ГАЗОВЫПУСКНОЙ КЛАПАН КАМЕРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА
GAS DISCHARGE VALVE OF CHAMBER FOR PROCESSING MATERIALS BY EXPLOSION ENERGY

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. Эвакуация газообразных продуктов детонации взрывчатых веществ (ВВ) из камеры осуществляется, после подрыва с помощью газовыпускных клапанов. Существуют две основные конструктивные схемы работы газовыпускных клапанов взрывных камер. Мощный затвор, неподвижно закрепленный в отверстии на стенке камеры, и подвижный шток внутри затвора, которым управляют с помощью гидро- или пневмопривода. Или закрепленный неподвижно на стенке камеры корпус и подвижный затвор, расположенный внутри камеры и соединенный с приводом. И в том и в другом случае при закрывании клапана происходит взаимодействие сопряженных поверхностей седла и запорного органа.
Пример реализации первой схемы работы газовыпускного клапана представлен на рис. 4.10. ("Металлические взрывные камеры: монография" / Демчук А.Ф., Исаков В.П.; Красноярск, гос. ун-т. - Красноярск: РИО КрасГУ, 2006. стр. 165.) Мощный затвор, закрепленный на стенке камеры (в ссылке он назван "перегородка-днище стакан с каналами") с отверстиями расчетных размеров, препятствующих прохождению ударных волн из полости взрывной камеры через газовыпускной клапан в систему вентиляции. Там же изображен подвижный шток, который запирает своей уширенной частью выходное отверстие "перегородки-днища стакана с каналами". Количество отверстий выбрано исходя из требуемого режима вентиляции полости камеры от газообразных продуктов детонации ВВ. Однако, пропускная способность постепенно нарушается закупоркой отверстий продуктами детонации ВВ и разлетающимися осколками используемых во взрывных сборках материалов, что приводит к нарушению режимов работы оборудования. Для очистки закупоренных отверстий, как правило, требуется снятие клапана с камеры и его последующая разборка.
Клапан, взятый нами за прототип, состоит из корпуса с седлом, закрепленного на стенке камеры и подвижного запорного органа с грибовидной поверхностью, обращенной в полость камеры. ("Металлические взрывные камеры: монография" / Демчук А.Ф., Исаков В.П.; Красноярск, гос. ун-т. - Красноярск: РИО КрасГУ, 2006. стр. 169, рис. 4.14.) Взаимодействующие боковые поверхности седла и запорного органа сопряжены по конусу. При перемещении запорного органа внутрь камеры происходит открытие клапана. В данном случае реализована вторая схема работы газовыпускного клапана. При взрывной обработке возникающая энергия ударной волны локализуется массивной грибовидной поверхностью его запорного органа. Избыточное давление после взрыва стравливается (дросселированием ГПД) через зазор, образованный при открывании клапана по заданной программе с помощью специального механизма. Однако из-за большой разницы давлений и температур внутри полости камеры и в системе вентиляции усложняется процесс управления постадийным открыванием клапана и снижается надежность его работы.
Попытки сделать в грибовидной поверхности запорного устройства дросселирующее отверстие так же не привели к положительному результату, поскольку, как и в первом примере, отверстие быстро закупоривается.
В предлагаемом техническом решении задача состоит в совершенствовании конструкции газовыпускного клапана с целью ее упрощения, повышения надежности и эффективности работы в системе вентиляции взрывных камер. Предлагаемый клапан содержит корпус с седлом, закрепленный на стенке взрывной камеры, и затвор, открывающийся внутрь камеры. Сопрягаемые поверхности седла и затвора конические. Затвор выполнен с прорезями желобчатой формы на его опорной боковой поверхности, образующей в контакте с седлом дроссельные каналы, соединяющие полость камеры с системой вентиляции и в момент взрыва, и после него. Через них идет стравливание избыточного давления газообразных продуктов детонации. Устойчивый контакт затвора с седлом сохраняется. При выбранной расчетной площади дроссельных каналов обеспечивается отражение ударной волны от мест их размещения, равно как и от поверхности без отверстий, обеспечивая безаварийную эксплуатацию вытяжной системы вентиляции. Торцевая поверхность затвора, обращенная к фронту ударной волны, задерживает летящие на нее осколки использованных материалов, служит экраном, создавая теневую зону в месте расположения отверстий, что препятствует прямому воздействию на них осколков. Выбранный профиль желобчатой прорези - полуокружность в донной ее части с глубиной, равной ее радиусу от контактной поверхности седла. Количество желобчатых прорезей по периметру контакта затвора четное с расстановкой по кругу -каждой желобчатой прорези диаметрально противостоит другая. Это способствует более устойчивому положению затвора в седле при действии на него разнящихся нагрузок в местах их расположения. Суммарная площадь прорезей, независимо от их количества, должна соответствовать требуемому режиму по времени стравливания избыточного давления из полости камеры. В положении клапана «открыто» расположение формообразующих поверхностей прорезей легко доступны для осмотра и, если необходимо, очистки.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показан вид газовыпускного клапана в закрытом положении.
На фиг. 2 показан вид А.
На фиг. 3 показан разрез Б-Б.
Газовыпускной клапан (см. фиг. 1, 2, 3) содержит корпус 1 с седлом 2, укрепленный в стенке взрывной камеры 3 с рабочей полостью 4, имеет затвор 5 с гидравлическим управлением (не показано) с желобчатыми прорезями 6, образующими в контакте с поверхностью седла 2 дроссельные каналы 8, соединяющие рабочую полость камеры 4 с системой вентиляции (не показано) через полость 7 корпуса клапана 1. При этом, чтобы обеспечить симметричность распределения потока газов, количество желобчатых прорезей четное и прорези располагаются диаметрально напротив друг друга.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. После подготовки взрывной сборки в камере 3 производят подрыв заряда ВВ. Взрыв генерирует в камере 3 высокое давление и температуру. Возникший перепад давлений между давлением в полости камеры 4 и давлением вне камеры 3 (атмосферным) приводит к истечению газовых продуктов детонации через дроссельные каналы 8. Начало стравливания газовых продуктов детонации через дроссельные каналы 8 начинается с приходом к ним ударной волны и поступлением в них сжатой газовой смеси после подрыва заряда ВВ. При этом ударная волна отражается, как от поверхностей клапана, так и от мест размещения дроссельных каналов и, учитывая их малые размеры, не проникает в систему вентиляции. При снижении давления в рабочей полости 4 камеры 3 до давления в системе вентиляции, открывают клапан перемещением затвора 5 от седла 2 корпуса 1 и принудительно эвакуируют ГПД из рабочей полости камеры 4. После этого включают вентиляцию с вытяжкой через газовыпускной клапан. Эвакуация ГПД из рабочей полости камеры чаще всего осуществляют по смешанной схеме: полость камеры соединяют с источником сжатого воздуха. Очистку рабочей полости камеры от ГПД проводят пропусканием сжатого воздуха в количествах, многократно превышающих ее объем. В этот период при открытом положении затвора 5, желобчатые прорези 6 свободно продуваются потоками истекающего сжатого воздуха и дополнительно очищаются. После эвакуации ГПД, камеру открывают и готовят к следующему рабочему циклу. Эксплуатация взрывной камеры, снабженной предлагаемым газовыпускным клапаном, показала эффективность и надежность его работы, т.к. практически не требуется чистка контактной поверхности седла 2 и желобчатых прорезей 6, являющихся формообразующими поверхностями дроссельных каналов 8. Заявляемая конструкция газовыпускного клапана выполнена на взрывных камерах, спроектированных и изготовленных в КТФ ИГиЛ СО РАН, с возможностью подрыва заряда до 2 кг и 5 кг ВВ.