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 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, 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.

Этого недостатка лишено герметизированное устройство, содержащее корпус, с наружного 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 (заявка Российской федерации №2011145589, МПК G01M 3/00, опубл. 20.05.2013 г.), выбранное в качестве прототипа. Фиксация пальца в обоих положениях осуществляется радиальными выступами пальца, размещаемыми в одной из двух соответствующих проточек корпуса.

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

Задачей, решаемой заявленным устройством, является упрощение конструкции и снижение габаритов и массы.

Этот результат достигается за счет того, что в известном герметизированном устройстве, содержащем корпус, с наружного 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, согласно изобретению, 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, при этом длина пальца выполнена большей или равной расстоянию от упора до дальнего от него торца первой уплотнительной канавки, но меньшей или равной расстоянию от упора до ближнего к нему торца второй уплотнительной канавки, а длина цилиндрической наружной поверхности пальца выполнена большей или равной расстоянию между наиболее удаленными друг от друга торцами первой и второй уплотнительных канавок.

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 наружного торца 2 которого имеется расточка 3, сообщенная с внутренней полостью 4 корпуса 1. В расточке 3 размещен палец 5, два радиальных уплотнительных кольца 6 и 7 из эластомерного материала, последовательно установленных соответственно в первой 8, ближайшей к внутренней полости 4, и второй 9 уплотнительных канавках расточки 3 с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности 10. На корпусе 1 размещен штуцер 11 подвода текучей среды с каналом 12, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 на участке между первой 8 и второй 9 уплотнительными канавками. Палец 5 с ближайшего к внутренней полости 4 торца 13 снабжен фаской 14 и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1 и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал 12 штуцера 11 сообщен с внутренней полостью 4 корпуса 1 (показано на фиг.1), и конечном, при котором канал 12 штуцера 11 изолирован от нее (показано на фиг.2). Устройство содержит также упор 15 для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении. Вся наружная поверхность 10 пальца 5 выполнена цилиндрической (в прототипе она была снабжена выступами, выходящими за пределы цилиндрической поверхности). Упор 15 для ограничения осевого перемещения пальца 5 в его конечном положении выполнен в расточке 3 и размещен между первой 8 уплотнительной канавкой и внутренней полостью 4, в данном примере конкретного исполнения он выполнен в виде торца на переходе между разными диаметрами расточки 3, но может быть выполнен и в виде отдельного элемента - например стопорного кольца, размещенного в канавке расточки 3. Дальний от внутренней полости 4 конец 16 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 10 пальца. Длина пальца L выполнена большей или равной расстоянию h от упора 15 до дальнего от него торца 17 первой 8 уплотнительной канавки, но меньшей или равной расстоянию g от упора 15 до ближнего к нему торца 18 второй 9 уплотнительной канавки, а длина b цилиндрической наружной поверхности 10 пальца 5 выполнена большей или равной расстоянию w между наиболее удаленными друг от друга торцами первой 8 и второй 9 уплотнительных канавок, т.е. торцами 19 и 20. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 21 с вентилем 22 и манометром 23.

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 7 уплотняет наружную цилиндрическую поверхность 10 пальца 5, уплотнительное кольцо 6 не контактирует с этой цилиндрической поверхностью, что обеспечивает сообщение канала 12 с внутренней полостью 4. В этом положении через канал 12 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. Затем, закрыв вентиль 22, палец 5 осевым движением до упора 15 перемещают в конечное положение, показанное на фиг.2. Уплотнительное кольцо 6 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 12 с полостью 4. Поскольку длина пальца L выполнена меньшей или равной расстоянию g от упора 15 до ближнего к нему горца 18 второй 9 уплотнительной канавки, то канал 12 отделен от атмосферы только кольцевым зазором между расточкой 3 и пальцем 5, уплотнительное кольцо 7 в этом положении не уплотняет палец, так как не контактирует с его наружной цилиндрической поверхностью 10. В этом положении возможно отсоединение магистрали подвода от штуцера 11, 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 7 из эластомерного материала. Поскольку диаметр поперечного сечения эластомерного уплотни тельного кольца 7 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 10 пальца 5 при перемещении его в конечное положение выйдет из контакта с кольцом 7, то сечение кольца 7 вернется к исходному, недеформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг.2, т.е. будет выступать внутрь расточки 3. Это же кольцо 7, 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 10 может выйти из контакта с уплотнительным кольцом 6, что привело бы к разгерметизации внутренней полости 4 через канал 12. Поскольку дальний от внутренней полости 4 конец 16 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 10, то обратное осевое перемещение пальца 5 возможно только после того, как его прямой угол между плоским концом 16 и наружной цилиндрической поверхностью 10 срежет выступающую внутрь расточки 3 часть уплотнительного кольца 7, а это требует значительного осевого усилия на пальце 5, которому просто неоткуда взяться. Действительно, диаметр расточки 3 выбирают возможно меньшим, но обеспечивающим возможность обработки канавок 8 и 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 7, составляет десятки килограммов. Необходимость выполнения длины пальца L большей или равной расстоянию h от упора 15 до дальнего от него торца 17 первой 8 уплотнительной канавки связана с тем, что в конечном положении пальца всегда должно обеспечиваться уплотнение наружной поверхности 10 пальца 5 кольцом 6, а длина b цилиндрической наружной поверхности 10 пальца 5 должна быть большей или равной расстоянию w между наиболее удаленными друг от друга торцами первой 8 и второй 9 уплотнительных канавок, т.е. торцами 19 и 20, для того чтобы во время осевого перемещения пальца 5 и деформации им при этом кольца 6 до того момента, как цилиндрическая поверхность 10 пальца 5 полностью перекроет канавку 8, что является условием нормального уплотнения кольцом 6, уплотнительное кольцо 7 уплотняло бы поверхность 10 пальца, чтобы избежать сообщения внутренней полости 4 с атмосферой во время процесса движения пальца к полости 4. Наличие фаски 14 необходимо для обеспечения неразрушения колец 6 и 7 при движении пальца и требуется стандартами. Конкретное значение диаметра расточки 5 и давления в полости 4, при котором обеспечивается нормальная работа устройства, обеспечивается методами обычного проектирования, размеры колец 6 и 7, канавок 8 и 9 и фаски 14 стандартизованы.

В результате использования изобретения существенно упрощается его конструкция, так как устраняются выступы на наружной поверхности и специальные элементы фиксации пальца в конечном положении, поскольку функцию фиксации выполняет уплотнительное кольцо 7. Также снижается длина пальца - в прототипе палец всегда был в контакте с дальним от полости уплотнительным кольцом, в заявленном решении - только в исходном положении. Снижается и длина расточки 3, так как отсутствуют специальные элементы фиксации - проточки в прототипе. Снижение габаритов приводит и к снижению массы. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.