СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОЛЫХ ИЗДЕЛИЙ ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ ЗАДАННОГО УРОВНЯ ВНУТРЕННЕГО ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
METHOD OF PROTECTION OF HOLLOW ARTICLES FROM EXCEEDING PREDETERMINED LEVEL OF INTERNAL EXCESS PRESSURE OF GAS

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к методам защиты от разрушения гермофюзеляжей летательных аппаратов при испытаниях их на прочность внутренним избыточным давлением.
Известен способ уравновешивания силы давления газов в замкнутом объеме весом груза. Этот способ применяется в грузовых предохранительных клапанах, например КПС-0,7. В этих клапанах сила давления газа при их срабатывании превышает вес запорного органа.
Недостатками такого способа построения предохранительных клапанов являются малая точность срабатывания, большая величина груза (т.е. громоздкость конструкции) при создании такого вида клапанов на большие проходные сечения диаметрами 200-600 мм и трудоемкость перестройки их работы с одного уровня давления на другой. Например, при диаметре седла 400 мм груз, давящий на затвор, при давлении срабатывания 0,65 атм должен быть весом 816 кг.
2
Широко известен способ уравновешивания силы давления газа в замкнутом объеме посредством силы сжатия пружины, настроенной на заданный уровень силы предельного давления газа. К этому классу клапанов, в частности, относятся предохранительные клапаны в системе кондиционирования воздуха на летательных аппаратах, например клапан предохранительный 4617 (см. «Руководство по технической эксплуатации 4617 РЭ»). Расход воздуха через этот клапан при избыточном давлении 0,95 кгс/см и температуре 20±10°C от 80 до 100 кг/ч.
2
2
Открытие клапана происходит при давлении (0,95+0,05) кг/см, закрытие (0,95-0,05) кг/см. Погрешность в давлении открытия клапана в переводе на высоту водяного столба составляет 500 мм.
Недостатком указанного способа является невысокая точность из-за зависимости жесткости пружин от температуры и изменения усилия при ее сжатии. Из вышеприведенного примера видно, что погрешность срабатывания 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 фюзеляж. 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 в системах наддува гермофюзеляжей при испытаниях.
Наиболее близким к предложенному способу является способ защиты полых изделий от превышения заданной величины избыточного давления посредством применения гидрозатвора, т.е. давление газа в замкнутом объеме ограничивают высотой столба жидкости в запорном органе предохранительного устройства.
Такой способ защиты используют в системе пневматического нагружения фюзеляжа летательного аппарата, описанной 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 бак этого гидрозатвора, заполненный водой, связывают трубопроводом с фюзеляжем, а уровень срабатывания гидрозатвора задают высотой мерной трубы, входящей в его состав. Увеличением давления в гермофюзеляже воду из герметичного бака выдавливают 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 и оно выдавит воду до верхнего конца мерной трубы и выплеснет ее из гидрозатвора, гермофюзеляж будет соединен с атмосферой. Давление в гермофюзеляже упадет. 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.
Недостатками этого способа являются необходимость конструктивной громоздкости гидрозатворов, большого количества потребной воды и трудоемкость перестройки с одного уровня срабатывания на другой.
Причиной указанных недостатков является совмещение в водяном столбе гидрозатвора двух функций, а именно функции запорного органа предохранительного устройства и функции задатчика величины давления срабатывания предохранительного устройства. В предлагаемом изобретении эти функции разделяются.
Техническим результатом предлагаемого способа является многократное снижение конструктивных размеров предохранительных устройств, построенных с его использованием, при сохранении высокой точности срабатывания за счет разделения указанных выше функций, гибкость перестройки с одного уровня срабатывания на другой.
Данный технический результат достигается тем, что известный способ защиты полых изделий от превышения заданного уровня внутреннего избыточного давления газа, основанный на задании величины давления срабатывания предохранительного устройства высотой столба жидкости в гидрозатворе, изменяют так, что гидрозатвор отделяют от основного канала сброса газа из полого изделия в атмосферу, для этого столб жидкости гидрозатвора располагают в гибком шланге и обеспечивают передачу гидростатического давления столба жидкости в специальную герметичную полость, которую создают из крышки корпуса предохранительного устройства и его запорного органа, вмонтированного в гибкую мембрану, при этом через трубку и обратный клапан малого проходного сечения обеспечивают подачу газа с входа предохранительного устройства в специальную герметичную полость, гибкий шланг располагают у мерной шкалы, по которой устанавливают уровень давления срабатывания гидрозатвора, при превышении заданного уровня давления посредством срабатывания гидрозатвора снижают давление в специальной герметичной полости, в результате чего открывают запорный орган и соединяют вход предохранительного устройства, а тем самым и внутренний объем полого изделия, с атмосферой.
Для пояснения предлагаемого способа на фиг. 1 приведена схема устройства, его реализующего.
Устройство состоит из корпуса предохранительного клапана 1, крышки 2, запорного органа 3, вмонтированного в мембрану 4, гибкого шланга 5, мерной шкалы 6, трубки 7 и обратного клапана 8 малого проходного сечения.
Реализуется способ следующим образом: в специальную герметичную полость, которую создают из крышки 2, запорного органа 3 и мембраны 4, через гибкий шланг 5 небольшого сечения (⌀25÷30 мм) заливают воду. Верхний конец гибкого шланга 5 располагают на требуемой высоте в соответствии с отметками на мерной шкале 6. Через вход в корпусе 1 предохранительного устройства подают газ из полого изделия (гермофюзеляжа). По трубке 7 через обратный клапан 8 газ подают в специальную камеру и вытесняют воду в гибкий шланг 5. При этом запорный орган 3 из-за разности площадей сверху и снизу сильнее прижимается к седлу. Поскольку элементом корпуса 1 предохранительного клапана, то газ из предохранительного клапана не может выйти в атмосферу. Давлением на входе в предохранительный клапан, превышающим давление водяного столба, определяемого высотой гибкого шланга, воду из гибкого шланга 5 и специальной камеры выплескивают, тем самым обеспечивают падение давления над запорным органом 3, и в силу разности давлений сверху и снизу запорного органа его открывают, в результате чего соединяют внутреннюю полость изделия, находящегося под давлением с атмосферой.
На основе предложенного способа был создан опытный образец предохранительного устройства, который был испытан в лабораторных условиях. Испытания подтвердили указанный в описании заявки технический результат.