Результат интеллектуальной деятельности: ГЕРМЕТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО

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 торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее (патент Российской Федерации №2488789, МПК: G01M 3/00, 27.07.2013 г.). Фиксация пальца в обоих положениях осуществляется радиальными выступами пальца, размещаемыми в одной из двух соответствующих проточек корпуса.

Недостатком такого герметизированного устройства являются сложность конструкции за счет необходимости изготовления радиальных выступов на пальце и проточек под них в корпусе и значительные габариты и масса, что нежелательно в изделиях ракетно-космической техники.

Этого недостатка лишено выбранное в качестве прототипа герметизированное устройство, содержащее корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в первой, ближайшей к внутренней полости, и второй уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении (заявка Российской федерации №2013152577, МПК: G01H 3/00, опубл. 10.06.2015 г.). Вся наружная поверхность пальца выполнена цилиндрической, упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении выполнен в расточке и размещен между первой уплотнительной канавкой и внутренней полостью, дальний от внутренней полости конец пальца выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности пальца.

Недостатком такого герметизированного устройства является его нетехнологичность при многократном использовании, что требуется для определенного круга агрегатов ракетно-космической техники при проведении, например, периодических проверок агрегатов во время их хранения, так как при необходимости каждого последующего использования устройства извлечение пальца влечет за собой срезание ближайшего к торцу корпуса уплотнительного кольца с последующей его заменой на новое.

Задачей, решаемой заявленным устройством, является повышение технологичности устройства при многократном его использовании.

Технический результат достигается за счет того, что в герметизированном устройстве, содержащем корпус, с торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два установленных в расточке с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, первое из которых размещено в канавке расточки, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первым и вторым радиальными уплотнительными кольцами, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца, согласно изобретению в расточке со стороны торца корпуса выполнена двухступенчатая проточка, ширина первой ступени выполнена равной ширине канавки расточки, диаметр первой ступени выполнен равным наружному диаметру канавки расточки, а диаметр второй, выходящей на торец корпуса, ступени двухступенчатой проточки выполнен большим диаметра первой ступени проточки, внутри второй ступени двухступенчатой проточки соосно расточке размещена втулка с упором в уступ между ступенями двухступенчатой проточки, при этом втулка снабжена фиксатором осевого положения, размещенным за пределами цилиндра, образованного поверхностью расточки, и второе уплотнительное кольцо размещено внутри первой ступени двухступенчатой проточки, а внутренний диаметр втулки выполнен равным диаметру расточки.

На фиг. 1 приведен пример конкретного выполнения устройства в исходном положении, продольный разрез, на фиг. 2 - то же, в конечном положении.

Герметизированное устройство содержит корпус 1, с торца 2 которого имеется расточка 3, сообщенная с внутренней полостью 4 корпуса 1. В расточке 3 размещен палец 5 с наружной цилиндрической поверхностью 6, два радиальных уплотнительных кольца 7 и 8 из эластомерного материала, установленных с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности 6. Первое 7 уплотнительное кольцо размещено в канавке 9 расточки 3. На корпусе 1 размещен штуцер 10 подвода текучей среды с каналом 11, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 на участке между уплотнительными кольцами 7 и 8. Палец 5 с ближайшего к внутренней полости 4 торца 12 снабжен фаской 13 и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1 и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал 11 штуцера 10 сообщен с внутренней полостью 4 корпуса 1 (показано на фиг. 1), и конечном, при котором канал 11 штуцера 10 изолирован от нее (показано на фиг. 2). В расточке 3 между канавкой 9 и внутренней полостью 4 выполнен упор 14 для ограничения осевого перемещения пальца 5 в его конечном положении. В расточке 3 со стороны торца 2 корпуса 1 выполнена двухступенчатая проточка 15, ширина первой ступени 16 выполнена равной ширине канавки 9 расточки 3, диаметр первой ступени 16 выполнен равным наружному диаметру канавки 9 расточки 3, а диаметр второй, выходящей на торец корпуса, ступени 17 двухступенчатой проточки 15 выполнен большим диаметра первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15. Внутри второй ступени 17 двухступенчатой проточки 15 соосно расточке 3 размещена втулка 18 с упором в уступ 19 между ступенями двухступенчатой проточки, при этом втулка 18 снабжена фиксатором осевого положения 20, в данном примере - в виде пружинного стопорного кольца. Фиксатор осевого положения 20 размещен за пределами цилиндра 21, образованного поверхностью расточки 3. Второе 8 уплотнительное кольцо размещено внутри первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15, а внутренний диаметр втулки 18 выполнен равным диаметру расточки 3. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 22 с вентилем 23 и манометром 24. Аналогично устройству-прототипу длина пальца L выполнена большей или равной расстоянию h от упора 14 до дальнего от него торца 25 канавки 9, но меньшей или равной расстоянию g от упора 14 до торца 26 первой ступени 16 двухступенчатой проточки 15. Длина b цилиндрической наружной поверхности 6 пальца 5 выполнена большей или равной расстоянию w между ближайшим к полости 4 торцом 27 канавки 9 и уступом 19. Дальний от внутренней полости 4 конец 28 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 6 пальца.

Герметизированное устройство работает следующим образом. В исходное положение, показанное на фиг. 1, палец 5 помещают путем его осевого перемещения технологическими средствами, например упором (не показан). Уплотнительное кольцо 8 размещено в полости, образованной первой ступенью 16 двухступенчатой проточки 15 и торцом втулки 18. Поскольку геометрические размеры этой полости равны геометрическим размерам канавки 9 (размеры уплотнительных канавок стандартизованы), то кольцо 8 работает так же, как если бы оно располагалось не в «составной», как в заявленном техническом решении, а в обычной, выполненной по стандартам, уплотнительной канавке. Поскольку механизм герметизации в радиальных уплотнениях обеспечивается за счет поджатия уплотнительного кольца к наружному диаметру канавки и к наружному диаметру уплотняемой втулки (см., например, «Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник» / Л.А. Кондаков, Л.И. Голубев, В.Б. Овандер, и др. Под общ. ред. А.И. Голубева, Л.А. Кондакова. - М.: Машиностроение, 1986, стр. 112-113, рис. 3.4.), то наличие зазора между уступом 19 и торцом втулки 18 не влияет на нормальную работу уплотнительного кольца 8, так как этот зазор имеет величину, не большую, чем зазор между расточкой 3 и цилиндрической поверхностью 6 пальца 5, и испытательная среда (при заправке в исходном положении из магистрали 22) отделена материалом кольца 8, поджатого к поверхности первой ступени 16 и к цилиндрической поверхности 6, от ближайшего к нему торца втулки 18. Уплотнительное кольцо 7 не контактирует с цилиндрической поверхностью 6, что обеспечивает сообщение канала 11 с внутренней полостью 4. В этом положении через канал 11 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. Затем, закрыв вентиль 23, палец 5 осевым движением перемещают в конечное положение, показанное на фиг. 2. Уплотнительное кольцо 7 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 11 с полостью 4. Поскольку длина пальца L выполнена меньшей или равной расстоянию g, то канал 11 отделен от атмосферы только кольцевым зазором между расточкой 3 и пальцем 5, уплотнительное кольцо 8 в этом положении не уплотняет палец, так как не контактирует с его наружной цилиндрической поверхностью 6. В этом положении возможно отсоединение магистрали подвода от штуцера 10, испытание герметичности полости 4, заполненной испытательной средой, и дальнейшая эксплуатация устройства по его прямому назначению. При этом обратное осевое перемещение пальца в направлении от полости 4 ограничивается уплотнительным кольцом 8 из эластомерного материала. Поскольку диаметр поперечного сечения эластомерного уплотнительного кольца 8 больше, чем глубина канавки 9 (а это справедливо всегда для эластомерных колец и является основой их правильной работы в качестве уплотнений, то после того, как наружная цилиндрическая поверхность 6 пальца 5 при перемещении его в конечное положение выйдет из контакта с кольцом 8, сечение кольца 8 вернется к исходному не деформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг. 2, т.е. будет выступать внутрь расточки 3. Это же кольцо 8, служащее в качестве уплотнительного в исходном положении, теперь приобретает в конечном положении функцию фиксатора пальца 5 от перемещения его в направлении от полости 4 до положения, когда поверхность 6 может выйти из контакта с уплотнительным кольцом 7, что привело бы к разгерметизации внутренней полости 4 через канал 11. Поскольку дальний от внутренней полости 4 конец 28 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 6, то обратное осевое перемещение пальца 5 возможно только после того, как его прямой угол между плоским концом 28 и наружной цилиндрической поверхностью 6 срежет выступающую внутрь расточки 3 часть уплотнительного кольца 8, а это требует значительного осевого усилия на пальце 5, которому просто неоткуда взяться. Действительно, диаметр расточки 3 выбирают возможно меньшим, но обеспечивающим возможность обработки канавки 9. При диаметре расточки d-6 мм это требование легко выполняется. Испытательное давление, подаваемое в полость 4, обычно не превышает значения р=2 кГ/см² (абсолютное давление). Поэтому максимальное усилие давления среды в полости 4 на палец 5 достигается только тогда, когда устройство работает в наружном вакууме. И в этом самом неблагоприятном случае усилие давления F составит около

F=p⋅π⋅d²/4=0,565 кГ.

В то же время усилие, необходимое для срезания выступающей внутрь расточки части кольца 8, составляет десятки килограммов. Выполнение пальца длиной L, большей или равной расстоянию h, необходимо для того, чтобы в конечном положении пальца всегда бы обеспечивалось уплотнение наружной поверхности 6 пальца 5 кольцом 7, а выполнение цилиндрической наружной поверхности 6 пальца 5 длиной b, большей или равной расстоянию w, необходимо для того, чтобы во время осевого перемещения пальца 5 и деформации им при этом кольца 7 до того момента, как цилиндрическая поверхность 6 пальца 5 полностью перекроет канавку 9, что является условием нормального уплотнения кольцом 7, уплотнительное кольцо 8 уплотняло бы поверхность 6 пальца, чтобы избежать сообщения внутренней полости 4 с атмосферой во время процесса движения пальца к полости 4. Наличие фаски 13 необходимо для обеспечения неразрушения колец 7 и 8 при движении пальца и требуется стандартами. Конкретное значение диаметра расточки 3 и давления в полости 4, при котором обеспечивается нормальная работа устройства, обеспечивается методами обычного проектирования, размеры колец 7 и 8, канавки 9 и фаски 13 стандартизованы. При необходимости повторного или многократного использования устройства вынимают фиксатор 20 (стопорное кольцо) из двухступенчатой проточки 15, затем извлекают втулку 18, кольцо 8 и палец 5 (закрепившись, например, за выполненное на его конце глухое резьбовое отверстие - не показано). Соответственно, кольцо 8 при этом не теряет своей целостности и может быть использовано повторно или многократно. После этого вновь устанавливают кольцо 8, втулку 18 и фиксатор 20 и устанавливают палец 5 в исходное, показанное на фиг. 1, положение. Повторное использование выполняют по вышеописанному алгоритму. Размещение фиксатора осевого положения за пределами цилиндра, образованного поверхностью расточки, обеспечивает возможность установки пальца 5 в расточку 3.

В результате использования изобретения повышается его технологичность при многократном использовании, т.к. при этом не происходит срезания кольца 8 (что неизбежно в прототипе) и не требуется его замена на новое, что приводит к снижению затрат и независимости от поставки комплектующих. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.