УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕКУЧЕЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Устройство для подачи текучей рабочей среды (ТРС) относится к гидротранспорту с использованием давления газа и может быть применено для подачи различных жидкостей.

Известны устройства для подачи, дозирования и распределения смазок и других ТРС. Перемещение и транспортирование ТРС к месту ее потребления достигается чаще всего за счет обжатия или расширения давлением газа эластичной камеры (мешка, оболочки, колпака и т.д.). Уменьшение или увеличение объема эластичной камеры обеспечивает выдавливание ТРС из резервуара или из той части его полости, где эта рабочая среда находится до срабатывания устройства.

При изучении справочно-информационных и патентных фондов были выделены аналоги изобретения, в том числе:

- автоматическое устройство для подачи смазки, приведенное в международной заявке №89/01589, МПК⁹ F16N 11/10, публикация 23.02.89. Устройство содержит резервуар со смазкой, эластичную камеру и электрохимический элемент для генерирования рабочего газа, посредством давления которого камера расширяется и выдавливает смазку из резервуара;

- устройство для смазки пневматических механизмов с использованием давления газа, приведенное в патенте США №3724601, МПК⁹ F16N 7/30, публикация 03.04.73. Устройство имеет корпус с выходным патрубком, в котором размещен контейнер со смазкой в виде мешка из эластичного материала, который под давлением рабочего газа (потока воздуха) сплющивается и через жиклер выдавливает смазку в этот поток.

Общими недостатками этих аналогов является низкий и нестабильный КПД (количество выдавливаемой ТРС относительно количества, размещенного в устройстве) из-за неравномерности выдавливания ТРС при обжатии (или расширении) камеры, в которой она хранится.

Известно устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, приведенное в патенте RU №2223441, МПК⁹ F16N 7/30, 11/10, публикация 10.02.2004, Б.И.№4. Устройство содержит корпус с входным патрубком для подвода рабочего газа и выходным патрубком для вывода ТРС, размещенные в корпусе камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную ТРС, полость для газа, изолированную от камеры, и коллектор, установленный внутри камеры с возможностью вывода из нее ТРС, при этом один торец коллектора соединен с корпусом со стороны входного патрубка, а другой - с выходным патрубком, в котором установлена герметизирующая мембрана. Коллектор может быть выполнен гибким, в том числе, в виде пружины.

По сравнению с предыдущими устройствами данный аналог имеет достаточно высокий и стабильный КПД из-за более равномерного выдавливания ТРС при обжатии камеры, в которой ТРС хранится. К недостаткам конструкции этого аналога следует отнести наличие двух открытых сторон у эластичной камеры, что приводит к необходимости не только двухсторонней изоляции ее внутреннего объема от полости для рабочего газа, но также и двухстороннего механического соединения коллектора с выходным патрубком и корпусом со стороны входного патрубка. В указанных местах имеются переходы диаметров от больших к малым, и наоборот. Места переходов располагаются внутри камеры. Поэтому выполнить их плавными, без выступов, впадин (канавок) и острых кромок, затруднено. В связи с этим, а также в случае выполнения коллектора в виде пружины возможны повреждения камеры, приводящие к прорыву ее стенок при их опоре на выступы и впадины поверхностей корпуса или коллектора в процессе срабатывания устройства. В итоге это приводит к снижению надежности работы устройства.

Известно устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, приведенное в патенте RU №2334160, МПК⁹ F16N 7/30, публикация 20.09.2008, Б.И. №26. Устройство содержит корпус с входным патрубком под трубопровод от источника рабочего газа и выходным патрубком для ТРС, размещенные внутри корпуса камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, и трубчатый коллектор с радиусами скругления на свободном конце, выступающем от места заделки трубки в корпусе в виде консоли, установленной с возможностью вывода ТРС через трубку. В выходном патрубке установлен герметизирующий элемент в виде мембраны.

Данное устройство выбрано за прототип. По сравнению со всеми аналогами оно имеет более высокий и стабильный КПД благодаря геометрической форме камеры, односторонней изоляции ее внутреннего объема от полости для рабочего газа и более надежного регламентирования процесса продавливания ТРС через коллектор. Вследствие этого данное устройство обеспечивает более высокие надежность срабатывания и безопасность при эксплуатации.

Недостатком устройства, выбранного в качестве прототипа, является большой разброс времени срабатывания в заданных условиях эксплуатации в связи с тем, что динамическая вязкость всех известных ньютоновских и неньютоновских жидкостей сильно зависит от температуры. Такой же недостаток имеют все указанные выше аналоги. По этой причине все аналоги и прототип технически нецелесообразно применять в тех случаях, когда ТРС, имеющую высокую динамическую вязкость при отрицательной температуре, требуется во всех условиях эксплуатации подавать потребителю в течение короткого промежутка времени.

Теоретически время срабатывания устройства при отрицательной температуре можно было бы уменьшать за счет увеличения давления и количества используемого рабочего газа. Однако этот путь, во-первых, требует увеличения габаритов и массы устройства в целом, а во-вторых, вследствие необходимости использования повышенного давления рабочего газа приводит к необходимости ужесточения норм безопасности при проведении работ с устройством в процессе его эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства при уменьшении времени его срабатывания в условиях отрицательной температуры и повышение надежности работы при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации.

При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:

- уменьшение до 10 раз времени срабатывания устройства для подачи ТРС при эксплуатации в условиях отрицательной температуры с использованием жидкостей, имеющих в этих условиях высокую вязкость;

- повышение надежности работы устройства при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации за счет снижения разброса времени срабатывания без увеличения давления рабочего газа.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что устройство для подачи ТРС с использованием давления рабочего газа, содержащее корпус с входным патрубком под трубопровод от источника рабочего газа, и выходным патрубком для ТРС, размещенные внутри корпуса камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, и коллектор вывода ТРС, согласно предлагаемому изобретению дополнительно содержит нагревательный элемент, установленный в коллекторе с возможностью изоляции текучей рабочей среды от теплоносителя, для получения которого использован источник, снабженный системой задействования.

Таким образом, предлагаемое устройство содержит следующие отличительные признаки:

- внутри корпуса дополнительно размещен нагревательный элемент, работающий с использованием теплоносителя;

- нагревательный элемент установлен в коллекторе и выполнен с возможностью изоляции теплоносителя от текучей рабочей среды;

- для получения теплоносителя использован источник, снабженный системой задействования.

В качестве теплоносителя для нагревательного элемента могут быть использованы:

- продукты горения высококалорийного пиротехнического состава, которым может быть снабжен источник теплоносителя. При этом источник теплоносителя размещается внутри установленного в коллекторе нагревательного элемента, а в корпусе устройства выполнен дополнительный патрубок для соединения источника теплоносителя с системой задействования;

- рабочий газ, проходящий по трубопроводу, соединяющему источник рабочего газа с входным патрубком. При этом средняя часть трубопровода используется в качестве нагревательного элемента, в корпусе выполнены дополнительные патрубки для соединения других частей трубопровода с нагревательным элементом, а источник рабочего газа выполняется в виде пиротехнического генератора, который одновременно используется в качестве источника теплоносителя.

Часть трубопровода, соединяющего источник рабочего газа с входным патрубком, используемая в качестве нагревательного элемента, может быть выполнена в виде винтовой пружины.

Размещение внутри корпуса дополнительной составной части, а именно нагревательного элемента, работающего с использованием теплоносителя, обеспечивает, прежде всего, возможность уменьшения времени срабатывания устройства в условиях отрицательной температуры, в том числе, при использовании ТРС, имеющих в этих условиях высокую вязкость.

Установка нагревательного элемента в коллекторе и выполнение его с возможностью изоляции теплоносителя от ТРС позволяют обеспечить уменьшение времени срабатывания устройства с минимальными энергетическими затратами, т.е. с использованием минимального количества теплоносителя.

Следует отметить, что, практически, при любом конструктивном исполнении коллектора, именно на его входе, за счет необходимости выполнения резко сужающихся проходных каналов, гидравлическое сопротивление истечению ТРС увеличивается. В связи с этим время срабатывания устройства также увеличивается и тем сильнее, чем ниже температура окружающей среды и чем больше динамическая вязкость используемой жидкости. Поэтому подогрев жидкости именно в области сужающихся проходных каналов коллектора позволяет преодолеть имеющееся в этих местах гидравлическое сопротивление с меньшими потерями скорости истечения ТРС. За счет этого для существенного уменьшения времени срабатывания устройства требуется минимальный расход теплоносителя без повышения количества и давления используемого рабочего газа, выдавливающего ТРС из эластичной камеры, без увеличения габаритов и массы источника рабочего газа и устройства в целом. Путем регулирования количества теплоносителя в нагревательном элементе и его расхода время срабатывания устройства может быть уменьшено, практически, до любой величины, что способствует повышению надежности работы при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации. Кроме того, использование для получения теплоносителя собственного источника, снабженного системой задействования, обеспечивает возможность синхронизации процессов подогрева ТРС и ее выдавливания из устройства. Синхронизация указанных процессов во времени также способствует повышению надежности работы устройства.

Использование в качестве теплоносителя для нагревательного элемента продуктов горения высококалорийного пиротехнического состава, которым может быть снабжен источник теплоносителя, позволяет с высокой эффективностью расширить эксплуатационные возможности устройства при существенном уменьшении времени его срабатывания в условиях отрицательной температуры и повысить надежность работы при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации. При этом размещение источника теплоносителя, т.е. пиротехнического состава, внутри установленного в коллекторе нагревательного элемента позволяет осуществить подвод тепла именно к области сужающихся проходных каналов коллектора.

Использование в качестве теплоносителя для нагревательного элемента рабочего газа, проходящего по трубопроводу, соединяющему источник рабочего газа с входным патрубком, а в качестве нагревательного элемента - части этого трубопровода, выполнение источника рабочего газа в виде пиротехнического генератора и использование его одновременно в качестве источника теплоносителя, по сравнению с вариантом использования в качестве теплоносителя продуктов горения высококалорийного пиротехнического состава, ввиду наличия в генераторе ограниченного количества рабочего газа, позволяют уменьшить время срабатывания устройства с меньшей эффективностью, но также способствуют повышению надежности работы устройства при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации.

Выполнение в виде винтовой пружины части используемого в качестве нагревательного элемента трубопровода, соединяющего источник рабочего газа с входным патрубком, обеспечивает возможность получения максимальной эффективной поверхности нагревательного элемента (разогретой трубки трубопровода) для передачи тепла конструктивным элементам коллектора и ТРС, находящейся как внутри коллектора, так и вблизи его поверхностей, что способствует повышению надежности работы устройства.

В совокупности существенные признаки предложенного устройства обеспечивают возможность решения сформулированной выше задачи изобретения и достижения необходимого технического результата.

Примеры исполнения устройства поясняются фиг.1 и 2. Предложенное устройство содержит корпус 1 с входным патрубком 2 для подвода рабочего газа, выходным патрубком 3 для вывода ТРС и патрубком 4 (фиг.1) для соединения источника теплоносителя с системой задействования. Внутри корпуса 1 размещена тонкостенная камера 5 с глухим дном, которая выполнена из эластичного материала и в продольном сечении имеет форму стакана, обращенного открытой стороной к выходному патрубку 3. Камера содержит изолирующий элемент 6 в виде бурта Т-образной формы. Перед выходным патрубком 3 установлен коллектор 7 с возможностью вывода ТРС 8 из внутренней полости корпуса через отверстия 9 и каналы 10 (фиг.1), отверстия 11 и 12 (фиг.2). Камера 5 при помощи изолирующего элемента 6 соединена с корпусом 1 с возможностью подвода к ее внешней поверхности рабочего газа за счет отверстия 13 и каналов (зазоров) 14 между стенками камеры 5 и сопрягаемыми поверхностями внутренней полости корпуса 1. В выходном патрубке 3 установлен герметизирующий элемент 15 в виде колпачка с разрушаемым элементом (мембраной).

В коллекторе 7 установлен нагревательный элемент 16, выполненный (фиг.1) с использованием пиротехнических составов:

- высококалорийного - для основного заряда;

- чувствительного к нагреву - для приемной навески 17, обеспечивающей возможность задействования (поджига) нагревателя.

Устройство, представленное на фиг.2, содержит трубопровод 18 со средней частью 19, установленной в коллекторе 7, и частями 20, 21, предназначенными для соединения трубопровода соответственно с патрубком 2 устройства и источником рабочего газа. Средняя часть 19 трубопровода 18 выполнена в виде винтовой пружины и используется в качестве нагревательного элемента 16.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом.

При подаче команд на срабатывание от импульсов электрического тока (напряжения), передаваемых по соединительным электрическим линиям (не показаны), или продуктов горения, передаваемых по огнепроводным цепям от промежуточной пиротехнической навески дополнительного пиропатрона (не показан), через патрубок 4 поджигается приемная навеска 17 нагревателя, а затем включается внешний источник рабочего газа (не показан). Рабочий газ от источника газа по внешнему трубопроводу (не показан) через патрубок 2 попадает внутрь корпуса 1, где через отверстие 13 в корпусе 1 и зазор 14 между камерой 5 и корпусом 1 доходит до стенок камеры.

После поджига приемной навески 17 срабатывает основной заряд нагревателя. При этом разогреваются стенки коллектора 7. За счет этого происходит подогрев, в первую очередь, части ТРС 8, находящейся в отверстиях 9 и каналах 10 коллектора 7 и вблизи его поверхностей, контактирующих с ТРС.

В это же время под действием давления рабочего газа стенки камеры 5 отходят от внутренней поверхности корпуса 1, и затем камера 5 выворачивается (конечное и промежуточные положения стенки камеры не показаны) до упора цилиндрической стенки камеры в поверхности внутренней полости корпуса 1, а донышка - в коллектор 7. В процессе выворачивания камеры 5 возрастающее давление подогретой ТРС 8, поступающей через отверстия 9 и каналы 10, воздействует на герметизирующий элемент (колпачок) 15. При этом после достижения заданного уровня давления прорывается мембрана. Под действием давления рабочего газа подогретая ТРС 8 через выходной патрубок 3 по мере выдавливания из внутренней полости корпуса 1 поступает к месту ее потребления (вид колпачка 15 с разрушенной мембраной и место потребления ТРС не показаны).

В процессе дальнейшего возрастания давления находящаяся в камере ТРС 8, проходя отдельными струями через отверстия 9 и каналы 10, продолжает подогреваться и таким образом полностью выдавливается к потребителю.

За счет подогрева в местах расположения отверстий и каналов коллектора 7 обеспечивается уменьшение вязкости ТРС. При этом возрастает скорость ее транспортирования. В результате существенно сокращается время работы устройства, что особенно заметно, когда устройство срабатывает в условиях эксплуатации при отрицательной температуре.

Устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом.

При подаче команды на срабатывание от импульса электрического тока (напряжения), передаваемого по соединительной электрической линии (не показана), или каким-либо другим способом включается внешний источник рабочего газа, выполненный в виде газогенератора (не показан), который начинает выделять горячий генераторный газ. При поступлении от источника газа через части 21, 19 и 20 трубопровода 18, отверстие 13 в корпусе 1 и зазор 14 между камерой 5 и корпусом 1 рабочий газ доходит до камеры. В это же время за счет отбора части тепла от проходящего по трубопроводу 18 горячего рабочего газа происходит нагрев его средней части 19, выполненной в виде винтовой пружины и используемой в качестве нагревательного элемента 16.

При этом ТРС 8, находящаяся в коллекторе 7 и вблизи его поверхностей, разогревается. Под действием возрастающего давления рабочего газа стенки камеры 5 отходят от корпуса 1. После этого камера 5 обжимается и деформируется до упора стенок в коллектор 7 (конечное и промежуточные положения стенок камеры не показаны). В процессе обжатия камеры 5 подогретая ТРС 8 через отверстия 11 и 12 в коллекторе 7 выдавливается в направлении выходного патрубка 3. При этом после достижения заданного уровня давления прорывается мембрана колпачка 15, установленного в выходном патрубке.

Под действием давления рабочего газа ТРС 8 по мере выдавливания поступает к месту ее потребления (вид колпачка 15 с разрушенной мембраной и место потребления ТРС не показаны). В процессе дальнейшего возрастания давления находящаяся в камере ТРС, проходя отдельными струями через отверстия 11 и 12 в коллекторе 7, продолжает подогреваться и таким образом полностью выдавливается из устройства.

За счет подогрева в коллекторе 7 и вблизи его поверхностей обеспечивается уменьшение вязкости ТРС. При этом возрастает скорость ее транспортирования. В результате сокращается время работы устройства, что проявляется наиболее эффективно, когда устройство срабатывает в условиях эксплуатации при отрицательной температуре.

Для повторного срабатывания устройств, представленных на фиг.1 и 2, камера 5 вновь заполняется заданным количеством ТРС 8, а колпачок 15 с разрушенной мембраной и нагревательный элемент 16 (фиг.1) заменяются. Для изготовления камеры 5 используется резиновая смесь. Корпус 1, коллектор 7 и колпачок 15 изготавливаются из алюминиевых сплавов. Трубопровод 18 изготавливается из стальной трубки с наружным диаметром 1 мм.

В случае выполнения конструкции согласно предлагаемому изобретению достигается следующий технический результат:

- уменьшение до 10 раз времени срабатывания устройства при эксплуатации в условиях отрицательной температуры с использованием жидкостей, имеющих в этих условиях высокую вязкость;

- повышение надежности работы устройства при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации за счет снижения разброса времени срабатывания без увеличения давления рабочего газа.