СМОТРОВОЕ ОКНО

Изобретение относится к технике высоких давлений и может быть использовано для передачи изображения из области высокого динамического давления в область низкого давления с одновременным препятствием проникновению среды из одной области в другую.

Известно смотровое окно со светопрозрачным элементом, имеющим форму усеченного конуса, которое предназначено для работы в условиях высоких давлений (см. кн. "Несущие и светопрозрачные элементы конструкций из стекла" под ред. Г.С.Писаренко. Киев. "Наукова Думка". 1987. стр.101 рис.47). Конструктивно смотровое окно выполнено в виде светопрозрачного элемента, который сопрягается конической поверхностью с оправой и крепится к ней посредством фланца и болтов. Герметизация достигается с помощью резинового уплотнительного кольца, которое для обеспечения герметичности в начальный момент при сборке слегка деформируется фланцем. Далее, когда давление повышается, обеспечивается самоуплотнение смотрового окна.

Недостатком этого смотрового окна является его низкая стойкость к воздействию ударно-волновых нагрузок, а именно:

1) наличие непосредственного контакта светопрозрачного элемента с оправой, изготовленной из более прочного и твердого материала, чем светопрозрачный элемент, является дополнительным концентратором напряжений, что приводит к резкому снижению механической прочности светопрозрачного элемента;

2) возникающие в элементах конструкции смотрового окна знакопеременные нагрузки могут привести к появлению зазора в зоне контакта светопрозрачного элемента с оправой, при этом происходит потеря герметичности смотрового окна и попадание среды из области высокого давления в область низкого давления;

3) конструкция смотрового окна предполагает использование светопрозрачного элемента, изготовленного из материала типа оргстекла, что накладывает ограничения на температурный диапазон использования смотрового окна.

Также известно смотровое окно с опорным кольцом, предназначенное для работы в условиях высоких давлений (см. кн. "Несущие и светопрозрачные элементы конструкций из стекла " под ред. Г.С.Писаренко. Киев. "Наукова Думка". 1987. стр.124 рис.64). Конструктивно окно выполнено в виде светопрозрачного элемента цилиндрической формы, который сопрягается плоской торцовой поверхностью через металлическое опорное кольцо с плоской поверхностью оправы, имеющей смотровое отверстие, и крепится к оправе посредством фланца и болтов. Для осуществления герметизации между торцовыми поверхностями светопрозрачного элемента и оправы установлено резиновое кольцо, которое препятствует проникновению рабочей среды между опорным кольцом и светопрозрачным элементом, а также между оправой и опорным кольцом.

Это смотровое окно принимается за прототип как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.

Недостатком этого смотрового окна также является его недостаточная стойкость к воздействию ударно-волновых нагрузок, а именно:

1) наличие непосредственного контакта цилиндрической поверхности светопрозрачного элемента с металлической оправой является дополнительным концентратором напряжений в соединении, что может привести при деформации светопрозрачного элемента под действием высокого давления к его разрушению, и в первую очередь, в зоне размещения уплотнительного элемента, что приведет к нарушению герметичности смотрового окна;

2) возникающие в элементах конструкции смотрового окна знакопеременные нагрузки могут также привести к разрушению светопрозрачного элемента в зоне его контакта с металлическим крепежным фланцем и появлению зазоров между сопрягаемыми поверхностями элементов конструкции с уплотнительным кольцом, при этом произойдет потеря герметичности смотрового окна и попадание среды из области высокого давления в область низкого давления.

Решаемой технической задачей является повышение несущей способности конструкции с сохранением ее герметичности при воздействии на нее ударно-волновых нагрузок.

Поставленная техническая задача решается тем, что в смотровом окне, содержащем светопрозрачный элемент цилиндрической формы, опорное кольцо, оправу и уплотнительный элемент, светопрозрачный элемент установлен в обойме из пластичного материала, которая состоит из втулки и двух защитных шайб, на цилиндрическую поверхность светопрозрачного элемента между втулкой и защитными шайбами установлены уплотнительные элементы, с каждой торцовой стороны обоймы установлены опорное кольцо, имеющее отбортовку по кромке отверстия, и упругий элемент, опорное кольцо контактирует с защитной шайбой по всей ее торцовой поверхности, крепление деталей в оправе осуществляется посредством гайки или фланца, закрепленного на оправе посредством болтов. Упругий элемент может быть выполнен в виде тарельчатой пружины. Возможна установка регулировочной прокладки между опорным кольцом и упругим элементом.

Размещение светопрозрачного элемента в обойме из пластичного материала, состоящей из втулки, расположенной на цилиндрической поверхности, и двух защитных шайб, расположенных на торцах, позволяет устранить непосредственный контакт светопрозрачного элемента с металлической оправой и опорными кольцами, что существенно снижает образование концентраторов напряжений, влияющих на механическую прочность светопрозрачного элемента. Выполнение опорного кольца с отбортовкой кромки отверстия, установка опорных колец с обеих сторон светопрозрачного элемента с обеспечением контакта по всей торцовой поверхности защитных шайб, установка упругого элемента между гайкой и опорным кольцом, а также между оправой и опорным кольцом, установка регулировочной прокладки между упругим элементом и опорным кольцом, крепление всех конструктивных элементов, установленных в оправе, с помощью гайки (фланца) позволяет получить требуемый уровень обжатия светопрозрачного элемента с обеспечением термокомпенсации, а также позволяет сдемпфировать пиковые составляющие ударно-волновых нагрузок, воздействующие на светопрозрачный элемент. Установка уплотнительных элементов на цилиндрическую поверхность светопрозрачного элемента между защитными шайбами и втулкой обеспечивает надежную герметизацию светового окна при воздействии на него ударно-волновых нагрузок.

На чертеже показано световое окно в разрезе.

Световое окно имеет оправу 1, внутри которой размещен светопрозрачный элемент 2 с установленными на нем втулкой 3, защитными шайбами 4 и уплотнительными элементами 5. Крепление светопрозрачного элемента 2 в оправе 1 произведено посредством гайки 6 через установленные с двух сторон светопрозрачного элемента 2 тарельчатую пружину 7 и опорное кольцо 8, контактирующее по всей ее торцевой поверхности с защитной шайбой 4, и регулировочную прокладку 9.

Работает смотровое окно следующим образом:

- при сборке подбором толщины регулировочной прокладки 9 обеспечивают требуемый уровень обжатия светопрозрачного элемента 2;

- при воздействии ударно-волновой нагрузки на световое окно в начальный момент светопрозрачный элемент 2 перемещается внутри оправы 1 на возможную величину обжатия тарельчатой пружины 7, при этом гасятся пиковые составляющие ударно-волновой нагрузки, что улучшает условия работы светопрозрачного элемента 2 при резком повышении давления среды, причем взаимодействие светопрозрачного элемента 2 с металлическими элементами конструкции светового окна через пластичные элементы обоймы (втулку 3 и защитные шайбы 4) снижает уровень воздействия на него концентраторов напряжений, находящихся в зоне контакта сопрягаемых поверхностей;

- уплотнительные элементы 5 на всех стадиях нагружения смотрового окна находятся в постоянном контакте с оправой 1 и светопрозрачным элементом 2, при этом обеспечивается надежная герметизация смотрового окна.

Было изготовлено несколько лабораторных образцов смотрового окна, которые прошли экспериментальную отработку на ударно-волновое воздействие (взрыв), при этом смотровое окно обеспечило передачу изображения из области высокого давления в область низкого давления с одновременным препятствием проникновению среды из одной области в другую.