УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ РАЗЪЕМА КАМЕРЫ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ЭНЕРГИЕЙ ВЗРЫВА
CHAMBER CONNECTOR SEALING UNIT FOR PROCESSING MATERIALS WITH ENERGY EXPLOSION

Изобретение относится к машиностроению, а именно к технике уплотнения разъемных соединений, и может быть использовано в технологическом оборудовании при обработке материалов взрывом и в проведении исследовательских работ в области физики взрыва.
В известной конструкции камеры (см. Патент SU №1658478, B21D 26/08, 1995) фланцевое быстроразъемное соединение при его смыкании герметизируют уплотнительным кольцом, уложенным в кольцевой канавке на фланце крышки. Уплотняемое место с самым большим отверстием в камере имеет высокую вероятность нарушения герметичности при подрыве заряда конденсированного взрывчатого вещества (ВВ). Наличие зазора по плоскости смыкания фланцев и близкое размещение кольца от места входа в зазор высокотемпературной среды приводит к преждевременному его повреждению.
В известной конструкции камеры (см. Патент RU №2228515, F42D 5/04, F42B 39/00, 2004) загрузочное отверстие герметично закрыто изнутри выпуклой силовой крышкой при помощи уплотнительного элемента. Но размещение уплотняемых поверхностей в грязной зоне усложняет контроль и поддержание уплотнительного элемента в состоянии, пригодном для проведения следующего подрыва.
За прототип принята (см. Патент US 7506568, F16L 23/18, 2009) конструкция разъемного соединения взрывозащитной оболочки, в которой для поддержания герметичности при подрыве заряда ВВ применено три уплотнительных О-образных кольца. Первое уплотнительное кольцо уложено в углубление на дне кольцевого желоба, расположенного на одной стороне уплотняемых поверхностей разъема, с которой стыкуется гребень, являющийся частью противоположной его стороны. Как гребень с ответным желобом, так и первое уплотнительное кольцо в рабочем состоянии узла препятствуют распространению пламени и горячих газов, образующихся во время взрыва, защищая второе и третье уплотнительные кольца. Однако применительно к условиям промышленного производства с коротким рабочим циклом, что, например, характерно для обработки материалов взрывом, возникает необходимость частой замены первого уплотнительного кольца для поддержания работоспособности последующего, чтобы не допустить разгерметизации. Это создает дополнительные трудности в работе, особенно с объектами с большим диаметром разъемного соединения.
В предлагаемом техническом решении задача состоит в совершенствовании конструкции уплотнительного узла для повышения надежности и увеличения срока его эксплуатации в объектах с применением конденсированных взрывчатых веществ.
В предлагаемом уплотнительном узле для обеспечения надежности и продолжительной его эксплуатации путем предохранения уплотнительных колец от выгорания, на одной из плоскостей разъемного соединения выполнена одна, как минимум, канавка на участке между стыком гребня с желобом и местом размещения двух, как минимум, уплотнительных О-образных колец. Поверхности гребня и желоба подготовлены для их сопряжения с минимально допустимым зазором по контуру их поперечного сечения. В рабочем положении гребень с желобом образуют лабиринтное уплотнение, а канавка с прилегающей к ней поверхностью противоположного фланца образует кольцевую полость. При подрыве заряда ВВ сопряжение гребня с желобом и кольцевая полость препятствуют продвижению высокотемпературной среды к месту размещения О-образных уплотнительных колец. Участок сомкнутых поверхностей с лабиринтным уплотнением ограничивает массоперенос продуктов детонации в кольцевую полость. В кольцевой полости происходит смешивание сред: поступившей в нее по кольцевому зазору смыкания и охлаждающей, заключенной в полости. При перемешивании часть тепла, выделившегося при торможении потока в полости, усваивается средой, содержащейся в ее объеме, что приводит к понижению температуры образованной смеси. При нарушениях в контакте уплотняемых поверхностей по их периметру, вызываемых ударно-волновым воздействием, количество кольцевых полостей в уплотнительном узле увеличивают на один и более. Эффективность смешивания при прохождении по кольцевым полостям повышается, что уменьшает различие температуры смеси по всему периметру при взаимодействии с близлежащим уплотнительным кольцом. Сопротивление движению потока возрастает, что обеспечивается дросселированием среды при прохождении ее через щелевые зазоры смыкания.
Предлагаемое техническое решение поясняется графическим материалом.
На фиг. 1 показан фрагмент уплотнительного узла с одной кольцевой полостью прямоугольного поперечного сечения.
На фиг. 2 показан фрагмент уплотнительного узла с двумя концентричными профилированными канавками.
Уплотнительный узел (см. фиг. 1 и 2) содержит фланцы 1 и 2. На фланце 1 выполнен желоб 3, канавка(и) 4 и два углубления 5 с О-образными уплотнительными кольцами 6. На фланце 2 - гребень 7. Желоб 3 и гребень 7 образуют лабиринтный щелевой зазор с его уширением 8 по сопрягаемым боковым граням. Канавка 4 (см. фиг. 1 и 2) выполнена П-образной формы или другого профиля и количества, и расположена на участке между лабиринтным уплотнением и ближайшим О-образным уплотнительным кольцом 6 в углублении 5, образующую с поверхностью фланца 2 кольцевую(ые) полость(и) 9. Кольцевая канавка 4, углубления 5 и желоб 3, сопряженный по плоскости разъема с гребнем 7, концентричны. В случае выполнения на фланце 1 двух и более концентричных профильных канавок 4, последние образуют с поверхностью фланца 2 полости 9, имеющие в сечении трапецию с наклоном боковых стенок навстречу потоку продуктов детонации с углом наклона более 90°. Уплотнительный узел герметизирует полость 10, в которой размещают заряд ВВ.
Уплотнительный узел работает следующим образом.
Взрыв заряда ВВ (см. фиг. 1 и 2) в полости 10 генерирует высокую температуру и давление газовой среды с продвижением по уплотнительному узлу, а именно по щелевому зазору с уширением 8 к месту размещения уплотнительных колец 6. С ростом давления в полости 10 растет сопротивление движущемуся потоку как на плоских участках смыкания по неплотному контакту поверхностей фланцев 1 и 2, так и на участках лабиринтного уплотнения - сопряжения гребня 6 с желобом 3, и кольцевой полости 9. В период движения потока участки с плоским контактом сопрягаемых поверхностей работают по принципу щелевого уплотнения, гребень 7 с ответным желобом 3 совместно с кольцевой полостью 9 работают по принципу лабиринтного уплотнения. Это препятствует распространению продуктов детонации ВВ. В этот момент энергия потока затрачивается на трение о стенки развитой поверхности по длине пути и в местах с резким изменением направления и проходного сечения. В кольцевой полости 9 часть тепла, выделяющегося при торможении, усваивается заключенной в ней средой, имеющей температуру до подрыва ВВ. Температура смеси, образовавшейся при взаимопроникновении сред: поступающей в нее и заключенной в ней, понижается. Снижением температуры продуктов детонации ВВ, вступающих в контакт с первым уплотнительным О-образным кольцом 6, обеспечивают более продолжительную работу уплотнительного узла и создают необходимый ресурс герметичной работы.
Две кольцевые полости 9 (см. фиг. 2) улучшают качество смешивания сред со снижением температуры при перетекании из первой, примыкающей к лабиринтному уплотнению, во вторую. Встречным наклоном боковых стенок в кольцевых полостях 9 достигается наибольшее сопротивление потоку продуктов детонации на участке дросселирования по щелевому зазору смыкания с более выравненной температурой смеси по всему периметру на выходе из второй кольцевой полости 9.
Важно, что замена одной большой кольцевой полости на ряд полостей, равных или разных по площади и форме сечения обеспечивает более низкую температуру торможения среды по всему периметру ее взаимодействия с эластичным уплотнительным О-образным кольцом 6. Этому способствует улучшение перемешивания смеси, распределенной по ряду введенных в уплотнительный узел полостей, рост сопротивления ее движению при перетекании из полости в полость по щелевым участкам смыкания, где проявляется эффект дросселирования, и увеличение поверхности охлаждения в образованных полостях. Таким образом, уплотняющие эластичные кольца 6, эффективно защищены от взрывной нагрузки и горячих газов, что создает необходимый резерв герметизации уплотнительного узла, увеличение надежности и продолжительности работы.
Заявляемая конструкция уплотнительного узла выполнена на экспериментальной взрывной камере с диаметром в разъеме 2 метра и возможностью подрыва заряда ВВ до 5 кг в КТФ ИГиЛ СО РАН.