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 является 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 значительные осевые габариты его расточки, что вызвано необходимостью выполнения упора в расточке и размещения в ней пальца по всей его длине. Поэтому увеличивается толщина и масса корпуса в месте расположения расточки. Другим недостатком прототипа является низкая технологичность расточки за сет выполнения в ней упора.

Задачей, решаемой заявленным устройством, является снижение габаритов и массы и повышение технологичности.

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 с наружной цилиндрической поверхностью и фаской на ближайшем к внутренней полости торце, 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 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, согласно изобретению расточка выполнена с постоянным диаметром по всей ее длине до выхода во внутреннюю полость корпуса, на дальнем от внутренней полости конце пальца выполнена проточка шириной не менее ширины уплотнительных канавок, торцы которой выполнены плоскими и перпендикулярными цилиндрической поверхности пальца, при этом ближайший к внутренней полости торец проточки удален от кромки фаски пальца на расстояние, большее или равное расстоянию между наиболее удаленными друг от друга торцами первой и второй уплотнительных канавок, а диаметр проточки D₁≤D-2d, где D наружный диаметр уплотнительных канавок, a d - диаметр сечения уплотнительного кольца

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, последовательно установленных соответственно в первой 9, ближайшей к внутренней полости 4, и второй 10 уплотнительных канавках расточки 3 с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности 6. На корпусе 1 размещен штуцер 11 подвода текучей среды с каналом 12, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 на участке между первой 9 и второй 10 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). Расточка 3 выполнена с постоянным диаметром по всей ее длине до выхода во внутреннюю полость 4 корпуса 1, на дальнем от внутренней полости конце 15 пальца 5 выполнена проточка 16 шириной не менее ширины уплотнительных канавок 9 и 10, торцы 17 и 18 проточки 16 выполнены плоскими и перпендикулярными цилиндрической поверхности 6 пальца 5, при этом ближайший к внутренней полости торец 18 проточки 16 удален от кромки 19 фаски 14 пальца 5 на расстояние h, большее или равное расстоянию g между наиболее удаленными друг от друга торцами первой и второй уплотнительных канавок 9 и 10, т.е. торцами 20 и 21, а диаметр проточки D₁≤D-2d, где D - наружный диаметр уплотнительных канавок, a d - диаметр сечения уплотнительного кольца. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 22 с вентилем 23 и манометром 24.

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 уплотняет наружную цилиндрическую поверхность 6 пальца 5, уплотнительное кольцо 7 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 23, палец 5 осевым движением перемещают в конечное положение, показанное на фиг. 2. В этом положении, когда торец 18 полностью зайдет за пределы уплотнительного кольца 8, предварительно поджатое (как на фиг. 1) кольцо 8 вернется к исходному, недеформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг. 2, т.е. будет выступать внутрь проточки 16. При этом уплотнительное кольцо 7 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 12 с полостью 4. 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 осевое перемещение пальца в любом направлении ограничивается уплотнительным кольцом 8 из эластомерного материала. Поскольку диаметр поперечного сечения эластомерного уплотнительного кольца 8 больше, чем глубина канавки 10 - 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, то сечение кольца 8 вернется к исходному, недеформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг. 2, т.е. будет выступать внутрь проточки 16. Это же кольцо 8, служащее в качестве уплотнительного в исходном положении, теперь приобретает в конечном положении функцию фиксатора пальца 5 от перемещения его в осевом направлении, обеспечивая постоянное уплотнение цилиндрической поверхности 6 пальца 5 уплотнительным кольцом 7. Поскольку торцы 17 и 18 проточки 16 выполнены плоскими и перпендикулярными цилиндрической поверхности 6 пальца, то осевое перемещение пальца 5 в любом направлении возможно только после того, как его прямой угол между торцами 17 или 18 и наружной цилиндрической поверхностью 6 срежет выступающую внутрь проточки 16 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 канавок 9 и 10. При диаметре расточки D=6 мм это требование легко выполняется. Испытательное давление, подаваемое в полость 4, обычно не превышает значения p=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, направленное от полости 4 к торцу 2, составит

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. Поэтому палец 5 не может сдвинуться наружу. Аналогично при эксплуатации устройства отсутствует и усилие, способное срезать кольцо 8 и сдвинуть палец внутрь. Практически торец 17 проточки 16 обеспечивает функцию упора в конструкции-прототипе, не позволяя переместить палец 5 дальше, чем это необходимо, чтобы он не провалился внутрь полости 4. Удаление ближайшего к внутренней полости торца проточки от кромки фаски пальца на расстояние h, большее или равное расстоянию g между наиболее удаленными друг от друга торцами первой и второй уплотнительных канавок, 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 14 необходимо для исключения разрушения колец 7 и 8 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 7 и 8, канавок 9 и 10 и фаски 14 стандартизованы. Выполнение условия D₁≤D-2d обеспечивает полный возврат кольца 8 к недеформированному состоянию, при котором усилие для его среза острыми кромками проточки 16 максимально.

В результате использования изобретения существенно снижаются осевой габарит корпуса в месте размещения пальца - расстояние от торца 20 канавки 9 до стенки внутренней полости 4 может быть снижено до минимальной величины, обеспечивающей прочность торца 20 - для алюминиевого сплава это величина порядка 1 мм, в то время как в прототипе расстояние от ближайшего к внутренней полости торца соответствующей канавки будет никак не менее суммы длины выступающей за торец 20 части пальца 5 (а это равно как минимум сумме ширины уплотнительной канавки (приблизительно 3 мм), длине фаски пальца (3 мм) и толщины упора (1 мм), т.е. 7 мм. Сокращение осевого габарита составит 6 мм. Общий габарит между торцом 2 и полостью 4 для заявленной конструкции составит сумму 2 толщин канавок (6 мм), двух толщин стенок между канавками и торцом 2 и полостью 4 (2 мм) и расстояния между канавками (5 мм), т.е. 13 мм, в прототипе же эта величина была бы больше на 6 мм и равна 19 мм. Таким образом, уменьшение осевого габарита составит (6/19)⋅100%=31,6%. Соответственно уменьшается и масса этой части корпуса. Также повышается технологичность за счет выполнения расточки одним диаметром по всей длине, что облегчает ее обработку и контроль, а также за счет отсутствия необходимости изготавливать упор внутри расточки. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.