УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЗАДАННОЙ ВЕЛИЧИНЫ ВНУТРЕННЕГО ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
DEVICE FOR PROTECTION OF HOLLOW ARTICLES FROM EXCEEDING PRESET VALUE OF INTERNAL EXCESSIVE GAS PRESSURE

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.
2
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/см 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.
2
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/см, 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.