СОЕДИНЕНИЕ КРЫШКИ С КОРПУСОМ КАМЕРЫ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к резьбовым разъемным соединениям, используемым при различных монтажно-сборочных работах для соединения (разъединения) крышки с корпусом сосуда высокого давления, в частности, может быть использовано в камерах специального назначения (КСН), применяемых для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов и подлежащих периодической разборке.
Известен контейнер для локализации взрыва, где в качестве соединения двух крышек фланцами с центральным отсеком контейнера используется разрезной кольцевой бугель, причем охватывающая фланцы поверхность бугеля выполнена ответной им формы [патент РФ №2257537, МПК F42В 39/00, F42D 5/04, опубл. 27.07.2005]. Использование данного соединения повышает его прочность и удельную несущую способность всего контейнера.
Однако недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость монтажа и демонтажа соединения. При этом охватывающий фланцы бугель является массивной крупногабаритной конструкцией и требует наличия для его установки грузоподъемных приспособлений, что не всегда возможно для КСН, установленных в стесненных габаритных условиях работ и вдали от коммуникаций.
Известно резьбовое соединение конструктивных элементов [патент РФ на полезную модель №154681, МПК F16B 39/30, F16J 13/00, опубл. 27.08.2015 г], используемое в камере специального назначения, применяемой для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов. Данное резьбовое соединение содержит стягиваемые конструктивные элементы: крышку и корпус камеры с помощью крепежных элементов, каждый из которых установлен в соосных отверстиях соединяемых крышки и корпуса камеры, и средства герметизации соединения, причем в крышке крепежные отверстия выполнены сквозными, а в корпусе камеры - глухими. В данном соединении крепежный элемент выполнен в виде упругого ввертного болта, свободно проходящего через отверстие крышки и завинченный в глухое отверстие корпуса камеры. Болт имеет на нарезном конце трапецеидальную резьбу, ответную по профилю резьбе глухого отверстия корпуса камеры. Головка болта выполнена с увеличенной опорной поверхностью, при этом твердость материала болта выше твердости материла сопряженного с ним второго конструктивного элемента. Известное соединение отличается простотой сборки и демонтажа соединения, обеспечивает необходимую и достаточную прочность соединения динамически нагруженных конструктивных элементов КСН, применяемой для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов. Данное соединение принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.
Однако недостатком представленного прототипа является то, что более твердый материал болта при растягивающем усилии, возникающем в результате взрывного воздействия в полости камеры, начинает сминать резьбу в отверстии корпуса КСН. А срыв или повреждение резьбы приводит к невозможности использования камеры в дальнейшем в качестве надежного загерметизированного узла корпус-крышка. При этом удаление поврежденного ввертного конца болта затруднительно, что делает соединение неработоспособным. Причем возникает сложность при демонтаже соединения и повторном использовании камеры, а нарушенная трапецеидальная резьба требует сложной механической доработки и восстановления, что повышает трудоемкость в эксплуатации соединения и снижает ремонтопригодность. Кроме этого циклическая знакопеременная нагрузка, вызванная подрывом взрывного устройства в камере, может привести к появлению остаточной пластической деформации в резьбе отверстия в корпусе КСН и, как следствие, послаблению затяжки болта, отрицательно влияющее на герметичность соединения, что существенно при проведении экспериментальных исследований взрывоопасных объектов в КСН. Вместе с этим недостатком прототипа является также то, что в известном соединении по прототипу требуется наличие фланцев, которые лимитируют размеры и определяют форму внешних контуров КСН. При проектировании КСН, применяемых для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов, важным показателем является внутренний объем. Наличие «массивных» фланцев приводит к увеличению внешних контуров устройства, что создает большие неудобства в эксплуатации КСН особенно там, где существует ограничение по габаритам снаружи КСН и где невозможно разместить необходимое для проведения эксперимента оборудование.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении удобства в эксплуатации путем облегчения сборки - разборки соединения в труднодоступных местах с односторонним доступом (в стесненных по внешним габаритам камеры местах), обеспечив при этом надежность соединения крышки с корпусом высоконагруженной камеры специального назначения, применяемой для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов, а также повышение ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что соединение крышки с корпусом камеры, включающее крышку и корпус камеры, стягиваемые посредством крепежных элементов, каждый из которых установлен в соосных крепежных отверстиях соединяемых крышки и корпуса, и средства герметизации соединения, причем крепежные отверстия в крышке выполнены сквозными, а в корпусе камеры - глухими, согласно полезной модели каждый крепежный элемент представляет собой шпильку, на один резьбовой конец которой со стороны крышки навернута гайка со сферической шайбой, а другой конец шпильки ввернут во втулку, помещенную с минимальным зазором в выполненное под втулку с наружной боковой поверхности корпуса гнездо, при этом по образующей поверхности корпуса на участках между гнездами предусмотрены канавки, а каждая втулка установлена в гнезде заподлицо относительно внешней поверхности корпуса и имеет на внешнем торце прорезь для помещения в нее фиксирующего элемента, выполненного в виде охватывающей снаружи корпус непрерывной проволоки, последовательно пропущенной через совмещенные прорези и канавки, причем прорезь ориентирована перпендикулярно относительно оси резьбового отверстия втулки.
Выполнение каждого крепежного элемента в виде шпильки, на один резьбовой конец которой со стороны крышки навернута гайка со сферической шайбой, позволяет шайбе создать для навертной гайки сферическую опорную поверхность, что дает возможность разгрузить стержень шпильки от воздействия изгибных моментов и обеспечить самоустановку гайки [Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. Под ред. П.Н. Учаева. - 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988., стр. 81, рис. 135], что важно для прочности и надежности тяжелонагруженного шпилечного соединения.
Наличие того, что другой конец шпильки ввернут во втулку, помещенную с минимальным зазором в выполненное под втулку с наружной боковой поверхности корпуса гнездо, дает возможность надежно закрепить второй конец шпильки в глухом отверстии корпуса, осуществляя при этом легкую замену как шпильки, так и втулки при возможном повреждении резьбы после проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов в КСН, повышая ремонтопригодность, в отличии от прототипа, где резьбовой конец болта ввернут в резьбовое отверстие самого корпуса камеры, где исправить поврежденную резьбу трудоемко. А наличие зазора при установке втулки в гнезде позволяет при ввертывании шпильки в глухое отверстие сжимаемому в замкнутом пространстве воздуху стравливаться через этот зазор, тем самым повышая надежность соединения. В отличие от шпильки или длинного болта, вворачивание которого в глухое отверстие может оказаться опасным, с учетом того, что от нагрева при сжатии удельный объем воздуха резко возрастает и может привести к повреждению резьбы, даже разрыву места соединения, что нежелательно для КСН.
Выполнение по образующей поверхности корпуса на участках между гнездами канавок, при этом каждая втулка установлена в гнезде заподлицо относительно внешней поверхности корпуса и имеет на внешнем торце прорезь для помещения в нее фиксирующего элемента, выполненного в виде охватывающей снаружи корпус непрерывной проволоки, последовательно пропущенной через совмещенные прорези и канавки, причем прорезь ориентирована перпендикулярно относительно оси резьбового отверстия втулки, обеспечивает необходимую ориентацию резьбового отверстия каждой втулки относительно осевой линии каждой шпильки для гарантированного крепежа ее второго конца во втулке при одностороннем доступе к камере, а наличие проволоки исключает проворачивание и выпадение втулок при выполнении монтажных работ по установке и снятии шпилек, что упрощает сборку и разборку соединения, уменьшая трудоемкость сборки в труднодоступных местах с односторонним доступом. Также дает возможность за счет сокращения габаритов фланцев соединения крышка-корпус увеличить полезный внутренний объем камеры, что существенно для КСН, применяемой для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия создания прочного резьбового соединения динамически нагруженных конструктивных элементов КСН, применяемого для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов при простоте сборки и демонтажа соединения.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих ее от прототипа, позволяет считать ее соответствующим условию «новизна».
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 - общий вид крепления крышки к корпусу камеры;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1, общий вид крепежного соединения.
Устройство выполнено следующим образом.
Заявляемое соединение содержит стягиваемые между собой крышку 1 и цилиндрический корпус 2 КСН с помощью нескольких равномерно расположенных вдоль периметра фланца крышки 1 ввертных крепежных шпилек 3, и средства герметизации соединения в виде трех кольцевых уплотнений 4. Для чего в крышке 1 и в корпусе 2 под шпильки 3 выполнены соосные крепежные отверстия: в крышке - сквозные 5, а в корпусе камеры - глухие 6 (фиг. 1 и 2). В данном соединении применены облегченные шпильки, которые описаны в специальной литературе [Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. Под ред. П.Н. Учаева. - 3-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 1988., стр. 75, рис. 117, II], т.е. шпильки с уменьшенным диаметром стержня, равным внутреннему диаметру резьбы или меньшим его (в среднем диаметр стержня делают равным 0,6-0,8 от наружного диаметра резьбы). Преимущество применения такой формы шпильки заключается в равнопрочности шпильки в нарезной и гладкой частях, ее податливости. Каждая шпилька 3 со стороны присоединяемой крышки 1 снабжена гайкой 7 с установленной под ней сферической шайбой 8. А другим концом шпилька 3 ввернута в сквозное резьбовое отверстие цилиндрической втулки 9. Втулка 9 помещена в выполненное под нее с наружной боковой поверхности корпуса 2 цилиндрическое гнездо 10, ось которого пересекается с осью крепежного отверстия 6. Втулка 9 в гнезде 10 установлена заподлицо относительно внешней поверхности корпуса 2 и имеет снаружи прорезь 11 для помещения в нее фиксирующего элемента в виде проволоки 12. Прорезь 11 ориентирована перпендикулярно относительно оси резьбового отверстия втулки 9 для гарантированного вхождения конца шпильки 3 во втулку 9. При этом по образующей поверхности корпуса 2 на участках между гнездами 10 предусмотрены канавки 13. Непрерывная проволока 12, охватывающая корпус 2 снаружи, последовательно пропущена через совмещенные указанные канавки 13 и прорези 11. Концы проволоки 12 скручены и могут быть уложены в любые прорезь 11 или канавку 13. Шпильки 3, гайки 7, шайбы 8 и резьбовые втулки 9 выполнены из одного высокопрочного материала.
Устройство работает следующим образом.
Предварительно для транспортировки КСН к месту проведения эксперимента в выполненные в корпусе 2 гнезда 10 вставляют втулки 9 и снаружи обвязывают камеру одной непрерывной проволокой 12, пропуская ее через участки канавок 13 и прорези 11, скручивая концы проволоки 12. Обвязка проволокой 12 обеспечивает невозможность выпадения втулок 9 при транспортировке и фиксацию их с необходимой ориентацией относительно вставляемых шпилек 3. На месте проведения эксперимента после соединения крышки 1 с корпусом 2 каждую шпильку 3 пропускают через сквозное отверстие 5 крышки 1, вводя в глухое 6 отверстие корпуса 2, вворачивая второй ее резьбовой конец в установленную в гнезде 10 втулку 9. Далее со стороны присоединяемой крышки 1 на конец шпильки 3 навертывают гайку 7 с установленной под ней сферической шайбой 8, ориентированной сферической поверхностью к крышке 1. Шайба 8 дает возможность разгрузить стержень шпильки 3 от воздействия изгибных моментов и обеспечивает самоустановку гайки 7. Затяжку осуществляют пневмогайковертом или вручную посредством необходимого для этого инструмента.
Данная конструкция отличается простотой, что позволяет легко и удобно производить снятие крышки с камеры для обслуживания, а затем также легко собирать соединение для эксплуатации.
Пример конкретного выполнения.
2
На предприятии была изготовлена камера, применяемая для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов, в которой крышка 1 диаметром ∅1820 мм с кольцевым герметизирующим уплотнением 4 (3 шт.) соединялась с корпусом 2 КСН. В соединении были применены шпильки (50 шт.) с диаметром стержня, меньше чем внутренний диаметр резьбы М48 нарезанных концов. Определение необходимого количества крепежных элементов для крепления крышки 1 к фланцу 2 КСН при воздействии заданной статической нагрузки (100 кгс/см) было проведено по упрощенной инженерной расчетной методике, данное количество было признано достаточным. Применение шпилек 3 и вставных втулок 9, по сравнению с использованными ввертными болтами по прототипу, привело к отсутствию прославления затяжки резьбового соединения крышки с корпусом, а по сравнению с соединениями болт-гайка позволило увеличить полезный объем камеры на 10% за счет отсутствия фланцевой части необходимой для работы с гайкой. По образующей камеры снаружи были выполнены гнезда под втулки (диаметр - 86 мм, высота - 90 мм) и предусмотрена кольцевая канавка 13 с участками между гнездами 10. При этом в гнезда 10 до вязки проволокой 12 были вставлены втулки 9 с прорезями 11 (глубина - 5 мм, ширина - 6 мм) на торцах. Через совмещенные прорези 11 и канавки 13 была проложена проволока 12 (диаметром 2 мм) для стяжки соединения. После установки крышки 1 на корпус камеры вставлялись шпильки 3 в соответствующие им соосные отверстия. Затем на конец каждой шпильки 3 навинчивалась гайка (высотой 58 мм) с подложенной под нее сферической шайбой (диаметр сферы -124 мм, наружный диаметр - 70 мм, высота - 10 мм). Материал втулки, шайбы, шпильки, гайки - высококачественная сталь 35ХГСА.
ост65
Результаты испытаний показали простоту и удобство эксплуатации КСН в труднодоступных местах с односторонним доступом (в стесненных по внешним габаритам камеры местах), исключив возможность раскрытия резьбового соединения, что подтверждено герметичностью крепления крышки к корпусу КСН. Результаты расчетов показали, что соединение сохранило прочность при остаточном давлении р=10.0 Мпа. Минимальный запас прочности для крепежных элементов (шпильки) соответствовал величине 2.75. Попадание продуктов взрыва в окружающую среду при использовании известных методик и средств регистрации не было зафиксировано, что особенно важно в случае взрыва экологически опасных объектов.
Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
устройство, воплощающее заявляемую полезную модель, при его осуществлении предназначено для использования в крепежных разъемных соединениях;
средство, воплощающее заявляемую полезную модель, при осуществлении способно обеспечить упрощение условий сборки и разборки соединения в труднодоступных местах с односторонним доступом с обеспечением надежности соединения крышки с корпусом высоконагруженной камеры специального назначения, применяемой для проведения экспериментальных исследований взрывоопасных объектов, а также повышение ремонтопригодности;
для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».