Сборный корпус камеры высокого давления

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована при изготовлении камер высокого давления, применяемых в различных технологических процессах, научных исследованиях в качестве испытательных стендов, а также других областях, где существуют избыточное давление и высокие температуры.
Для камер высокого давления, применяемым в различных областях техники важен ряд параметров, а именно: равномерность распределения давления по площади стенок камеры, перераспределение тепловой энергии от внутреннего объема наружу, а также предельные рабочие характеристики камеры и технологичность ее производства и эксплуатации.
Существуют различные конструкции силовых корпусов камер высокого давления, такие как кованые, с проволочной навивкой и сборные (составные).
Недостатками кованых корпусов камер высокого давления являются в общем случае длительность их изготовления, ограничения по максимальным размерам камер и проблематичность получения равномерного распределения давления по площади стенок камер.
Корпусы с проволочной навивкой (см., например, патент SU1622680) позволяют изготавливать камеры с большими по сравнению с коваными рабочими объемами, однако также имеют проблемы распределения давления по площади стенок, и, кроме того, нетехнологичны в производстве.
Наиболее функциональны сборные корпусы камер, изготовленные из отдельных элементов путем их соединения между собой и закрепления в таком состоянии.
Так, например, известен корпус сосуда высокого давления (см. патент RU2148751, МПК F16J12/00, опубликован 10.05.2000 г.), содержащий поперечные силовые элементы, выполненные из состыкованных пластин с координатными отверстиями и собранные с послойным смещением стыков, продольные силовые элементы, выполненные в виде стержней, установленных в координатных отверстиях и внутреннюю герметизирующую оболочку.
Известный корпус технологичен в производстве, обеспечивает возможность получения больших рабочих объемов высокого давления, однако обладает рядом недостатков. Так, ввиду большого количества соединительных и фиксирующих элементов, обеспечение равномерного распределения давления по площади внутренней поверхности корпуса является проблематичным, а это существенно ограничивает предельную величину давления, которое можно получать внутри камеры.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение равномерного распределения давления по площади стенок корпуса камеры высокого давления.
Техническим результатом полезной модели является ее многофункциональность и одновременное обеспечение высоких прочностных и теплопроводных характеристик.
Технический результат достигается за счет того, что сборный корпус камеры высокого давления состоит не менее чем из двух прямых круговых цилиндрических оболочек одинаковой высоты и с внешним диаметром внутренней оболочки, равным внутреннему диаметру наружной, вставленных одна в другую и скрепленных натягом, при этом в стенке внутренней цилиндрической оболочки с наружной стороны расположены многозаходные винтовые каналы, объединенные по торцам кольцевыми проточками.
°
При этом угол захода винтовых каналов предпочтительно составляет 45относительно вертикальной осиоболочки.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 схематически представлен вертикальный осевой разрез корпуса, на фиг. 2 – изображение внутренней оболочки корпуса.
Сборный корпус камеры высокого давления содержит внутреннюю цилиндрическую оболочку 1 с выполненными в ней винтовыми каналами 2 и кольцевыми проточками 3, наружную цилиндрическую оболочку 4.
Сборку корпуса осуществляют следующим образом.
Оболочку 1 охлаждают, а оболочку 4, наоборот нагревают, после чего оболочку 1 вставляют внутрь оболочки 4, выравнивают по высоте и фиксируют в таком положении до выравнивания температур. При охлаждении наружный диаметр внутренней оболочки 1 уменьшается, а внутренний диаметр наружной оболочки 4, наоборот, увеличивается. Это позволяет свободно вставить оболочку 1 внутрь оболочки 4. После выравнивания температур оболочек 1 и 4 между собой их соответствующие диаметры возвращаются в первоначальные размеры и оболочки плотно прижимаются друг к другу. Данное соединение, называемое в тексте данной заявки «натяг», стабильно и надежно.
После сборки корпус помещают в камеру высокого давления, для которой он изготовлен и обеспечивают его сопряжение с другими элементами камеры (запорной системой, элементами управления и т.д.).
Выполнение корпуса камеры высокого давления сборным, состоящим как минимум из двух оболочек, позволяет упростить процесс его изготовления и одновременно обеспечивает его прочностные характеристики. Каналы 2, выполненные в оболочке 1 предназначены для прохождения охлаждающей жидкости, поступающей в них через одну (обычно нижнюю) кольцевую проточку 3 и отводящейся затем через другую. Такая конструкция обеспечивает эффективный теплоотвод непосредственно из рабочей зоны без перераспределения тепловой энергии через все оболочки во внешний объем, обеспечивая тем самым меньшие деформации элементов корпуса.
°
При этом выполнение каналов 2 винтовыми также направлено на обеспечение более равномерного распределения давления через внутреннюю оболочку 1 по площади оболочки 4 (зоны контакта чередуются с бесконтактными зонами как по вертикали, так и по горизонтали, то есть «в шахматном порядке», не создавая «линий ослабления»). В зависимости от угла захода каналов 2 эффективность распределения может меняться. Наиболее предпочтительным является вариант, когда угол захода равен 45 (в этом случае все внутренняя оболочка 1 равномерно деформируется как по вертикали, так и по горизонтали).
Заявляемый корпус многофункционален и может быть использован в камерах высокого давления, предназначенных для различных областей техники. Конструкция корпуса обеспечивает его высокие прочностные характеристики и позволяет максимально снизить в нем как поверхностные, так и объемные тепловые деформации в процессе эксплуатации.