проворота пальца 5 и возможного его осевого перемещения до положения, показанного на фиг.1, что вызовет разгерметизацию полости 4, или до полного выпадения из расточки 3 (что может быть вызвано, например, вибрационными нагрузками на устройство) в резьбовое отверстие 20 ввернут винт (на иллюстрациях не показан) до упора в торец второй проточки 14. Тело этого винта не дает возможности самопроизвольного проворота пальца 5 до совмещения выступов 10 с выемками 18. Поскольку ограничение углового проворота пальца из конечного положения может быть достигнуто и другими средствами - например, установкой штифта или закрытием пальца крышкой, крепящейся к корпусу, то в формулу изобретения признаки, касающиеся ограничения проворота пальца, не введены, поскольку обеспечиваются методами обычного проектирования. Аналогично не упомянут в формуле и шлиц 19, т.к. поворот пальца может быть осуществлен и путем применения других известных средств - например, выполнением на торце пальца глухого резьбового отверстия, куда вворачивался бы инструмент для использования его при угловом и осевом перемещениях пальца.
Подвод текучей среды в полость герметизированного устройства с последующей герметизацией полости производят следующим образом: производят сообщение штуцера 8 с магистралью подвода 21 (фиг.5). Палец 5 вставляют в расточку 3 и перед установкой пальца в исходное положение, при котором внутренняя полость расточки 3 уплотнена первым уплотнением 6 по цилиндрической поверхности пальца 5, при помощи отвертки, входящей в шлиц 19, производят совмещение радиальных выступов 10 пальца 5 с выемками 17 на первой перемычке 15. В этом угловом положении производят осевое перемещение пальца 5 (посредством упора отвертки на палец в осевом направлении) до упора торцами 12 радиальных выступов 10 пальца 5 в стенку первой проточки 13, что показано на фиг.6. В этом положении производят угловое перемещение пальца 5 (при помощи поворота отвертки) до достижения упора ближайших к наружному торцу 2 корпуса торцов 11 радиальных выступов 10 в первую перемычку 15 (фиг.7). В этом положении, как было описано выше, уплотнение 6 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, уплотнение же 7 не контактирует с этой цилиндрической поверхностью, что обеспечивает сообщение канала 9 с внутренней полостью 4. В этом положении открывают вентиль 22 и через канал 9 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. Давление заправки контролируют манометром 23. По достижении заданного в технической документации давления вентиль 22 закрывают. Затем при помощи отвертки производят совмещение радиальных выступов 10 пальца 5 с выемками 18 на второй перемычке 16 между проточками 13 и 14 эта операция необходима, так как в общем случае положение, при котором осуществляется упор ближайших к наружному торцу 2 корпуса торцов 11 радиальных выступов 10 в первую перемычку 15, еще не гарантирует совмещения выступов 10 с выемками 18. Впоследствии, как показано на фиг.8, осуществляют осевое перемещение пальца 5 до упора радиальных выступов 10 пальца 5 в стенку второй проточки 14. Затем (фиг.9) производят угловое перемещение пальца 5 до упора ближайших к наружному торцу 2 корпуса 1 торцов 11 радиальных выступов 10 во вторую перемычку 16. Палец теперь находится в конечном положении, при котором внутренняя полость расточки уплотнена как первым 6, так и вторым 7 уплотнениями по цилиндрической поверхности пальца 5. В этом положении отстыковывают магистраль подвода 21 от штуцера 8 и ввинчивают винт в резьбовое отверстие 20, предотвращая возможность совмещения выступов 10 с выемками 18. То, что выемки 17 на первой перемычке 15 размещены в промежутках между выемками 18 на второй перемычке 16, обеспечивает невозможность выпадения пальца 5 из корпуса 1 при отсутствии контакта пальца с инструментом под воздействием давления в полости 4.
В результате использования заявленного устройства повышается технологичность при работе с ним, что вызвано наличием в его конструкции элементов точной фиксации пальца в исходном положении, что позволяет обойтись без замера расстояния между фланцем пальца и торцом корпуса, которые вносят дополнительную возможность ошибки, и без использования дополнительных технологических приспособлений, что также усложняет процесс работы с устройством. Также повышается ресурс устройства (число возможных повторных использований), поскольку перемещение пальца из исходного положения в конечное осуществляется без использования резьбовых деталей, подверженных износу, а усилия на палец от давления текучей среды распределяются на значительную (по сравнению с резьбой в прототипе) площадь торцов выступов, опирающихся на стенку проточки. Повышается технологичность при использовании способа, т.к. для операции фиксации пальца в исходном положении не нужны ни какие-либо либо замеры расстояния между фланцем пальца и торцом корпуса, которые вносят дополнительную возможность ошибки, ни использование дополнительных технологических приспособлений. Также существенно повышается количество возможных применений способа при работе с одним и тем же экземпляром устройства. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленную группу изобретений к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.
1. Герметизированное устройство, содержащее корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, установленный в расточке палец, два радиальных уплотнения, последовательно установленных в канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщается с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, отличающееся тем, что штуцер подвода текучей среды выполнен на корпусе, канал выходит во внутреннюю полость расточки между радиальными уплотнениями, палец со стороны наружного торца корпуса снабжен n радиальными выступами (n=1, 2, …) с плоскими торцами, перпендикулярными оси пальца, при этом одноименные торцы n выступов выполнены лежащими в соответственно одних и тех же плоскостях, а в расточке между наружным торцом корпуса и ближайшим к нему радиальным уплотнением выполнены две проточки под радиальные выступы в первой из них, ближайшей к наружному торцу корпуса, в исходном положении и во второй из них в конечном положении, с образованием двух перемычек - первой между наружным торцом корпуса и первой проточкой и второй между проточками, на каждой перемычке выполнены по n выемок для прохода радиальных выступов пальца при его осевом перемещении, при этом выемки на первой перемычке размещены в промежутках между выемками на второй перемычке.
2. Способ подвода текучей среды в полость герметизированного устройства с ее герметизацией, включающий сообщение штуцера с магистралью подвода, установку пальца в исходное положение, при котором внутренняя полость расточки уплотнена первым уплотнением по цилиндрической поверхности пальца, заполнение внутренней полости расточки и корпуса текучей средой, осевое перемещение и фиксацию пальца в конечном положении, при котором внутренняя полость расточки уплотнена как первым, так и вторым уплотнениями по цилиндрической поверхности пальца, отличающийся тем, что перед установкой пальца в исходное положение производят совмещение радиальных выступов пальца с выемками на первой перемычке, производят осевое перемещение пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку первой проточки, в этом положении производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов в первую перемычку, а после заполнения внутренней полости расточки и корпуса текучей средой производят совмещение радиальных выступов пальца с выемками на второй перемычке между проточками, и после осевого перемещения пальца до упора радиальных выступов пальца в стенку второй проточки производят угловое перемещение пальца до упора ближайших к наружному торцу корпуса торцов радиальных выступов во вторую перемычку.
