УСТРОЙСТВО ЗАТВОРНОЕ ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ КАМЕРЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
LOCKING DEVICE FOR TESTING HIGH-PRESSURE CHAMBER

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве быстродействующего затвора съемных крышек для испытательных камер высокого давления с максимальным внутренним диаметром 108 мм, которые применяются в стендах для испытания изделий на прочность и герметичность внешним гидростатическим давлением до 1000 атм.
В связи с постоянной потребностью на машиностроительных серийных производствах в проведении испытаний деталей и узлов изделий на прочность и герметичность возросли требования к быстродействию, простоте эксплуатации, надежности и безопасности концевых затворов, применяемых в испытательных камерах высокого давления.
Известны основные типы стандартизованных затворов: затвор фланцевый, затвор хомутовый и затвор секторный.
Затвор фланцевый состоит из крышки и корпуса с фланцем, соединенных между собой болтами. Конструкция и размеры фланцевого соединения регламентированы ГОСТ 28759.4.
Герметизация затвора осуществляется при помощи прокладки. Для удобства открывания крышки в затворе предусмотрено поворотное устройство. Перекос крышки и неполный комплект болтов не допускается. Затяжка болтов производится равномерно, в несколько приемов, с последующей дополнительной подтяжкой.
Недостатки фланцевого затвора: возможность «закусывания» прокладки при сборке, перекос крышки при затягивании болтов, необходимость контроля распределения нагрузок по парам болтов, высокая трудоемкость запирания-отпирания затвора из-за значительного количества болтовых соединений, необходимость в специальном инструменте для контролируемой затяжки резьбовых соединений. Фланцевый затвор обладает низкой надежностью из-за возможности ослабления затяжки болтовых соединений и, со временем, потери герметичности.
Затвор хомутовый содержит корпус с фланцем, крышку с фланцем и два полухомута. Полухомуты стягивают фланец корпуса и фланец крышки с по мощью резьбового соединения «винт-гайка». Герметизация затвора осуществляется резиновым уплотнительным кольцом. Для удобства обслуживания крышка откидывается на шарнире. Безопасность работы хомутового затвора обеспечивается блокирующим устройством, исключающим возможность открытия крышки при наличии давления в полости затвора.
Хомутовый затвор обладает недостаточной надежностью из-за сложности контроля за усилием затяжки, связанным со сложным характером передачи усилий и неравномерностью в распределении контактных давлений хомута на корпус и крышку.
Затвор секторный содержит фланец, патрубок и вогнутую внутрь патрубка крышку с элементами уплотнения, секторов для стопорения крышки, блокирующего устройства секторов, привода секторов в виде винтовой пары винт-гайка, поворотное устройство крышки. Блокирующее устройство секторов выполнено в виде рычага с механизмом управления его движением. Поворотное устройство крышки представляет собой шарнир, на корпусе которого смонтирован редуктор для облегчения ручного поворота крышки (см. патент RU №2339860 C1, F16J 13/16, 27.11.2008).
Это техническое решение обладает всеми недостатками, присущими фланцевым затворам.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного решения является затвор концевой байонетный (см. патент RU №2418218, F16J 13/16, 10.05.2011 г.), принятый за прототип. Этот концевой затвор используется в нефтегазовой промышленности для обеспечения разгерметизации и последующей надежной и безопасной герметизации трубопроводов и сосудов, работающих под давлением до 320 атм. Затвор концевой содержит полый корпус и откидную крышку. Поджатие крышки к корпусу осуществляется с помощью байонетного соединения, контактные поверхности которого выполнены по винтовой линии. Крышка закреплена на откидном рычаге, на шаровой опоре. Поворот крышки вокруг оси происходит за счет взаимодействия съемного ключа-шестерни, устанавливаемого на закрепленные на корпусе оси. Ключ-шестерня взаимодействует с зубчатым сектором, закрепленным на крышке, и имеет два рабочих участка, обеспечивающих поворот крышки в два этапа. Блокировка поворота крышки осуществляется с помощью фиксатора, связанного с выпускным краном. Герметичность обеспечивается уплотнителем, расположенным в канавке корпуса. Безопасность работы затвора обеспечивается за счет блокировки поворота крышки, наличия на байонетных выступах крышки уступов, обеспечивающих окончательное стравливание давления, и конструкции ключа-шестерни, обеспечивающей нахождение оператора вне траектории перемещения откидной крышки и выходящей из полости затвора рабочей среды.
Недостаток прототипа в том, что конструкция затвора не позволяет производить герметизацию сосудов, работающих при давлении свыше 320 атм (в нашем случае требуется герметизация при давлении до 1000 атм).
Предлагаемым изобретением решается задача: повышение эксплуатационных характеристик и эффективности работы затвора.
Технический результат, получаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении возможности проведения испытаний изделий при требуемом давлении (до 1000 атм), в упрощении процесса закрытия затвора, что является важным в условиях серийных производств.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве затворном для испытательной камеры высокого давления, содержащем корпус, поворотную крышку, на которой имеются байонетные выступы, новым является то, что на резьбовой части корпуса установлена гайка с байонетными выступами, образующая с поворотной крышкой байонетное соединение, поворотная крышка имеет возможность опускания в корпус с помощью винта, на конце которого она соосно закреплена фланцем с возможностью вращения винта относительно этой поворотной крышки, причем винт установлен в гайке, закрепленной на поворотном кронштейне, в верхней части поворотной крышки параллельно ее оси симметрии закреплен стержень, другим своим концом входящий в направляющее отверстие в поворотном кронштейне, установленном с возможностью поворота на верхней части стойки, закрепленной на основании в виде плиты, внутри которой с возможностью перемещения размещен шток с закрепленной на нем ручкой, входящей в контакт, посредством установленного на ней игольчатого подшипника, с винтовым пазом кронштейна, закрепленного жестко на нижнем торце гайки, при запирании и отпирании затворного устройства имеющей возможность возвратно-поступательного поворота на корпусе на заданный угол 30° при возвратно-поступательном перемещении штока, в кольцевых канавках на цилиндрической части поворотной крышки совместно с разрезными фторопластовыми кольцами установлены резиновые уплотнительные кольца круглого сечения с возможностью вступления в контакт с цилиндрической поверхностью пояска на корпусе.
Снабжение устройства пневмоцилиндром в сочетании с применением механизма преобразования линейного перемещения штока в угловое перемещение гайки позволяет производить ее точное позиционирование в крайних положениях при запирании и отпирании затвора без физического воздействия со стороны оператора на детали конструкции, что облегчает его работу и повышает надежность.
Использование стержня, закрепленного на крышке в качестве цилиндрической направляющей, в сочетании с точным позиционированием гайки в крайних положениях, позволяет производить поднятие и опускание крышки в корпус с гарантированным отсутствием наложения байонетных выступов крышки и гайки друг на друга и, как следствие, отсутствие заедания движения крышки, что также повышает надежность устройства.
Использование в качестве уплотнительных элементов резиновых колец круглого сечения в сочетании с разрезными фторопластовыми кольцами, которые устанавливаются совместно в канавках на цилиндрической части крышки, позволяет обеспечить герметизацию камеры при давлениях до 1000 атм при малом износе резиновых колец.
Наличие пневмораспределителя, выполняющего функции концевого выключателя, срабатывающего при опускании штока в стойке в крайнее положение, соответствующее запертому состоянию затвора, позволяет, при соответствующем включении данного концевого выключателя в схеме стенда, осуществлять разрешение действий на повышение давления в камере только при запертом затворе, что повышает безопасность его работы.
Благодаря предложенной конструкции устройства в процессе его сборки возможно обеспечить малый гарантированный зазор между байонетными выступами крышки и гайки при его запирании, что позволяет устранить нагрузку от трения байонетных выступов друг о друга и их износ при запирании затвора.
Технические решения с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа, не известны и явным образом из уровня техники не следуют. Это позволяет считать, что заявляемое решение является новым и обладает изобретательским уровнем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на
- фиг. 1 - устройство затворное для испытательной камеры высокого давления (основной вид);
- фиг. 2 - устройство затворное для испытательной камеры высокого давления (вид сверху);
- фиг. 3 - устройство затворное для испытательной камеры высокого давления (вид слева);
- фиг. 4 - устройство затворное для испытательной камеры высокого давления (сечение В-В),
- фиг. 5 - устройство затворное для испытательной камеры высокого давления (сечение Г-Г).
Устройство затворное для испытательной для камеры высокого давления содержит основание 1 в виде плиты, на которой установлена стойка 2, внутри которой находится шток 3, который с помощью сухаря 4 крепится соосно к штоку пневмоцилиндра 5. Пневмоцилиндр 5 с помощью стакана 6 крепится к основанию 1 под стойкой 2.
На основании 1 параллельно стойке 2 закреплена испытательная камера цилиндрической формы, верхней частью которой является корпус 7 с отверстием для загрузки испытываемых изделий. На резьбовой части корпуса 7 установлена гайка 8, имеющая байонетные выступы. Гайка 8 установлена с возможностью при повороте на 30° осуществлять запирание поворотной крышки 9, имеющей байонетные выступы и которая должна быть предварительно, перед запиранием, опущена в корпус 7.
На верхней части стойки 2 установлен поворотный кронштейн 10 с возможностью свободно поворачиваться вокруг ее оси на определенный угол, при этом его перемещение вдоль этой оси отсутствует за счет крышки 11, закрепленной на стойке 2. В крышке 11 ввернут винт 12 для ограничения углового перемещения поворотного кронштейна 10 относительно стойки 2. На конце поворотного кронштейна 10 установлена гайка 13, которая фиксируется на нем с помощью винта 14 и гайки 15. В гайке 13 установлен винт 16 с возможностью свободного вращения в ней. На одном конце винта 16 закреплен ворот 17 для передачи крутящего момента при заворачивании-отворачивании вручную. На другом конце винта 16 с помощью фланца 18 закреплена соосно поворотная крышка 9 с байонетными выступами, при этом винт 16 имеет возможность свободно вращаться относительно нее.
На цилиндрической части крышки 9 в кольцевых канавках установлены резиновые кольца 19 круглого сечения, являющиеся уплотнительными элементами с возможностью вхождения в контакт с цилиндрической поверхностью пояска на корпусе 7 при положении, когда затвор заперт. Резиновые кольца 19 установлены в канавки совместно с разрезными фторопластовыми кольцами 20, способствующими уменьшению их износа.
Стержень 21 закреплен одним концом на крышке 9 параллельно ее оси симметрии с помощью шайбы 22 и выступает в качестве цилиндрической направляющей, так как другим своим концом входит в направляющее отверстие в поворотном кронштейне 10, благодаря чему при вращении винта 16 по часовой стрелке опускание крышки 9 в корпус 7 будет происходить соосно без их взаимного вращения относительно друг друга, что позволит байонетным выступам крышки 9 проходить свободно, без заеданий, между байонетными выступами гайки 8, стоящей на корпусе 7 в положении, соответствующем отпертому состоянию затвора. Ручка 23 закреплена в штоке 3 с помощью стопора 24 с возможностью перемещения в двух параллельных пазах на стойке 2 и тем самым является направляющей, служащей для обеспечения линейного перемещения штока 3 в стойке 2 без их взаимного вращения  относительно друг друга. На конце ручки 23 установлен игольчатый подшипник 25, который входит в контакт с поверхностью винтового паза в кронштейне 26, закрепленном на нижнем торце гайки 8. Винтовой паз на кронштейне 26, в сочетании с остальными элементами конструкции, позволяет преобразовывать линейное перемещение штока 3 в стойке 2 в угловое перемещение гайки 8 на корпусе 7 на угол 30°, необходимый для перекрытия байонетных выступов на крышке 9 и гайке 8, и тем самым осуществлять отпиранние и запирание затвора с помощью пневмоцилиндра 5, у которого на конце его штока жестко закреплен сухарь 4. Сухарь 4 установлен в пазу на штоке 3 и передает на него усилие от сжатого воздуха, действующего на поршень и шток пневмоцилиндра 5.
Рычаг 27 подвижно закреплен на штифте 28 в опоре 29, установленной на основании 1. В середине рычага 27 перпендикулярно ему ввернут винт 30, который через толкатель 31, установленный в основании 1, воздействует на подвижный рычаг пневмораспределителя 32, закрепленного с помощью кронштейна 33 на основании 1.
Упор 34, закрепленный винтом 35 и штифтами 36 на торцевой поверхности корпуса 7, служит для обеспечения необходимой ориентации гайки 8 при креплении к ней кронштейна 26 в процессе сборки устройства.
Устройство работает следующим образом.
Основание 1 крепится на каркасе испытательного стенда. На основании 1 также параллельно стойке 2 закреплена испытательная камера цилиндрической формы, верхней частью которой является корпус 7, через отверстие которого загружают испытываемые изделия.
Перед загрузкой изделий поворотный кронштейн 10 должен быть повернут для их свободного вхождения в камеру.
После загрузки поворотный кронштейн 10 устанавливают в положение, при котором крышка 9 становится соосно корпусу 7. Вращением ворота 17, закрепленного на винте 16, вручную по часовой стрелке опускают крышку 9 до упора ее байонетных выступов в торцевую поверхность корпуса 7. Опускание поворотной крышки в корпус происходит соосно, но без их взаимного поворота относительно друг друга, и благодоря этому происходит точное прохождение байонетных выступов на поворотной крышке мимо байонетных выступов на гайке без задевания их друг за друга, причем при дальнейшем повороте гайки относительно поворотной крышки не происходит трения контактных поверхностей этих байонетных выступов друг о друга из-за наличия гарантированного зазора между ними при закрытой гайке, обеспечиваемого при сборке устройства.
Нажатием кнопки, управляющей пневмоцилиндром 5, шток задвигается на полный ход в пневмоцилиндр 5 и перемещает шток 3, находящийся в стойке 2. При перемещении штока 3 в крайнее нижнее положение ручка 23, закрепленная на нем, воздействует, посредством установленного на ней игольчатого подшипника 25, на поверхность винтового паза в кронштейне 26, который закреплен на нижнем торце гайки 8, и тем самым происходит поворот гайки 8 на резьбовой части корпуса 7 на угол 30°. Байонетные выступы на гайке 8 устанавливаются напротив байонетных выступов на крышке 9, и тем самым происходит запирание затвора.
Когда шток 3 опускается в стойке 2 в крайнее нижнее положение, он воздействует на рычаг 27, который, перемещаясь, в свою очередь, передает усилие посредством винта 30 и толкателя 31 на подвижный рычаг пневмораспределителя 32, и происходит его срабатывание при данном крайнем положении штока 3. Посредством срабатывания пневмораспределителя 32 передается сигнал о том, что затвор заперт.
Перед подачей давления в камеру вращением ворота 17 против часовой стрелки поднимают крышку 9 до соприкосновения байонетных выступов крышки 9 и гайки 8 и тем самым устраняют зазор между ними. Это требуется для того, чтобы усилие, передаваемое на крышку 9 при подаче давления, не передавалось через винт 16 на поворотный кронштейн 10. Затем производят повышение давления в камере и испытание изделий.
После проведения испытаний и сброса давления в камере заворачивают винт 16 на один оборот по часовой стрелке для обеспечения зазора между байонетными выступами гайки 8 и крышки 9, затем нажимают кнопку, управляющую пневмоцилиндром 5, при этом шток пневмоцилиндра 5 перемещается в обратном направлении на полный ход, поворачивается гайка 8, отпирается затвор. Вращением ворота 17 вручную против часовой стрелки поднимают крышку 9 над гайкой 8, затем поворотный кронштейн 10 с крышкой 9 отводят в сторону для обеспечения доступа в испытательную камеру через отверстие корпуса 7.