Разъемное соединение



Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение
Разъемное соединение

 


Владельцы патента RU 2518321:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к устройствам разделения криогенных заправочных магистралей. Разъемное соединение состоит из стационарного и отделяемого штуцеров с двойным уплотнением между ними, поджатие которого осуществляется устройством для затяжки посредством тарельчатых пружин. Оба уплотнения между стационарным и отделяемым штуцерами являются торцевыми. Стык между стационарным и отделяемым штуцерами затягивается с помощью съемных технологических винтов. В отделяемой части между двумя торцевыми уплотнительными элементами выполнена камера дезактивации газа утечки с установленными в ней штуцерами входа и выхода, причем в штуцере входа установлена сменная дроссельная шайба. Изобретение исключает воспламенение и взрыв горючих рабочих сред при контакте с окружающей атмосферой, а также исключает образование конденсата и наледи на разъемном соединении. 1 з.п. ф-лы, 7 ил..

 

Изобретение предназначено для использования в области ракетно-космической техники, в частности в устройствах разделения криогенных заправочных магистралей, и может быть использовано в машиностроении. Задачей изобретения является создание конструкции разъемного соединения, исключающей воспламенение и взрыв горючих рабочих сред при контакте с окружающей атмосферой, а также исключающей образование конденсата и наледи на разъемном соединении вследствие воздействия криогенных температур рабочей среды и обеспечивающей высокую надежность разделения стационарного и отделяемого штуцеров.

Известно разъемное соединение, включающее в себя бортовой и съемный штуцера с торцевым уплотнительным элементом между ними, соединенные шариковым замком (патент RU №2167360 C1, кл.7 F16L 37/28).

Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, взятому за прототип, является разъемное соединение (патент RU №2197674 C2, кл.7 F16L 37/22), состоящее из стационарного и отделяемого штуцеров с двойным уплотнением между ними, поджатие которого осуществляется устройством для затяжки посредством тарельчатых пружин, а также цангового замка с наружным и внутренним буртами и запирающей втулкой, и на наружной поверхности бортового штуцера установлено опорное кольцо с конусной поверхностью, контактирующей с внутренним буртом цанги, а на внутренней поверхности запирающей втулки установлена гильза, контактирующая с наружным буртом цанги, при этом опорное кольцо выполнено из материала с твердостью, аналогичной твердости цанги, а гильза выполнена из материала с высокими антифрикционными свойствами.

Недостатками данных устройств являются отсутствие в них защиты от воспламенения и взрыва горючих рабочих сред при контакте с окружающей атмосферой, а также отсутствие защиты от образования конденсата и наледи на разъемном соединении вследствие воздействия криогенных температур рабочей среды.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является наличие защиты, исключающей воспламенение и взрыв горючих рабочих сред при контакте с окружающей атмосферой, а также защиты против образования конденсата и наледи на разъемном соединении вследствие воздействия криогенных температур рабочей среды.

Сущность изобретения заключается в том, что в разъемном соединении, состоящем из стационарного и отделяемого штуцеров с двойным уплотнением между ними, поджатие которого осуществляется устройством для затяжки посредством тарельчатых пружин, оба уплотнения между стационарным и отделяемым штуцерами являются торцевыми, а стык между стационарным и отделяемым штуцерами затягивается с помощью съемных технологических винтов, при этом в отделяемой части между двумя торцевыми уплотнительными элементами выполнена камера дезактивации газа утечки с установленными в ней штуцерами входа и выхода, причем в штуцере входа установлена сменная дроссельная шайба. При этом штуцер входа дополнительно имеет боковое отверстие, выходящее в полость, ограниченную стационарным и отделяемым штуцерами с одной стороны и утеплителем с другой, а в утеплителе выполнены дренажные отверстия, прикрытые снаружи пластинчатыми пружинами изгиба.

На фиг.1 изображен общий вид разъемного соединения.

На фиг.2 изображен разрез А-А, на котором показан винт, предотвращающий расхождение деталей отделяемой части разъемного соединения после расстыковки стационарного и отделяемого штуцеров (утеплитель условно не показан).

На фиг.3 изображен вид Б, на котором показан штуцер входа с установленной в нем сменной дроссельной шайбой и боковым отверстием.

На фиг.4 показаны пределы воспламенения водорода в атмосфере воздуха, разбавленного CO2 и N2 (по Кауарду и Джонсу) при комнатной температуре и атмосферном давлении.

На фиг.5 показаны пределы воспламенения метана в атмосфере воздуха, разбавленного различными инертными газами (по Кауарду и Джонсу) (кривая H2O: температура смеси подбиралась такой, чтобы давление паров воды было 1 атм).

На фиг.6 показаны пределы воспламенения пропана в атмосфере воздуха, разбавленного CO2 и N2 (по Кауарду и Джонсу) при комнатной температуре и атмосферном давлении.

На фиг.7 показана зависимость величины Ак от отношения рвыхвх для докритического течения газа.

На фиг.8 представлена таблица, в которой указано максимальное безопасное процентное содержание кислорода в смеси горючего с воздухом, CO2 или N2 при комнатной температуре и давлении 1 атм.

Конструкция разъемного соединения состоит из стационарного штуцера 1, закрепленного с помощью сварки на криогенном трубопроводе верхнего блока ракетоносителя, и отделяемого штуцера 2, закрепленного также с помощью сварки на криогенном трубопроводе нижнего блока. На торце отделяемого штуцера 2 выполнено два седла 3 и 4, а на ответном торце стационарного штуцера 1 завальцовано два торцевых уплотнительных элемента 5 и 6, в которые упираются седла 3 и 4. Снаружи стационарного штуцера 1 выполнен фланец 7 со шпильками 8. Фланец 7 предназначен для жесткого крепления стационарного штуцера 1 к корпусу ракеты.

Снаружи отделяемого штуцера 2 установлена гильза 9, которая одним торцем упирается в торец стационарного штуцера 1, а к другому ее торцу присоединено устройство для затяжки 10, которое состоит из плиты 11, винтов 12 и тарельчатых шайб 13. Одной из тарельчатых шайб 13 устройство для затяжки 10 упирается в торец отделяемого штуцера 2. Стационарный штуцер 1 и отделяемый штуцер 2 соединены между собой съемными технологическими винтами 14 через фланец 7 стационарного штуцера 1 и гильзу 9.

На стационарный 1 и отделяемый 2 штуцера установлен утеплитель 15, 16 и 17. В отделяемой части разъемного соединения между двумя торцевыми уплотнительными элементами 5 и 6 выполнена камера дезактивации газа утечки разъемного соединения 18, к которой через утеплитель 16 подходят штуцер входа 19 с установленной в нем сменной дроссельной шайбой 20 и штуцер выхода 21. Штуцер входа 19 дополнительно имеет боковое отверстие 22, выходящее в полость, ограниченную стационарным 1 и отделяемым 2 штуцерами с одной стороны и утеплителем 15, 16 и 17 с другой. В утеплителе 15 выполнены дренажные отверстия 23, прикрытые снаружи пластинчатыми пружинами изгиба 24.

На гильзе 9 закреплен винт 25 с шайбами 26. Винт 25 предотвращает расхождение деталей отделяемой части разъемного соединения после расстыковки стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров.

Разъемное соединение работает следующим образом.

Стык стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров затягивается с помощью съемных технологических винтов 14 расчетным моментом, исходя из обеспечения герметичности при действии давления, изгибающего момента от трубопровода и процесса захолаживания от плюсовых до криогенных температур. Поджатие стыка проводят через упругий элемент - устройство для затяжки 10, обеспечивающее сохранение усилия поджатия при изменении температурного режима (компенсирует уменьшение размеров деталей разъемного соединения при снижении температуры) и пластической деформации уплотнительного элемента 6 от длительного хранения. Рабочая криогенная среда проходит от отделяемого штуцера 2 к стационарному 1 и далее в бак верхнего блока.

Рабочими средами разъемного соединения могут быть такие жидкости и газы, которые обладают способностью к воспламенению и взрывоопасными свойствами при контакте с окружающей атмосферой, в которой, как известно, 21% кислорода O2 (Ю.В. Ходаков, Д.А. Эпштейн, П.А. Глориозов «Неорганическая химия» - учебник для 7-8 классов, «Просвещение», Москва, 1982 г., стр.44, 55) [1]. К таким рабочим средам относятся, например, водород H2, метан CH4, пропан C3H8 и некоторые другие. Место стыка стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров в разъемном соединении не может быть всегда абсолютно герметичным. Существующая негерметичность приводит к выходу некоторого количества рабочей среды за пределы рабочей полости разъемного соединения, где и происходит контакт с окружающей атмосферой. Образовавшаяся смесь в определенных пропорциях может воспламениться и даже взорваться. Для исключения подобных реакций в данном разъемном соединении предусмотрена так называемая камера дезактивации газа утечки 18, находящаяся между двумя торцевыми уплотнительными элементами 5 и 6, к которой подходят штуцера входа 19 и выхода 21. Через штуцер входа 19 за счет установленной сменной дроссельной шайбы 20 в камеру дезактивации газа утечки 18 дозированно подается инертный газ-разбавитель, например двуокись углерода CO2, азот N2 (сверх присутствующего в воздухе), гелий He или аргон Ar, который уменьшает концентрацию вредной рабочей среды до безопасной (Б. Льюис, Г. Эльбе, под редакцией К.И. Щелкина и А.А. Борисова «Горение, пламя и взрывы в газах», издательство «Мир», Москва, 1968 г., стр.571 -574) [2].

Подбор сменной дроссельной шайбы 20 осуществляется следующим образом.

По фиг.4-6 или другим рисункам из [2], на которых изображены пределы распространения пламени в воздухе, разбавленном различными инертными газами, в зависимости от рабочей среды газа-разбавителя и расхода рабочей среды определяется расход инертного газа G. Далее в соответствии с формулой для расчета расхода газа (М.В. Добровольский «Жидкостные ракетные двигатели», издательство «Машиностроение», Москва, 1968 г., стр.353-356) [3]:

где µ - коэффициент расхода, dcp≈dкл, dкл - диаметр отверстия клапана, h - подъем клапана, Рвх - давление на входе в редуктор (в нашем случае Рвх - давление перед дроссельной шайбой), R - газовая постоянная, Твх - температура перед редуктором (в нашем случае Твх - температура газа-разбавителя перед дроссельной шайбой), Аk - величина, значение которой определяется зависимостью рвыхвх для докритического течения газа (см. фиг.7), и величина, постоянная для закритического течения газа:

- для докритического течения газа,

где g - ускорение свободного падения, Рвых - давление на выходе из редуктора (в нашем случае Рвых - давление за дроссельной шайбой), k - показаталь адиабаты,

- для закритического течения газа.

В соответствии с [3] площадь дросселирующего сечения равна:

fдрос=π·dcp·h,

т.о. формула для расчета расхода газа будет выглядеть:

откуда

В нашем случае fдpoc - площадь проходного сечения дроссельной шайбы 20, которая равна: f д р о с = π d y 2 4 , где dy - диаметр отверстия дроссельной шайбы 20.

При подстановке fдpoc в формулу выше получаем:

откуда

По dy подбирается сменная дроссельная шайба 20.

На фиг.4, 5 и 6 показаны пределы воспламенения наиболее характерных горючих газов в атмосфере воздуха, разбавленного инертными газами. Смеси воспламеняются внутри области, имеющей вид полуострова, очерченного предельной кривой. Положение мыса полуострова соответствует проценту разбавителя, выше которого воспламенение невозможно, а также процентному содержанию кислорода, ниже которого смесь становится негорючей. Например, в случае метана в атмосфере воздуха, разбавленного CO2 (см. фиг.5), пламя не может распространяться, если содержание CO2 в воздухе превышает 25% или если содержание O2 в смеси CO2 - воздух ниже 15,8%. В таблице на фиг.8 указано максимальное содержание кислорода, которое будет безопасным в любой неизвестной смеси горючего с воздухом, CO2 или N2 при комнатной температуре и давлении около атмосферного.

После камеры дезактивации газа утечки 18 образовавшаяся безопасная смесь выводится через штуцер выхода 21 из разъемного соединения.

Во внутренней полости разъемного соединения, ограниченной стационарным 1 и отделяемым 2 штуцерами с одной стороны и утеплителем 15, 16 и 17 с другой, вследствие воздействия на разъемное соединение криогенных температур и имеющейся влажности в воздухе могут образовываться конденсат и наледь, которые могут ухудшить работоспособность разъемного соединения. Для решения этой проблемы в штуцере входа 19 предусмотрено боковое отверстие 22, через которое инертный газ-разбавитель подается в эту полость. Увеличение объема теплого газа-разбавителя в этой полости и, следовательно, уменьшение объема влажного холодного воздуха приводит к невозможности образования конденсата и наледи. Образовавшаяся смесь выводится наружу из разъемного соединения через дренажные отверстия 23, выполненные в утеплителе 15. Отверстия 23 прикрыты снаружи пластинчатыми пружинами изгиба 24, что позволяет не допустить попадания внутрь полости воздуха снаружи.

Разделение стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров осуществляется вручную после снятия съемных технологических винтов 14. За счет небольшого хода раскрытия стыка обеспечивается высокая надежность разделения стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров.

Таким образом, предложенная конструкция разъемного соединения обеспечивает защиту от воспламенения и взрыва горючих рабочих сред при контакте с окружающей атмосферой, защиту против образования конденсата и наледи на разъемном соединении вследствие воздействия криогенных температур рабочей среды и высокую надежность разделения стационарного 1 и отделяемого 2 штуцеров.

1. Разъемное соединение, состоящее из стационарного и отделяемого штуцеров с двойным уплотнением между ними, поджатие которого осуществляется устройством для затяжки посредством тарельчатых пружин, отличающееся тем, что оба уплотнения между стационарным и отделяемым штуцерами являются торцевыми, а стык между стационарным и отделяемым штуцерами затягивается с помощью съемных технологических винтов, при этом в отделяемой части между двумя торцевыми уплотнительными элементами выполнена камера дезактивации газа утечки с установленными в ней штуцерами входа и выхода, причем в штуцере входа установлена сменная дроссельная шайба.

2. Разъемное соединение по п.1, отличающееся тем, что штуцер входа дополнительно имеет боковое отверстие, выходящее в полость, ограниченную стационарным и отделяемым штуцерами с одной стороны и утеплителем с другой, а в утеплителе выполнены дренажные отверстия, прикрытые снаружи пластинчатыми пружинами изгиба.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для соединения трубопроводов высокого и низкого давления с гидроинструментом. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для соединения трубопроводов высокого давления. .

Изобретение относится к разъемным соединениям трубопроводов и может быть использовано в различных областях техники, в частности, в сборно-разборных трубопроводах высокого давления для выполнения цементировочных, продавочных и ремонтных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в системах жизнеобеспечения отделений реанимации, интенсивной терапии, физиотерапии и анестезиологии для быстрого подключения дыхательной аппаратуры и другого медицинского пневмооборудования к магистралям подачи кислорода, сжатого воздуха, закиси азота, углекислого газа и вакуума.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для соединения трубопроводов высокого давления, и предназначено для подсоединения гибких шлангов или рукавов гидравлических спасательных инструментов.

Изобретение относится к области ракетной техники, а конкретно к устройствам разделения криогенных магистралей. .

Изобретение относится к космической технике, в частности к агрегатам гидравлических систем и может быть использовано в машиностроении. .

Изобретение относится к разъемным соединениям трубопроводов и может быть использовано в различных областях техники, в частности, в сборно-разборных трубопроводах высокого давления для выполнения цементировочных, продавочных и ремонтных работ в нефтяных и газовых скважинах.

Изобретение относится к машиностроению и теплоэнергетике и касается соединения трубопроводов и подсоединения их к распыливающему устройству, например к форсунке.

Изобретение относится к машиностроению и используется в гидросистемах, работающих в условиях многократного монтажа и демонтажа гидролинии высокого давления с потребителем.
Наверх