Вакуумный клапан с разрушаемой мембраной
VACUUM VALVE WITH DESTRUCTIBLE MEMBRANE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технике вентиляции камер для локализации взрыва и может быть использовано в технологическом оборудовании для обработки материалов энергией взрыва.
Традиционно взрывные камеры представляют собой гладкие цилиндрические или сферические тонкостенные герметичные оболочки, снабженные загрузочными люками с крышками и предметным столом (опорой). Они оснащены системами вакуумирования, вентиляции, загрузки заготовок и изделий с зарядами взрывчатого вещества, системами инициирования, управления и блокировки (см. Металлические взрывные камеры: монография / А.Ф. Демчук, В.П. Исаков. - Красноярск: КрасГУ, 2006. - 299 с.). Рабочий цикл взрывной камеры в общем случае заключается в размещении заряда взрывчатого вещества (ВВ) в полости камеры, закрытии камеры, вакуумировании рабочего объема камеры, подрыве заряда ВВ, очистке внутреннего объема камеры от газообразных продуктов взрыва, открытии камеры для подготовки к следующему циклу.
Работа взрывных камер диктует особые требования к конструкции вакуумных клапанов. Основная задача вакуумного клапана - обеспечение надежной герметизации рабочего объема камеры на момент подрыва заряда ВВ. Вакуумные клапаны с мембранами из полиэтиленовой пленки толщиной 0,1-0,5 мм, используемые во взрывных камерах, обеспечивают герметичность в ходе процесса вакуумирования и сохранения вакуума в рабочем объеме камеры до момента подрыва заряда ВВ. Толщину пленки подбирают в зависимости от проходного диаметра клапана и глубины вакуумирования. Элементы конструкции взрывных камер (см. Демчук А.Ф. Один метод расчета взрывных камер. // Прикладная механика и техническая физика. -1968. №5. - С. 47-50) нагружаются разлетающимися продуктами детонации при вакуумировании и ударной волной при работе без вакуумирования. При взрыве максимального для взрывной камеры заряда ВВ мембрана, как правило, разрушается. Проблемы возникают при работе с небольшими зарядами. На этапе вакуумирования мембрана должна выдерживать требуемый уровень перепада давления между давлением во внутреннем объеме камеры и атмосферным. При подрыве небольшого заряда ВВ давления в ударной волне, а также избыточного давления газообразных продуктов взрыва может быть недостаточно для разрушения мембраны. Кроме того, в случае прорыва наблюдается лишь частичный разрыв мембраны, вследствие чего происходит выравнивание давления, но мембрана все равно перекрывает большую часть проходного сечения выпускного канала, затрудняя прохождение газа и увеличивая время вентиляции.
Известно предохранительное разгрузочное устройство (заявка Великобритании №15969056 МПК F16K 17/16 03.09.81 г), в котором при достижении определенного перепада давления эластичная мембрана выгибается и происходит вырезание ее неподвижным ножом с кольцевой режущей кромкой. Недостатком данного устройства является неполное разрезание мембраны, а значит ненадежное срабатывание устройства при малых перепадах давления. Так как конструкция взрывных камер позволяет работать с различными по массе и составу зарядами ВВ, перепад давления будет разным и необходимо обеспечить надежное срабатывание разгрузочного устройства при любых условиях, независимо от массы и состава заряда ВВ, наличия загрязнений от продуктов взрыва.
В качестве прототипа выбрано предохранительное устройство (патент РФ 2477406 МПК F16K 17/16 17.08.2011). Указанное предохранительное устройство содержит обратновыгибаемую мембрану, отформованную из эластичного материала, и режущий элемент с кольцевой режущей кромкой. Режущий элемент выполнен как поршень с уплотняющими кольцами и конструктивными проточками. Полый режущий элемент расположен коаксиально мембране. Режущая кромка снабжена несимметрично расположенными зубьями и прилегает к мембране. Данная конструкция обеспечивает полное и равномерное разрезание мембраны при малой энергии хлопка. Но стоит отметить, что прорыв мембраны в данной конструкции также связан с перепадом давления, а как отмечалось ранее, это не всегда надежно при использовании во взрывных камерах. Подвижный поршень и уплотнения находятся в выпускном канале, в котором могут находиться механические загрязнения в виде остатков от продуктов взрыва и продуктов коррозии, которые со временем образуются на внутренней поверхности камеры. По этой причине возможны ситуации, когда давление срабатывания поршня увеличится из-за загрязнения подвижных контактных поверхностей и прорыва мембраны не произойдет.
Цель изобретения - обеспечить гарантированное разрезание мембраны и возможность многоразового использования клапана при замене только мембраны при любых условиях, независимо от массы и состава заряда ВВ и наличия загрязнений от продуктов взрыва.
Техническая задача - повышение надежности работы и упрощение конструкции клапана и работы с ним.
Данная цель достигается тем, что в вакуумном клапане с разрушаемой мембраной, зафиксированной в рабочем положении прижимом, режущий элемент выполнен как нож с кольцевой режущей кромкой совмещенный с подвижным патрубком в выпускной системе. Нож размещен в корпусе, который фиксируется гайкой к фланцу с прилегающими к нему мембраной и прижимом.
Патрубок, совмещенный с корпусом, снабжен втулками со сквозными отверстиями, в которые вставляют съемную рукоятку, при помощи которой патрубок с ножом перемещают вдоль оси. Нож разрезает мембрану, при этом втулки движутся в ступенчатых пазах корпуса.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показан вакуумный клапан в поперечном разрезе.
На фиг. 2 - вид Б фиг. 1.
Вакуумный клапан (см. фиг. 1 и 2) содержит фланец 1 с прилегающей к нему при помощи кольцевого прижима 2 мембраной 3, корпус 4 со ступенчатыми пазами 5, имеющими упоры 6 и 7. Гайка 8 объединяет и фиксирует фланец 1 и корпус 4. Подвижный патрубок 9, совмещенный с ножом 10 с кольцевой режущей кромкой 11 перемещают и фиксируют внутри корпуса 4 по ступенчатым пазами 5 при помощи втулок 12 со сквозными отверстиями. Кольцевая режущая кромка 11 имеет паз 13 в нижней ее части.
Клапан работает следующим образом. В исходном положении гайка 8 не накручена на фланец 1. Подвижный патрубок 9, совмещенный с ножом 10, вместе с корпусом 4 отодвинут съемной рукояткой в крайнее левое положение, втулки 12 при этом прилегают к упору 6. Клапан раскрыт, имеется свободный доступ к торцевой поверхности фланца 1.
Мембрану 3 закрепляют на фланце 1 с помощью кольцевого прижима 2. Далее корпус 4 с патрубком 9, совмещенным с ножом 10, подводят к фланцу 1 так, чтобы корпус 4 коснулся кольцевого прижима 2. Втулки 12 при этом прилегают к упору 6. Корпус 4, кольцевой прижим 2, мембрану 3 и фланец 1 фиксируют в сборе гайкой 8. Клапан герметичен и готов к работе.
После подрыва заряда ВВ внутрь втулок 12 вновь вставляют съемную рукоятку, и патрубок 9, совмещенный с ножом 10, поворачивают по часовой стрелке и смещают в ступенчатых пазах 5 вдоль своей оси в сторону мембраны до тех пор, пока втулки 12 не дойдут до упоров 7. В этом положении мембрана 3 прорезана ножом 10 кроме области паза 13, который находится в нижней части кольцевой режущей кромки. Выпускной канал открыт.
Вырезанная часть мембраны 3 удерживается за счет неразрезанного участка (играет роль ловителя) и не уносится потоком продуктов взрыва в выпускную систему. Далее патрубок 9, совмещенный с ножом 10, возвращают в исходное положение сдвинув и повернув его до контакта втулок 12 с упором 6.
После завершения очистки внутреннего объема камеры от газообразных продуктов взрыва гайку 8 откручивают. Корпус 4 с патрубком 9 полностью отводят в сторону, обеспечивая свободный доступ к фланцу 1 для замены мембраны 3.
Предлагаемый вакуумный клапан обладает высокой надежностью, простотой конструкции и удобством в использовании. Конструкция клапана позволяет использовать мембраны разной толщины, быстро заменять их в ходе работы, не требует их предварительной формовки, обеспечивает гарантированное разрезание мембраны и предотвращает попадание вырезанной части мембраны в систему вентиляции.
Конструкция вакуумного клапана с разрушаемой мембраной разработана и опробована в Конструкторско-технологическом филиале Института Гидродинамики СО РАН.