УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГАЗООБМЕНА ГЕРМЕТИЗИРОВАННЫХ ОБЪЕМОВ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ
DEVICE FOR REGULATION OF GAS EXCHANGE OF SEALED VESSELS WITH ENVIRONMENT

Предлагаемое устройство относится к области средств регулирования газовоздушного потока и может быть использовано в системах управления технологическими процессами, в частности, для обеспечения дозированного газообмена герметизированных объемов с внешней средой.
Регулирование газообмена герметизированных объемов с внешней средой может быть осуществлено с помощью существующих конструкций дроссельных устройств, которые используются для регулирования расхода газа при постоянном перепаде давления (Л.А.Залманзон, «Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления», АН СССР, 1961 г., стр.7).
Актуальность проблемы точного регулирования газообмена между герметичными объемами и средой основана на потребности в средствах обеспечения максимально плавного и контролируемого изменения степени разгерметизации таких объемов.
Известно устройство для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой, содержащее металлический корпус и регулировочный орган (патент РФ №02022190, МПК F16K 7/14, публ. 30.10.1994 г.).
К недостаткам известного устройства относится достаточно сложное выполнение и недостаточно точное регулирование газообмена между гермообъемом и внешней средой за счет поддержания заданной степени разгерметизации гермообъема и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа. Недостатком устройства является также отсутствие возможности регулирования (увеличения или уменьшения) параметрами отверстия, а значит, и степень газообмена герметизированных объемов с внешней средой в эксплуатации, в случае когда реальные климатические параметры внешней среды отличаются от заложенных в расчет.
Известно в качестве прототипа заявляемого устройство для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой (патент РФ №02066805, МПК F16K 47/14, публ. 20.09.1996 г.), содержащее металлический корпус и регулировочный орган.
К недостаткам известного устройства (дросселя) относится достаточно сложное выполнение и недостаточно точное регулирование газообмена между гермообъемом и внешней средой за счет поддержания заданной степени разгерметизации гермообъема и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.
Задачей предлагаемого устройства является разработка конструкции для обеспечения высокоточного дозированного газообмена герметизированных объемов с внешней средой с требуемой степенью разгерметизации.
Новый технический результат, обеспечиваемый при использовании предлагаемого устройства, заключается в обеспечении упрощения конструкции и более точного регулирования газообмена между герметизированным объемом и внешней средой путем поддержания контролируемой и регулируемой заданной степени разгерметизации герметизированного объема за счет динамического изменения гидравлического сопротивления проточной части дросселирующего канала и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.
Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном устройстве для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой, содержащем металлический корпус, подвижный дроссельный элемент и регулировочный орган, согласно предлагаемому изобретению, корпус состоит из носовой цилиндрической части, промежуточной конической и торцевой цилиндрической частей, в полости корпуса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении дроссельный элемент, выполненный также составным из носовой конической и торцевой цилиндрической частей, составляющих ответную часть внутренней поверхности корпуса, указанные поверхности притерты, на цилиндрической части корпуса с торца установлена разъемно посредством резьбового соединения комбинированная заглушка, выполненная за одно целое с соосно расположенным направляющим полым цилиндром заглушки меньшего диаметра, на внешней поверхности которого выполнена микрометрическая резьба, вдоль центральной оси торцевой цилиндрической части дроссельного элемента выполнен кольцевой канал, так что образует в центре цилиндрический шток с возможностью его возвратно-поступательного перемещения вдоль направляющего полого цилиндра заглушки, с торцевой части дроссельного элемента на резьбовую поверхность полого направляющего цилиндра навернуты последовательно гайка, выполняющая функцию регулировочного органа, и контрящая гайка, фиксирующая положение подвижного дроссельного элемента, на торцевой цилиндрической части корпуса выполнены две осесимметричные выборки с возможностью доступа к регулировочному органу, снаружи носовой части корпуса за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается гайка для соединения со штуцером обратного клапана герметизированного объема, носовая цилиндрическая часть корпуса, в кольцевой выемке наружной поверхности которого имеется кольцевое эластичное уплотнение круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью носовой цилиндрической части корпуса, входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема с возможностью его открытия при достижении крайнего положения, при этом длина носовой цилиндрической части корпуса равна глубине отверстия штуцера обратного клапана.
Предлагаемое устройство для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой поясняется следующим образом.
На чертеже представлен вид заявляемого устройства для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой, где:
1 - носовая цилиндрическая часть составного корпуса;
2 - коническая часть составного корпуса;
3 - торцевая цилиндрическая часть составного корпуса;
4 - дроссельный элемент;
5 - гайка дроссельного элемента регулировочного органа;
6 - контрящая гайка дроссельного элемента;
7 - заглушка;
8 - направляющий полый цилиндр;
9 - шток дроссельного элемента;
10-регулировочный орган;
11 - гайка;
12 - эластичное уплотнение.
Сборка и монтаж устройства осуществляются в следующей последовательности.
На направляющий полый цилиндр 8 заглушки 7 наворачиваются до соприкосновения с заглушкой последовательно: контрящая гайка 6 и гайка 5 дроссельного элемента регулировочного органа 10 вместе с дроссельным элементом 4, при этом шток 9 дроссельного элемента должен входить во внутреннюю полость направляющего цилиндра 8 заглушки 7. В собранном виде заглушка 7 с дроссельным элементом 4 и регулировочным органом 10 наворачивается до упора на носовую цилиндрическую часть 1 корпуса. Затем, вращением по часовой стрелке (со стороны торца корпуса) гайки 5 дроссельный элемент 4 перемещается в крайнее левое положение до соприкосновения с внутренней поверхностью корпуса. Вращением таким же образом контрящей гайки 6 до соприкосновения с гайкой 5, фиксируется закрытое положение дроссельного элемента 4. Носовая цилиндрическая часть 1 корпуса с надетым эластичным уплотнением 12 вставляется в отверстие штуцера обратного клапана герметизированного объема (на чертеже не показаны). С помощью гайки 11 устройство окончательно монтируется на штуцер обратного клапана герметизированного объема.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Вращением против часовой стрелки контрящей гайки 6, а затем гайки 5, дроссельный элемент 4 открывается (в пределах допуска на степень разгерметизации герметизированного объема) в необходимое для газообмена с внешней средой положение. Вращением контрящей гайки 6 в обратном направлении фиксируется регламентированное открытое положение дроссельного элемента 4. Дозированный газообмен герметизированного объема с внешней средой происходит естественным путем за счет градиентов парциальных и абсолютных давлений газа между герметизированным объемом и внешней средой. Перенос газа из герметизированного объема во внешнюю среду и (или) в обратном направлении осуществляется через отверстие в обратном клапане герметизированного объема, отверстия в носовой части 1 корпуса и кольцевой зазор между внутренней поверхностью конической части 2 корпуса и наружной поверхностью конической части дроссельного элемента 4 устройства.
Регулирование гидравлического сопротивления проточной части дросселирующего канала в известных устройствах традиционно осуществляется только за счет изменения площади сечения этого канала, а не его длины или совместными действиями, что ограничивает диапазон и точность регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой.
Присоединение существующих конструкций дроссельных устройств к герметизированному объему, содержащих обратный клапан для проверки герметичности, требует применения специальных переходных устройств, что затрудняет непосредственное их применение для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой.
Все это усложняет конструкцию дроссельного устройства, предназначенного для регулирования газообмена герметизированных объемов с внешней средой, и не обеспечивает требуемую степень и точность этого регулирования.
Использование новой конструкции, изображенной на чертеже, в заявленном устройстве позволяет производить плавное и точное регулирование до заданной степени разгерметизации герметизированного объема путем динамического изменения гидравлического сопротивления проточной части дросселирующего канала, зависящего от площади сечения и длины канала, и возможности восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа. Такое регулирование становится возможным за счет применения способности к возвратно-поступательному перемещению в составном корпусе дроссельного составного элемента посредством регулировочного органа.
В отличие от прототипа в заявляемом устройстве обеспечивается упрощение конструкции, более точное регулирование газообмена между герметизированным объемом и внешней средой при поддержании контролируемой и регулируемой заданной степени разгерметизации герметизированного объема за счет динамического изменения гидравлического сопротивления проточной части дросселирующего канала и возможность восполнения снижающейся при эксплуатации концентрации газа.
Возможность промышленного осуществления заявляемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата подтверждается следующими примерами его конкретного исполнения.
Пример 1.
В лабораторных условиях на натурных испытаниях проведены испытания трех типоразмеров регулируемых дроссельных устройств, разработанных на базе предложенной конструкции.
Корпус (сталь 12Х18Н10Т) состоит из носовой 1 цилиндрической, промежуточной конической 2 и торцевой 3 цилиндрической частей. Во внутренней полости промежуточной конической части 2 корпуса установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении дроссельный элемент 4 (сталь 12ХН10Т), выполненный также составным из носовой конической и торцевой цилиндрической частей, составляющих ответную часть внутренних поверхностей конической и торцевой цилиндрической частей корпуса. Наружная поверхность конической части дроссельного элемента 4 и внутренняя поверхность конической части 2 корпуса притерты друг к другу. Внутри носовой цилиндрической части 1 корпуса вдоль вертикальной оси выполнено одно сквозное отверстие круглого сечения, вдоль центральной оси выполнено другое отверстие такого же сечения, обеспечивающее сообщение полости первого отверстия с внутренней полостью остальной части корпуса. На цилиндрической части 1 корпуса с торца установлена посредством резьбового соединения комбинированная заглушка 7 (сталь 12ХН10Т), выполненная за одно целое с соосно расположенным направляющим полым цилиндром 8. На наружной поверхности направляющего полого цилиндра 8 выполнена микрометрическая резьба. В дроссельном элементе 4 со стороны цилиндрической части выполнен кольцевой канал так, что образует в центре цилиндрический шток 9, который входит во внутреннюю полость направляющего цилиндра 8 и имеет возможность возвратно-поступательного перемещения вдоль его продольной оси. На торцевой части дроссельного элемента 4 установлена гайка 5 регулировочного органа 10 с внутренней микрометрической резьбой. Гайка 7 навернута на направляющий полый цилиндр 8 заглушки 7, на который также навернута контрящая гайка 6, фиксирующая положение дроссельного элемента на направляющем полом цилиндре 8. На торцевой цилиндрической части 3 корпуса в вертикальной плоскости выполнены две осесимметричные выборки металла по всей длине этой части корпуса на глубину, обеспечивающую доступ пальцев руки оператора к регулировочному органу 10 устройства. На внешней поверхности носовой цилиндрической части корпуса 1 выполнен неразъемно посредством сварного соединения фланец, на который опирается гайка 2, обеспечивающая резьбовое соединение устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема (на чертеже не показано). На наружной поверхности носовой цилиндрической части 1 корпуса выполнена кольцевая выемка, в которой установлено эластичное уплотнение 12 (кольцо резиновое по ОСТ 95 1158-73) круглого сечения, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью этой части корпуса. Корпус устройства носовой его частью 1 входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема так, что позволяет открыть его без разгерметизации герметизированного объема при достижении крайнего левого положения за счет того, что длина носовой цилиндрической части 1 корпуса выполнена равной глубине отверстия штуцера обратного клапана.
Результаты лабораторных испытаний сведены в таблицу 1.
Регулируемые дроссельные устройства продемонстрировали работоспособность, надежность и простоту эксплуатации. Регулируемые дроссельные устройства предлагаемой конструкции имеют большой диапазон регулирования степени разгерметизации герметизированных гермообъемов (от нулевой до максимально допустимой), что позволило сократить количество планируемых к выпуску устройств. Простота и технологичность дроссельного устройства позволили снизить его себестоимость по сравнению с существующими регулируемыми дросселями на 25%.
Таблица 1
Примеры реализации
Регулировочный орган
Степень разгерметизации
Регулируемые параметры устройства
Достигнутые результаты
1
2
3
4
5
Устройство прототипа
Выполнен в виде штока, соединенного с дроссельным элементом
Обеспечена возможность регулирования только в узком диапазоне величин, с резкой неконтролируемой потерей герметичности, которую лимитируют спецификой посадочного места дроссельного элемента
Возможность регулирования динамического сопротивления только за счет изменения проходного сечения дросселя
Необходимость использования при монтаже дополнительного переходного устройства и необходимость обеспечения герметизации посадочного места штока дроссельного элемента
Устройство заявленное Пример 1
Выполнен в виде системы вращающихся гаек, выполненных за одно целое с дроссельным элементом
Обеспечена возможность регулирования вручную в более широком диапазоне величин с незначительной и контролируемой потерей степени разгерметизации
Возможность регулирования динамического сопротивления как проходного сечения, так и его длины
Возможность многократного монтажа без дополнительного переходного устройства, функцию которого воспринимает носовая цилиндрическая часть корпуса, выполненная за одно целое с конической, без необходимости герметизации посадочного места дроссельного элемента