Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЗАДАННОЙ ВЕЛИЧИНЫ ВНУТРЕННЕГО ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, к устройствам зашиты от разрушения гермофюзеляжей летательных аппаратов при испытаниях их на прочность внутренним избыточным давлением.

Известны общепромышленные предохранительные грузовые клапаны, например КПС-0.7, в основу работы которых положен метод уравновешивания весом запорного элемента (затвора) давления газа, действующего на этот запорный элемент со стороны предохраняемого объекта (парового котла и т.п.).

Недостатками предохранительных клапанов грузового типа является малая точность срабатывания, большая величина груза (т.е. громоздкость конструкции при создании такого вида клапанов на большие проходные сечения диаметром 200÷600 мм) и трудоемкость перестройки их работы с одного уровня давления на другой. Например, при диаметре седла предохранительного клапана 400 мм груз, давящий на затвор, при давлении срабатывания 0,65 атм должен быть весом 816 кг.

Широко известны предохранительные клапаны, в которых давление газа со стороны предохраняемого объекта уравновешивается силой сжатия пружины, настроенной на заданный уровень предельного давления. К этому классу клапанов, в частности, относятся предохранительные клапаны в системе кондиционирования воздуха на летательных аппаратах, например клапан предохранительный 4617. Расход воздуха через этот клапан при избыточном давлении 0,95 кгс/см² и температуре 20±10°C от 80 до 100 кг/ч.

Открытие клапана происходит при давлении (0,95+0,05) кг/см, закрытие (0,95-0,05) кг/см. Погрешность открытия клапана в переводе на высоту водяного столба составляет 500 мм.

Недостатками указанных клапанов является малый с точки зрения прочностных испытаний расход воздуха, невысокая точность работы из-за изменения усилия при сжатии пружины, а также зависимость ее жесткости от температуры. Из приведенного выше примера видно, что погрешность срабатывания клапана превышает 5%. Технология испытаний гермофюзеляжей современных крупногабаритных самолетов требует наличия в составе стендового оборудования предохранительных устройств с большими проходными сечениями для обеспечения безопасности испытаний в случае возникновения аварийных ситуаций в линиях подачи сжатого воздуха в фюзеляже. Необходимый диапазон расходов воздуха через предохранительные клапаны при наземных испытаниях различных типов гермофюзеляжей находится в диапазоне от 600 до 6000 кг/час, при перепаде давления на клапанах от 0,6 до 0,95 кг/см², т.е. минимум в десятки раз превышает возможности штатного оборудования летательных аппаратов и промышленных клапанов пружинного типа, что практически исключает их применение как защитных средств в системах наддува гермофюзеляжей при испытаниях.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство защиты полых изделий от превышения заданной величины избыточного давления, построенное на основе гидрозатвора.

Такое устройство защиты используется в системе пневматического нагружения фюзеляжа летательного аппарата, описанное в патенте РФ №2416075, МПК G01M 5/00, "Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость". В этой установке для защиты фюзеляжа от перегрузки внутренним избыточным давлением сжатого воздуха установлен гидрозатвор. Герметичный нижний бак этого гидрозатвора, заполненный водой, трубопроводом связан с фюзеляжем, а уровень срабатывания гидрозатвора задан высотой мерной трубы, входящей в его состав и соединенной с верхним баком. При увеличении давления в гермофюзеляже вода из герметического бака выдавливается в мерную трубу. При программной величине давления в гермофюзеляже уровень воды в мерной трубе не достигает ее верхнего конца. Если в случае аварийной ситуации давление в гермофюзеляже вырастет выше программного, вода поднимается до верхнего конца мерной трубы и выплескивается из гидрозатвора в верхний бак. В результате этого воздух из гермофюзеляжа через освободившуюся от воды мерную трубу будет выходить в атмосферу. Диаметры мерной трубы и трубопровода в зависимости от размеров испытуемых изделий достигают 200÷600 мм.

Достоинством гидрозатвора является высокая точность его срабатывания, значительно большая чем 500 мм водяного столба, а именно 50 мм водного столба.

Недостатки - конструктивная громоздкость, необходимость в большом количестве воды и трудоемкость перестройки с одного уровня срабатывания на другой.

Причиной указанного недостатка является совмещение в водяном столбе гидрозатвора двух функций, функции затвора предохранительного устройства и функции задатчика величины давления срабатывания предохранительного устройства.

Техническим результатом предлагаемого устройства является многократное снижение конструктивных размеров предохранительных устройств при сохранении высокой точности срабатывания за счет разделения указанных выше функций и простота переналадки с одной величины заданного давления на другую.

Технический результат достигается тем, что в устройство защиты полых изделий от превышения заданной величины внутреннего избыточного давления газа, включающее в свой состав гидрозатвор, содержащий нижний и верхний баки, соединенные между собой трубопроводом, дополнительно введены клапан и регулируемый вентиль, причем клапан состоит из запорного элемента и камеры, образованной крышкой клапана и гибкой мембраной, при этом седло запорного элемента является частью корпуса клапана, а затвор запорного элемента посредством штока соединен с гибкой мембраной, кроме того, внутренний объем камеры соединен гибкими трубопроводами с входами самого клапана и нижнего бака гидрозатвора, трубопровод гидрозатвора выполнен в виде гибкого шланга, а на трубопроводе, соединяющем камеру с входом клапана, расположен регулируемый вентиль.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из гидрозатвора, включающего в свой состав нижний герметичный бак 1, верхний негерметичный бак 2 и трубопровод 3 (мерную трубу), их соединяющий, корпуса 4 клапана, седла 5, совмещенного с корпусом 4 клапана, камеры 6, образованной крышкой 7 клапана и гибкой мембраной 8. Затвор 9 клапана соединен с мембраной 8 штоком 10. Камера 6 гибкими трубопроводами 11, 12, соответственно, соединена с входами клапана и нижнего бака гидрозатвора. Корпус 4 клапана и его крышка 7 герметично соединены. В корпусе клапана сделаны отверстия для прохода воздуха в атмосферу в случае его срабатывания. На гибком трубопроводе 11 расположен регулируемый вентиль 13. Седло 5 и затвор 9 образуют запорный элемент клапана. Трубопровод 3 выполнен в виде гибкого шланга.

Работает устройство следующим образом. Предварительно нижний герметичный бак гидрозатвора заполняют жидкостью (водой) в количестве, необходимом для создания гидростатического столба жидкости, обеспечивающего заданную величину давления срабатывания клапана. Верхний бак при наличии гибкого трубопровода гидрозатвора размещают на требуемой высоте. Седло 5 клапана закрывается затвором 9 под весом самого затвора и штока 10.

Воздух от защищаемого объекта поступает на вход клапана, а также по трубопроводам 11, 12 в камеру 6 и на вход в нижний бак 1 гидрозатвора. Площадь мембраны 8 не менее чем на 10% больше площади седла 5, поэтому затвор 9 во время работы сильнее прижимается к седлу 5 и не дает воздуху выходить из объекта в атмосферу. Кроме того, поступая в нижний бак гидрозатвора по трубопроводу 12, воздух выжимает жидкость из нижнего бака 1 в гибкий трубопровод 3 гидрозатвора. Давление в объекте может расти и поддерживаться на уровне, не превышающем высоту столба жидкости, ограниченную верхним концом гибкого трубопровода 3, находящегося в верхнем баке 2 гидрозатвора. Если давление в объекте превысит допустимый уровень, вода из гидрозатвора выльется в верхний бак и камера 6 через трубопровод 12 и гидрозатвор соединится с атмосферой. Давление в камере 6 упадет, и затвор 9 от давления на его нижнюю поверхность откроется и соединит защищаемый объект с атмосферой.

Для надежного срабатывания предохранительного клапана на трубопроводе 11 устанавливается регулируемый вентиль 13 для согласования гидравлических сопротивлений трубопроводов 3, 11, 12. Был изготовлен и опробован опытный образец устройства защиты полых изделий от превышения заданной величины внутреннего избыточного давления газа, подтвердивший заявленные технические характеристики.