Устройство защиты и компенсации давления в герметизированном объеме с внешней средой
DEVICE FOR PROTECTION AND COMPENSATION OF PRESSURE IN SEALED VOLUME WITH AMBIENT MEDIUM

Устройство относится к приборостроению и может быть использовано в блоках радиоэлектронной аппаратуры, работающих на открытом воздухе.
Известны устройства по патентам РФ № 2339070, G05D 16/06,
№ 2437019, F16K 47/16, № 2495315, F16K 47/16, регулирующие газообмен и осуществляющие автоматическую компенсацию давления в герметичном корпусе прибора. К недостаткам этих систем относятся большие размеры, сложность конструкции, наличие механических движущихся частей, необходимость ручной настройки, отсутствие защиты от проникновения пылевых частиц, невозможность работы при погружении в воду.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является газообменное устройство по патенту РФ № 2459129, F16K 47/14, принятое за прототип.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства-прототипа, где обозначено:
1 – корпус;
2 – пакет пористых мембранных элементов;
3 – пакет эластичных кольцевых уплотнений пакета мембранных элементов;
5 – прижимная гайка;
6 – прижимная шайба;
7 – накидная гайка;
8 – кольцевое эластичное уплотнение носовой части корпуса;
9 – носовая цилиндрическая часть составного корпуса.
Устройство-прототип содержит корпус 1, выполненный в виде составного полого цилиндра, причем диаметр носовой части 9 меньше торцевой части корпуса. Снаружи носовой части корпуса 1 за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается накидная гайка 7 для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема (на фиг. 1 не показан). Регулировочный орган выполнен в виде пакета из заданного числа пористых мембранных элементов, каждый из которых установлен во внутренней полости торцевой части корпуса 1 герметично посредством эластичных кольцевых уплотнений 3, размещенных между каждым мембранным элементом из такого расчета, чтобы суммарное динамическое сопротивление пакета мембранных элементов потоку газа было равно заданной степени разгерметизации герметизированного объема. Мембранные элементы пакета 2 размещены с возможностью перемещения в полости торцевой части корпуса 1, пакет мембран 2 поджат с торца прижимной гайкой 5 посредством прижимных шайб 6, размещенных между прижимной гайкой 5 и пакетом мембранных элементов 2.
Мембранные элементы пакета 2 выполнены из пористого металла группы никеля или из неметалла, такого как керамика на основе оксидов металлов третьей группы периодической системы элементов. Для фиксации устройства в рабочем положении снаружи носовой части 9 корпуса 1 за одно целое с ним выполнен фланец, на который опирается накидная гайка 7 для соединения устройства со штуцером обратного клапана герметизированного объема. На наружной поверхности носовой части 9 корпуса 1 выполнена кольцевая выемка, в которую установлено эластичное уплотнение круглого сечения 8, перекрывающее зазор между внутренней поверхностью штуцера герметизированного объема и наружной поверхностью этой части корпуса 1. Это обеспечивает герметизацию соединения устройства с внутренней полостью обратного клапана герметизированного объема.
Корпус устройства 1 носовой его частью 9 входит в полость отверстия обратного клапана герметизированного объема так, что позволяет открыть его без разгерметизации герметизированного объема при достижении крайнего положения за счет того, что длина носовой части 9 корпуса 1 выполнена равной глубине отверстия штуцера обратного клапана.
Сборка и монтаж устройства осуществляется в следующей последовательности. С торца корпуса 1 устанавливается (до соприкосновения с фланцем) гайка 2. В полость торцевой части корпуса 1 вставляются последовательно эластичные уплотнения 3 и мембранные элементы 2, причем последний из кольцевых эластичных уплотнений устанавливается следом за последним мембранным элементом. Пакеты мембранных элементов 2 и кольцевых эластичных уплотнений 3 с торца поджимаются прижимной гайкой 5 посредством прижимной шайбы 6. Носовая часть 9 корпуса 1 с надетым эластичным уплотнением 8 вставляется в отверстие штуцера обратного клапана герметизированного объема. С помощью накидной гайки 7 устройство окончательно монтируется на штуцер обратного клапана герметизированного объема.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Для задействования устройства его устанавливают в полость штуцера обратного клапана (на фиг. 1 не показан) герметизированного объема. Дозированный газообмен герметизированного объема с внешней средой происходит естественным путем за счет градиентов парциальных и абсолютных давлений газа между герметизированным объемом и внешней средой. Перенос газа из герметизированного объема во внешнюю среду и/или в обратном направлении осуществляется через пакет пористых мембранных элементов и отверстие в носовой части 9 корпуса 1.
Недостатками устройства-прототипа являются:
- отсутствие защиты от пылевых частиц
- невозможность работы устройства после погружения в воду, т.к. через используемые мембраны просачивается вода, что в случае замерзания приведет к выходу устройства из строя.
- сложность конструкции и изготовления и большие размеры
- невозможность использования в блоках радиоэлектронной аппаратуры, имеющей встроенные микрофоны, так как происходит сильное экранирование, искажение и затухание звукового сигнала пористыми металлическими мембранами
Задача – защита от прямого механического воздействия, проникновения пылевых частиц и от проникновения воды при погружении в нее, а также упрощение изготовления и конструкции устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве защиты и компенсации давления в герметизированном объеме с внешней средой, содержащем корпус, выполненный в виде полого цилиндра, в который герметично установлен пакет пористых мембран, а также эластичные кольцевые уплотнения, согласно изобретению, корпус выполнен с резьбой; пакет мембран содержит, по меньшей мере, две мембраны, расположенные в порядке убывания размера пор: на стороне, контактирующей с открытым воздухом, расположена мембрана с наибольшим средним диаметром пор, на другой стороне, контактирующей с герметизируемым объемом – с наименьшим, при этом поверхность пор мембран гидрофобна или подвергнута принудительной гидрофобизации, кроме того, мембраны в пакете расположены вплотную друг к другу, с внешней стороны мембраны зафиксированы эластичным кольцевым уплотнением или эластичным клеевым соединением, с внешней стороны корпуса расположена защитная крышка с отверстием, при этом мембраны выполнены из полимерных материалов.
На фиг. 2 приведен общий вид заявляемого устройства, где обозначено:
1 – корпус;
2 – пакет пористых мембран (мембранных элементов);
3 – клеевое или эластичное уплотнение;
4 – защитная крышка.
Предлагаемое устройство содержит корпус 1, представляющий собой полый цилиндр (втулку) с резьбой, в который помещен пакет пористых мембран 2. Мембраны в пакете 2 расположены в порядке убывания размера пор. На одной стороне, контактирующей с открытым воздухом, располагается мембрана с наибольшим средним диаметром пор, (до 8-10 мкм), на другой, контактирующей с герметизируемым объемом – с наименьшим (до 0,15 мкм). Поверхность пор мембран гидрофобна или подвергнута принудительной гидрофобизации. Мембраны в пакете 2 расположены вплотную друг к другу, без промежутков. С внешней стороны пакета 2 мембраны фиксируются эластичным кольцевым или клеевым уплотнением 3. При большом диаметре мембран предусмотрена установка поддерживающей решетки, закрепляющей пакет мембран 2 с внешней стороны.
В стенку защищаемого изделия вкручивается корпус 1.
Защита от пылевых частиц и взвешенных (коллоидных) частиц водных растворов происходит благодаря тому, что мембраны расположены в порядке убывания размеров пор. Мембраны с наибольшим размером пор контактируют с внешней средой (воздух или вода).
Мембраны могут быть выполнены из различных полимерных материалов, например: полиимид, алифатический полиамид, ароматический полиамид, полисульфон, полиэфирсульфон, полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен, поливинилиденфторид.
Устройство имеет защитную крышку 4 с отверстием с внешней стороны, предохраняющую мембраны от повреждения и от прямого воздействия пылевых частиц.
Устройство функционирует следующим образом.
При установке в защищаемое изделие устройство воздух свободно проходит через поры мембран и тем самым происходит выравнивание давления внутри корпуса 1 с внешней средой.
При погружении в воду за счет капиллярного эффекта гидрофобной поверхности мембран не происходит проникновения воды через устройство.
о
о
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет выравнивать давление внутри герметизированного объема с внешним, защищать герметизированный объем от загрязнения пылевыми частицами, препятствовать проникновению внутрь герметизированного объема влажного воздуха, и тем самым защищать от образования конденсата внутри герметизируемого объема, при этом не искажает работу микрофонов, находящихся внутри герметизированного объема, а также препятствует проникновению воды внутрь герметизированного корпуса при погружении в воду до давления 0,2 атм., сохраняя работоспособность после погружения и последующего термоциклирования от -60 С до +60 С.