УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАЧИ ТЕКУЧЕЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ
DEVICE FOR SUPPLYING FLUID WORKING ENVIRONMENT

Устройство для подачи текучей рабочей среды (ТРС) относится к гидротранспорту с использованием давления рабочего газа и может быть применено для подачи потребителю различных жидкостей.
При изучении справочно-информационных и патентных фондов были выделены аналоги изобретения.
Известно устройство для подачи ТРС, приведенное в патенте RU №2466327, МПК F16N 7/30, F16N 11/10, публикация 10.11.2012, Б.И. №31, содержащее корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса размещена камера из эластичного материала, имеющая в продольном сечении форму стакана, обращенного открытой стороной к выходному патрубку. Камера соединена с корпусом. Вне камеры перед выходным патрубком установлен коллектор с возможностью вывода через него ТРС. Место соединения камеры с корпусом расположено от коллектора на расстоянии, соизмеримом с высотой камеры. В выходном патрубке установлен герметизирующий элемент. Для срабатывания данного устройства достаточно задействовать внешний источник давления, чтобы через входной патрубок по внешнему трубопроводу подать рабочий газ внутрь корпуса. При этом выдавливание ТРС из эластичной камеры обеспечивается за счет выворачивания до упора цилиндрической части ее стенки в поверхности внутренней полости корпуса и донышка - в коллектор.
Недостатком этого аналога является большой разброс времени работы при срабатывании в заданных пределах температурных условий эксплуатации в связи с тем, что динамическая вязкость ТРС зависит от температуры.
Известно устройство для подачи ТРС, приведенное в патенте RU №2478867, МПК F16N 7/30, публикация 10.04.2013, Б.И. №10, содержащее корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса размещены камера из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, и коллектор вывода ТРС, который установлен вне камеры перед выходным патрубком. В выходном патрубке установлен разрушаемый герметизирующий элемент, а в коллекторе установлен пиротехнический нагреватель, содержащий основной (нагревательный) заряд и элементы внутренней системы задействования нагревателя (поджога основного заряда), выполненные в виде пиротехнической приемопередаточной навески с подводящими и отводящими каналами. Для соединения нагревателя с составными частями и элементами внешней системы задействования (с источником энергии, необходимой для воспламенения приемопередаточной навески) в корпусе нагревателя выполнен патрубок. Для срабатывания данного устройства требуется задействовать внешний источник давления, чтобы через входной патрубок по внешнему трубопроводу подать рабочий газ внутрь корпуса, и дополнительно, через патрубок нагревателя обеспечить воспламенение приемопередаточной навески, от продуктов горения которой срабатывает нагреватель.
При срабатывании этого устройства выдавливание ТРС обеспечивается, как в предыдущем аналоге, за счет выворачивания камеры. При этом ТРС подогревается нагревателем и быстрее выдавливается из полости корпуса. За счет этого, по сравнению с предыдущим аналогом, разброс времени работы такого устройства при срабатывании в заданных пределах температурных условий эксплуатации существенно сокращается.
Однако данное устройство также имеет недостатки, из которых основными являются:
- сложная схема срабатывания устройства вследствие того, что требуется задействование двух внешних составных частей: источника давления для подачи рабочего газа по внешнему трубопроводу через входной патрубок внутрь корпуса и источника энергии для воспламенения через патрубок нагревателя приемопередаточной навески, от которой нагреватель срабатывает;
- большие габариты и масса устройства вследствие необходимости использования для задействования нагревателя (воспламенения через патрубок нагревателя приемопередаточной навески) внешних составных частей и элементов;
- сложная компоновка устройства на объекте применения.
Известно также устройство для подачи ТРС с использованием давления рабочего газа, приведенное в патенте RU №2631097 С1, МПК F16N 7/30, публикация 18.09.2017, Б.И. №26, содержащее корпус с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса размещены: камера из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, разрушаемый герметизирующий элемент, установленный в выходном патрубке, коллектор вывода ТРС и установленный в коллекторе пиротехнический нагреватель, снабженный системой задействования, которая дополнительно содержит навеску пиротехнического состава, чувствительного к удару, подпружиненный ударник и боек, контактирующий с дополнительной навеской. При этом в данном устройстве ударник зафиксирован в исходном положении, при котором пружина находится в состоянии полной рабочей деформации от момента изготовления устройства до момента его срабатывания. В процессе срабатывания этого устройства разрушаемый герметизирующий элемент перемещается под действием давления ТРС и за счет механической связи расфиксирует ударник. При этом выдавливание ТРС обеспечивается, как в предыдущем аналоге, за счет выворачивания камеры.
В этом устройстве устранены недостатки предыдущих аналогов.
Данное устройство выбрано за прототип как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату.
Однако, это устройство, выбранное в качестве прототипа, также имеет недостатки, из которых основными являются:
- недостаточный гарантийный срок;
- понижение надежности срабатывания к концу гарантийного срока.
Указанные недостатки обусловлены установкой пружины в рабочее положение при изготовлении устройства, так как в случае нахождения пружины в течение длительного времени в состоянии полной рабочей деформации ее технические характеристики со временем существенно ухудшаются.
Задачей настоящего изобретения является увеличение гарантийного срока устройства и повышение надежности срабатывания устройства к концу гарантийного срока.
При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:
- повышение надежности срабатывания устройства за счет возможности автоматической установки пружины в рабочее положение (обеспечение рабочей деформации) непосредственно в процессе срабатывания устройства;
- обеспечение рабочей деформации пружины непосредственно в процессе срабатывания устройства увеличивает гарантийный срок устройства.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в устройстве для подачи ТРС с использованием давления рабочего газа, содержащем корпус с входным патрубком для рабочего газа и выходным патрубком для ТРС, в котором установлен разрушаемый герметизирующий элемент, размещенные внутри корпуса камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, коллектор вывода ТРС и установленный в коллекторе пиротехнический нагреватель, снабженный системой задействования, которая содержит навеску пиротехнического состава, чувствительного к удару, боек, контактирующий с навеской, и подпружиненный ударник, размещенный в части корпуса нагревателя, выполненной в виде патрубка, а в корпусе устройства выполнен канал для ТРС, сообщенный с выходным патрубком, согласно предлагаемому изобретению, внутренняя поверхность патрубка нагревателя на длине, соизмеримой с высотой пружины в свободном состоянии, выполнена ступенчатой, при этом вся часть патрубка с большим диаметром расположена со стороны, противоположной ударнику, и ее длина соизмерима с высотой пружины под рабочей нагрузкой, при этом ударник в части патрубка с меньшим диаметром с помощью фиксатора механически связан со стержнем, расположенным внутри пружины с возможностью перемещения стержня с ударником в направлении от бойка на расстояние не менее величины рабочего хода пружины, с выходом фиксатора в часть патрубка с большим диаметром, а на другом конце стержня установлен ограничитель, исключающий возможность перемещения стержня в направлении бойка, канал для ТРС выполнен параллельно оси патрубка нагревателя, и в нем установлен с возможностью перемещения в направлении от коллектора неразрушаемый герметизирующий элемент в виде поршня с толкателем, а ограничитель и толкатель шарнирно соединены двуплечевым рычагом между собой и с корпусом устройства.
Патрубок нагревателя может быть выполнен составным и одна из его составных частей может быть выполнена в виде съемной втулки со ступенчатой внутренней поверхностью, в которой устанавливается подпружиненный ударник.
Выполнение ступенчатой внутренней поверхности патрубка нагревателя на длине, соизмеримой с высотой пружины в свободном состоянии, а также расположение всей части патрубка нагревателя с большим диаметром со стороны, противоположной ударнику, и выполнение ее длины соизмеримой с высотой пружины под рабочей нагрузкой, во-первых, позволяют при срабатывании устройства оптимально использовать технические характеристики пружины для обеспечения параметров срабатывания устройства и, во-вторых, способствуют обеспечению возможности автоматической установки пружины в рабочее положение (обеспечение рабочей деформации) непосредственно при срабатывании устройства.
При этом выполнение в части патрубка с меньшим диаметром с помощью фиксатора механической связи ударника со стержнем, расположенным внутри пружины, с возможностью перемещения стержня с ударником в направлении от бойка на расстояние не менее величины рабочего хода пружины, с выходом фиксатора в часть патрубка с большим диаметром, обеспечивает при срабатывании устройства возможность использования энергии сжатой пружины для задействования нагревателя. А также это позволяет без какого-либо дополнительного источника энергии расфиксировать ударник в необходимый момент времени и обеспечивает возможность автоматической установки пружины в рабочее положение (обеспечение рабочей деформации) непосредственно в процессе срабатывания устройства, что позволяет обеспечить повышение уровня надежности срабатывания устройства и увеличение его гарантийного срока.
Установка на другом конце стержня ограничителя, исключающего возможность перемещения стержня в направлении бойка, устраняет возможность случайного срабатывания нагревателя.
Выполнение канала для ТРС параллельно оси патрубка нагревателя, установка в нем с возможностью перемещения в направлении от коллектора неразрушаемого герметизирующего элемента в виде поршня с толкателем, и шарнирные соединения ограничителя и толкателя двуплечевым рычагом между собой и с корпусом устройства обеспечивают возможность автоматической установки пружины в рабочее положение (обеспечение рабочей деформации) непосредственно в процессе срабатывания устройства.
Выполнение патрубка нагревателя составным, а одной из его составных частей - в виде съемной втулки со ступенчатой внутренней поверхностью, в которой устанавливается подпружиненный ударник, позволяет повысить безопасность технологического процесса сборки нагревателя при его изготовлении.
В совокупности существенные признаки предложенного устройства повышают надежность срабатывания устройства и увеличивают его гарантийный срок.
Пример исполнения устройства поясняется иллюстрацией, на которой приведена схема устройства с составным патрубком нагревателя.
Предложенное устройство, содержит корпус 1 с входным патрубком 2 для подвода рабочего газа и выходным патрубком 3 для вывода ТРС 4. Внутри корпуса 1 размещена эластичная камера 5. Перед выходным патрубком 3 соосно с камерой 5 установлен коллектор 6. Камера 5 соединена с корпусом 1 при помощи изолирующего элемента в виде бурта Т-образной формы, расположенного приблизительно на половине высоты внутренней полости. Проходной канал выходного патрубка 3 смещен относительно оси корпуса 1 и выполнен в виде отдельных участков, расположенных под разными углами от коллектора 6 до места соединения с транспортной магистралью ТРС 4 (на иллюстрации не обозначено). В выходном патрубке 3, расположенном под прямым углом относительно оси корпуса 1, установлен разрушаемый герметизирующий элемент 7 в виде колпачка с мембраной на его донышке.
В коллекторе 6 установлен нагреватель 8, в котором используются пиротехнические составы:
- чувствительный к удару - для воспламенительной навески 9;
- чувствительный к нагреву - для приемопередаточной навески 10;
- высококалорийный, медленно горящий - для основного заряда 11.
Калорийность и скорость горения пиротехнического состава, используемого для изготовления основного заряда 11, а также масса его рабочей навески выбираются из условия обеспечения требуемого времени работы устройства.
Навеска состава 9 контактирует с бойком 12. На минимальном гарантированном расстоянии от бойка 12 установлен ударник 13 при помощи фиксатора 14. В фиксаторе 14 используются не менее двух стопоров 15, каждый из которых выполнен в виде сдвоенных цилиндров со сферическими поверхностями на концах. Стопоры 15 концом малого диаметра упираются в канавку на опорной втулке 16, а концом большего диаметра - во внутреннюю поверхность съемной втулки 17, которая по длине соизмерима с высотой пружины 18 в свободном состоянии, является составной частью патрубка 19 и выполнена со ступенькой. Длина всей части съемной втулки 17 с большим диаметром отверстия соизмерима с высотой пружины 18 под рабочей нагрузкой, а длина остальной части с меньшим диаметром - с величиной ее рабочего хода. Опорная втулка 16 установлена на конце стержня 20 со стороны ударника 13, в котором выполнены центральное глухое отверстие для размещения опорной втулки 16 и, как минимум, два боковых ступенчатых отверстия для установки стопоров 15. Таким образом, ударник 13 имеет механическую связь со стержнем 20 и контактирует с пружиной 18, которая от момента сборки в процессе изготовления и до момента срабатывания устройства находится в состоянии предварительной деформации (сжата на одну-две десятых доли от рабочего хода) за счет использования стержня 20, проходящего внутри пружины. До рабочего состояния (полной рабочей деформации) пружина 18 сжимается только в начале процесса срабатывания устройства.
В зависимости от величины рабочего усилия пружины 18 выбирается количество стопоров 15 и выполняется соответствующее количество боковых ступенчатых отверстий в ударнике 13.
На свободном конце стержня 20 установлен ограничитель 21, который исключает возможность перемещения стержня в сторону ударника 13, но позволяет ему перемещаться в обратную сторону на расстояние, соизмеримое с величиной рабочего хода пружины 18.
Воспламенительная навеска 9, приемопередаточная навеска 10, боек 12, ударник 13, опорная втулка 16, съемная втулка 17 и пружина 18 расположены соосно между собой и смещены относительно оси основного заряда 11, который установлен соосно с камерой 5 и корпусом устройства 1.
Следует отметить, что опорная втулка 16, как отдельная деталь, в устройстве может отсутствовать, а ее конструктивные элементы, прежде всего, канавка с необходимыми геометрическими размерами под стопоры 15, могут быть выполнены непосредственно на стержне 20.
В корпусе 1 параллельно оси патрубка 19, в котором расположены пружина 18 с ударником 13, выполнен канал 22, сообщенный с выходным патрубком 3. В канале 22 установлены: неразрушаемый герметизирующий элемент в виде поршня 23, гайка 24, ограничивающая ход поршня 23 на уровне половины рабочего хода пружины 18, и толкатель 25 (величина хода поршня 23 на уровне половины рабочего хода пружины выбрана для данного варианта исполнения устройства).
Ограничитель 21 (в месте соединения 26) и толкатель 25 (в месте соединения 27) между собой и с корпусом 1 на жесткой опоре 28 (в месте соединения 29), удаленном от толкателя 25 на расстояние, соизмеримое с размером между местами соединений на ограничителе 21 и толкателе 25, шарнирно соединены двуплечевым рычагом 30.
Расстояние, на которое место соединения 29 удалено от места соединения 27 по сравнению с размером между местами соединений 26 и 27, выбрано для данного варианта исполнения устройства в зависимости от соотношения рабочего хода пружины 18 к величине хода поршня 23, и в соответствии с правилами подобия треугольников. Соответственно, рычаг 30 устанавливается с обеспечением при задействовании нагревателя 8 возможности вращения относительно места соединения 29 с одновременным проворачиванием и перемещением в месте соединения 26 на расстояние, соизмеримое с величиной рабочего хода пружины 18, а в месте соединения 27 - на расстояние, соизмеримое с величиной половины ее рабочего хода.
До момента срабатывания устройства исходное положение рычага 30 сохраняется за счет пружины 18 и, при необходимости, предохранителя 31.
Настоящее изобретение не ограничивается приведенным примером.
Устройство работает следующим образом.
При подаче команды на срабатывание устройства включается внешний источник давления (на иллюстрации не показан). Рабочий газ от источника давления по внешнему трубопроводу через патрубок 2 попадает внутрь корпуса 1 и доходит до стенки камеры 5. Под действием давления рабочего газа стенка камеры 5 прогибается и выворачивается до упора цилиндрической части стенки в поверхности внутренней полости корпуса 1, а ее дна - в коллектор 6. В процессе выворачивания камеры 5 возрастающее давление ТРС 4, поступающей через отверстия и каналы коллектора 6, воздействует на поршень 23 и вынуждает его перемещаться в сторону гайки 24. Вследствие этого рычаг 30 начинает вращение относительно места соединения 29. При этом срабатывает предохранитель 31 (при его наличии), и начинают перемещаться (в сторону, противоположную месту расположения бойка 12) ограничитель 21, стержень 20, опорная втулка 16 со стопорами 15 и ударник 13. Пружина 18 начинает сжиматься. При перемещении ударника 13 в этом направлении во втулке 17 в пределах длины внутреннего отверстия с малым диаметром за счет контактирования стопоров 15 одним концом с канавкой на опорной втулке 16, а другим концом - с внутренней поверхностью втулки 17, конец стержня 20 с опорной втулкой 16 удерживается внутри ударника 13. Таким образом, сохраняется механическая связь ударника 13 со стержнем 20. Поэтому пружина 18 продолжает сжиматься.
Следует отметить, что для сферических концов большего диаметра стопоров 15 внутренняя поверхность втулки 17 служит копиром, то есть, своего рода аналогом траектории, на которой должны находиться в течение времени от изготовления до начала срабатывания, и по которой должны перемещаться в процессе срабатывания устройства, контактирующие с канавкой на опорной втулке 16 сферические концы меньшего диаметра этих стопоров.
При перемещении ударника 13 из части втулки 17 с меньшим диаметром в ее часть с большим диаметром стопоры 15 за счет сферических поверхностей на их концах перемещаются относительно оси опорной втулки 16 и, удалившись от нее, выходят из канавки. Поэтому опорная втулка 16 освобождается от стопоров 15 и расфиксирует ударник 13. Таким образом, нарушается механическая связь ударника 13 со стержнем 20.
К этому моменту пружина 18 оказывается сжатой до рабочего состояния (полной рабочей деформации), а стержень 20 с опорной втулкой 16 полностью извлечены из ударника 13. После этого поршень 23 упирается в гайку 24 и его дальнейшее перемещение прекращается. Рычаг 30 прекращает поворачиваться относительно места соединения 29 и останавливается.
В то же самое время после расфиксации (освобождения от механической связи с опорной втулкой 16 на стержне 20) ударник 13 начинает перемещаться в сторону бойка 12. При этом стопоры 15 доходят до ступеньки на границе частей втулки 17 с увеличенным и уменьшенным внутренними диаметрами. За счет контактирования сферических концов с внутренней поверхностью втулки 17 стопоры 15 перемещаются ближе к оси ударника. В таком положении стопоров ударнику ничто не препятствует перемещаться в сторону бойка 12.
Поэтому под действием пружины 18 ударник 13 разгоняется и контактирует с бойком, приводя к последовательному воспламенению и горению пиротехнических составов 9, 10 и 11. От воздействия тепла, выделяемого при горении основного заряда 11, происходит нагрев наружных поверхностей коллектора 6 и нагревателя 8, а также контактирующей с ними ТРС 4. После достижения заданного уровня давления ТРС 4 в донышке разрушаемого герметизирующего элемента 7 прорывается мембрана. Под действием давления рабочего газа подогретая ТРС 4 по мере выдавливания из внутренней полости корпуса 1 через проходной канал выходного патрубка 3 по транспортной магистрали поступает к месту ее потребления.
В процессе дальнейшего возрастания давления ТРС 4, проходя через отверстия и каналы коллектора 6, продолжает подогреваться, и таким образом, полностью выдавливается к потребителю.
Для повторного срабатывания устройства разрушаемый герметизирующий элемент 7, нагреватель 8 и, при необходимости, предохранитель 31 заменяются, а остальные элементы могут использоваться повторно. Камера 5 вновь заполняется заданным количеством ТРС 4.
Для изготовления камеры 5 используется резиновая смесь. Разрушаемый герметизирующий элемент 7 и поршень 23 изготавливаются из алюминиевых сплавов, а корпус 1, коллектор 6 и составные части нагревателя 8 - из стальных или титановых сплавов.
При выполнении конструкции устройства согласно предлагаемому изобретению повышается надежность срабатывания устройства за счет установки пружины в рабочее положение (обеспечение рабочей деформации) непосредственно в процессе срабатывания устройства, что увеличивает гарантийный срок устройства.