RU201202U1 - Fast-acting diaphragm-plunger valve for chambers of hyperbaric liquid breathing installations - Google Patents

Abstract

Полезная модель предназначена для обеспечения надежной работы установок при исследовании процессов жидкостного дыхания, протекающих в условиях гипербарии.Затвор содержит полый корпус и откидную крышку в виде стакана с вращающимся запорным кольцом с радиальными зубцами, взаимодействующими с зубцами корпуса. Крышка закреплена на откидном рычаге с помощью шарового пальца. Внутри крышки установлен подвижный в осевом направлении плунжер в виде чашки, глухим торцом взаимодействующий с упругой мембраной, образующей с ее донной частью герметичную полость, соединенную с источником давления жидкости, а противоположным торцом - с уплотнительными кольцами, размещенными в канавках корпуса. Поворот запорного кольца происходит за счет взаимодействия установленного на нем зубчатого сектора с зубчатой рейкой на корпусе гидроцилиндра с двусторонним штоком, а откидывание крышки - с помощью двух качающихся гидроцилиндров двустороннего действия.Технический результат - обеспечение быстродействия и надежной герметичности. 4 ил.The utility model is designed to ensure reliable operation of installations in the study of liquid respiration processes occurring under hyperbaric conditions. The shutter contains a hollow body and a hinged cover in the form of a glass with a rotating locking ring with radial teeth interacting with the teeth of the body. The cover is secured to the swing arm with a ball pin. Inside the cover there is an axially movable plunger in the form of a cup, with a blind end interacting with an elastic membrane, forming with its bottom part a sealed cavity connected to a source of fluid pressure, and by the opposite end - with sealing rings placed in the body grooves. The locking ring is rotated due to the interaction of the toothed sector installed on it with the toothed rack on the hydraulic cylinder housing with a double-sided rod, and the cover is tilted with the help of two double-acting swinging hydraulic cylinders. The technical result is to ensure speed and reliable tightness. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к конструкциям быстродействующих затворов сосудов давления и предназначена для использования в различных отраслях промышленности, производящих и эксплуатирующих емкости и аппараты, работающие под давлением, в частности камеры испытательных стендов для проведения исследований различных технологических процессов, в том числе процессов жидкостного дыхания, протекающих при высоких (гипербарических) давлениях.The utility model relates to the designs of quick-acting closures of pressure vessels and is intended for use in various industries producing and operating tanks and devices operating under pressure, in particular, test bench chambers for researching various technological processes, including liquid breathing processes occurring during high (hyperbaric) pressures.

Известна конструкция устройства для запирания крышки сосуда, работающего под давлением (патент RU 2249135 С1, МПК F16J 13/16, 13/10 от 18.08.2003 г.), которое содержит крышку с механизмом ее подъема, установленную на корпусе, быстроразъемное конусно-фланцевое соединение, механизм закрытия/открытия крышки, прокладку, размещенную между фланцами корпуса и крышки. Конусно-фланцевое соединение выполнено на базе фланцев крышки и корпуса с наружными коническими поверхностями и охватывающих их торцы пары разводящихся/сводящихся бугелей с коническими проточками на внутренних поверхностях. Механизм закрывания (запирания) крышки включает в себя два основных и два дополнительных гидроцилиндра, а механизм подъема (откидывания) крышки - гидродомкрат, установленный на качающейся опоре, установленной вблизи корпуса сосуда.The known design of a device for locking the lid of a vessel operating under pressure (patent RU 2249135 C1, IPC F16J 13/16, 13/10 dated 08/18/2003), which contains a lid with a lifting mechanism, mounted on the body, quick-release conical-flange connection, cover closing / opening mechanism, gasket placed between body and cover flanges. The conical-flange connection is made on the basis of the flanges of the cover and body with outer conical surfaces and a pair of expanding / converging yokes with conical grooves on the inner surfaces covering their ends. The lid closing (locking) mechanism includes two main and two additional hydraulic cylinders, and the lid lifting (tilting) mechanism is a hydraulic jack mounted on a swinging support installed near the vessel body.

Устройство требует большого количества исполнительных механизмов в виде гидроцилиндров, один из которых в составе гидродомкрата усложняет привязку затвора к корпусу сосуда, лишая последний автономности. Наличие пары бугелей, разводящихся/сводящихся с помощью гидроцилиндров может вызвать их неравномерное сведение и затяжку, особенно при провисании крышки под действием собственного веса, может привести к смещению прокладки и негерметичному закрытию крышки, а в целом приводит к снижению надежности работы устройства.The device requires a large number of actuators in the form of hydraulic cylinders, one of which, as part of a hydraulic jack, complicates the binding of the shutter to the vessel body, depriving the latter of its autonomy. The presence of a pair of yokes that can be expanded / reduced by means of hydraulic cylinders can cause their uneven convergence and tightening, especially when the lid sags under its own weight, can lead to displacement of the gasket and leaky closing of the lid, and in general leads to a decrease in the reliability of the device.

В известной конструкции затвора быстродействующего, предназначенного для сосудов давления (патент RU 2498133 С1, МПК F16J 13/02 от 04.04.2012 г.), содержащей корпус с резьбовым пояском, крышку, накидную гайку, взаимодействующую с крышкой и по резьбе с корпусом, уплотнительный элемент, тяги, связанные стягивающей муфтой с кронштейном на корпусе и рычагом, взаимодействующим с накидной гайкой, в центре наружной поверхности крышки выполнен цилиндрический выступ, взаимодействующий с втулкой рычага, а обращенные друг к другу поверхности крышки и корпуса снабжены соосно расположенными кольцевыми выступами, образующими подвижное цилиндрическое соединение. Кроме того, по периметру гайки с одинаковым шагом смонтированы упоры с пазами в радиальном направлении, в которых с зазором располагается взаимодействующий с упорами палец рычага. Для подъема крышки с целью выведения цилиндрических выступов крышки и корпуса из соединения предназначен винтовой механизм, смонтированный на поворачивающемся кронштейне.In the known design of a fast-acting shutter designed for pressure vessels (patent RU 2498133 C1, IPC F16J 13/02 dated 04.04.2012), containing a body with a threaded collar, a cap, a union nut interacting with the cap and threading with the body, a sealing element, rods connected by a tightening sleeve with a bracket on the body and a lever interacting with a union nut, a cylindrical protrusion is made in the center of the outer surface of the cover interacting with the lever sleeve, and the surfaces of the cover and the body facing each other are provided with coaxially arranged annular protrusions forming a movable cylindrical connection. In addition, along the perimeter of the nut with the same pitch, stops are mounted with grooves in the radial direction, in which a lever pin interacting with the stops is located with a gap. To lift the cover in order to remove the cylindrical projections of the cover and the body from the connection, a screw mechanism is used, mounted on a pivoting bracket.

Наличие резьбовых соединений в механизмах запирания и подъема крышки существенно увеличивают время ее открытия/закрытия. С увеличением диаметра сосуда, а, следовательно, диаметра накидной гайки и крышки, значительно возрастают моменты трения в резьбовых соединениях «гайка - резьбовой поясок корпуса» и «гайка - кольцевой упорный буртик» на наружной образующей крышки, что приводит к необходимости значительного увеличения прикладываемого к рукоятке ручного привода усилия для создания крутящего момента, способного надежно обеспечить герметичное закрытие сосуда. Кроме того, не исключается возможность вращения гайки вместе с крышкой относительно уплотнительного элемента в виде кольца, материал которого будет подвержен не только нормальным деформациям (сжатию) в поперечном направлении, но и тангенциальным деформациям (сдвигу) в окружном направлении. Последние вызывают изменения размеров (например, диаметров) поперечных сечений уплотнения в сторону уменьшения или увеличения, негативно отражающихся на обеспечении затвором герметичности запирания сосуда и долговечности.The presence of threaded connections in the mechanisms for locking and lifting the lid significantly increases the time of its opening / closing. With an increase in the diameter of the vessel, and, consequently, the diameter of the union nut and the lid, the friction moments in the threaded connections "nut - threaded collar of the body" and "nut - annular thrust collar" on the outer generatrix of the lid increase significantly, which leads to the need for a significant increase in the applied to the handle of the manual drive forces to create a torque capable of reliably providing a hermetically sealed vessel. In addition, the possibility of rotation of the nut together with the cover relative to the sealing element in the form of a ring, the material of which will be subject not only to normal deformations (compression) in the transverse direction, but also to tangential deformations (shear) in the circumferential direction is not excluded. The latter cause changes in the dimensions (for example, diameters) of the cross-sections of the seal in the direction of decreasing or increasing, which negatively affects the provision of the seal with the seal against the vessel and its durability.

Известна конструкция запорного устройства (патент CN 203404555 U), анализ работы которой позволяет сделать заключение, что вращение крышки будет передаваться диску с уплотнительным кольцом за счет трения между их находящимися в контакте торцовыми поверхностями, вызывая тем самым тангенциальные деформации материала кольца, изменяющие размер поперечного сечения (утолщения, утонения), что негативно отражается на надежности герметизации. Кроме того, погрешности расположения большого числа зубцов (кулачков) с криволинейными (винтовыми) контактными поверхностями относительно уплотнительной поверхности корпуса, будут вызывать перекосы крышки, а, следовательно, и диска с уплотнительным кольцом относительно этой поверхности, что также будет приводить к неравномерной по периметру поперечной деформации уплотнительного кольца и к снижению надежности герметизации.The design of the locking device is known (patent CN 203404555 U), the analysis of the operation of which allows us to conclude that the rotation of the cover will be transmitted to the disk with the sealing ring due to friction between their end surfaces in contact, thereby causing tangential deformations of the ring material, which change the size of the cross section (thickening, thinning), which negatively affects the reliability of sealing. In addition, errors in the location of a large number of teeth (cams) with curved (helical) contact surfaces relative to the sealing surface of the housing will cause distortions of the cover, and, consequently, of the disk with an O-ring relative to this surface, which will also lead to an uneven transverse deformation of the sealing ring and to a decrease in the reliability of the seal.

Наиболее близким по техническому исполнению (прототипом) является затвор концевой байонетный (патент RU 2418218 С1, МПК В08В 9/02 от 10.05.2011 г.), используемый в нефтегазовой промышленности, например, для обеспечения быстрого ввода в камеры запуска трубопроводов очистных и диагностических устройств.The closest in technical design (prototype) is a bayonet end gate (patent RU 2418218 C1, IPC В08В 9/02 dated 05/10/2011), used in the oil and gas industry, for example, to provide quick entry into the chambers for launching pipelines of cleaning and diagnostic devices ...

Затвор включает в себя полый корпус, прилегающую к его уплотнительной поверхности крышку, установленную с помощью шаровой опоры с возможностью поворота на откидном рычаге, закрепленном на корпусе, и байонетное запорное устройство, обеспечивающее сжатие расположенного в канавке уплотнительной поверхности корпуса уплотнителя.The shutter includes a hollow body, a cover adjoining its sealing surface, mounted with a ball bearing with the ability to rotate on a hinged lever fixed to the body, and a bayonet locking device that provides compression of the seal housing located in the groove of the sealing surface of the body.

Крышка снабжена радиальными выступами (зубцами), охватываемыми выполненными на корпусе пазами. Контактные поверхности элементов байонетного соединения (зубцов) имеют форму винтовых поверхностей, аналогичных поверхности многозаходной прямоугольной резьбы. Механизм поворота крышки включает в себя снабженный храповым механизмом ручной съемный ключ - шестерню, взаимодействующий с зубчатым сектором, закрепленным на крышке. Крышка откидывается вручную, для чего она снабжена рукоятками в виде скоб.The cover is equipped with radial protrusions (teeth), covered with grooves made on the body. The contact surfaces of the bayonet connection elements (teeth) have the shape of helical surfaces, similar to the surface of a multi-start rectangular thread. The mechanism for turning the cover includes a manual removable wrench equipped with a ratchet mechanism - a gear that interacts with a toothed sector fixed on the cover. The cover can be folded back manually, for which it is equipped with handles in the form of staples.

К недостаткам взятого в качестве прототипа затвора можно отнести следующее.The disadvantages of the shutter taken as a prototype include the following.

Во-первых, сложность изготовления с одинаковой точностью контактных винтовых поверхностей запорных элементов (зубцов) байонетного соединения, разброс размеров которых даже в пределах допуска не позволит обеспечить равномерное сжатие в поперечном направлении уплотнительного элемента по периметру.First, the complexity of manufacturing with the same precision the contact screw surfaces of the locking elements (teeth) of the bayonet connection, the size spread of which, even within the tolerance, will not allow to ensure uniform compression in the transverse direction of the sealing element along the perimeter.

Во-вторых, при вращении крышки относительно уплотнительного элемента в виде кольца, упругий материал из которого оно изготовлено, будет подвержен не только нормальным деформациям (сжатию) в поперечном направлении, но и тангенциальным деформациям (сдвигу) в окружном направлении. Последние вызывают изменения размеров поперечных сечений разных участков уплотнения (утонению, утолщению), волнистость линии контакта уплотнения с крышкой, что негативно отразится на обеспечении затвором герметичности запирания сосуда и сроке службы уплотнения из-за неравномерности износа.Secondly, when the cover rotates relative to the sealing element in the form of a ring, the elastic material of which it is made, it will be subject not only to normal deformations (compression) in the transverse direction, but also to tangential deformations (shear) in the circumferential direction. The latter cause changes in the dimensions of the cross-sections of different sections of the seal (thinning, thickening), waviness of the line of contact between the seal and the lid, which will negatively affect the provision of the valve with the tightness of closing the vessel and the service life of the seal due to uneven wear.

В-третьих, при увеличении диаметра крышки значительно возрастает момент трения в зонах контакта винтовых поверхностей зубцов байонетного соединения и уплотнительной поверхности крышки с уплотнением, для преодоления которых требуется создание значительного по величине крутящего момента, увеличение создаваемого вручную приводного усилия, обеспечивающего герметичность запирания сосуда.Thirdly, with an increase in the diameter of the lid, the friction moment in the contact zones of the screw surfaces of the bayonet teeth and the sealing surface of the lid with a seal increases significantly, to overcome which it is necessary to create a significant torque, an increase in the manually generated driving force, which ensures the tightness of the vessel locking.

В-четвертых, используемые в составе затвора механизмы запирания и откидывания крышки с ручным приводом не могут обеспечить высокое быстродействие, которое необходимо при исследовании или осуществлении целого ряда технологических процессов, так как большое время доступа к результатам испытаний, проводимых в условиях высокого (гипербарического) давления может их существенно исказить.Fourthly, the manually operated lid locking and tilting mechanisms used in the shutter cannot provide high-speed performance, which is necessary in the study or implementation of a number of technological processes, since the long access time to the test results carried out under high (hyperbaric) pressure can significantly distort them.

Таким образом, возникает задача создания затвора для сосудов (камер) высокого (гипербарического) давления, которому не присущи указанные выше недостатки, т.е. затвора, характеризующегося высокой эксплуатационной надежностью в части обеспечения герметичности и быстродействия.Thus, the problem arises of creating a seal for vessels (chambers) of high (hyperbaric) pressure, which does not have the above disadvantages, i.e. a shutter characterized by high operational reliability in terms of ensuring tightness and speed.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой конструкции быстродействующего мембранно-плунжерного затвора, содержащего полый круглый корпус с переходной обечайкой; прилегающую к его уплотнительной поверхности крышку, установленную с помощью шаровой опоры на откидном рычаге и обеспечивающую прилегание уплотнительных поверхностей корпуса и крышки; расположенные в канавках уплотнительной поверхности корпуса уплотнительные кольца и обеспечивающий их сжатие запорный механизм с входящими в зацеплении зубцами; внутри крышки, выполненной в виде стакана со сферическим дном и кольцевым наружным буртиком по краю, перпендикулярно оси крышки закреплена сваркой круглая упругая мембрана, образующая со сферическим дном закрытую герметичную полость, соединенную с источником давления жидкости, и открытую полость под подвижный в осевом направлении плунжер в виде цилиндрической чашки, донная часть которого обращена к мембране, а торцовая поверхность стенки - к уплотнительной поверхности корпуса с уплотнительными кольцами; запорный механизм выполнен в виде кольца, установленного с возможностью вращения на наружной цилиндрической поверхности стакана крышки, радиальные зубцы которого, расположенные с одинаковым шагом, имеют плоскую форму и образуют зацепление с аналогичными по форме и расположению зубцами на уплотнительной поверхности корпуса.The solution to this problem is achieved by the fact that in the proposed design of a fast-acting diaphragm-plunger valve containing a hollow round body with a transition shell; a cover adjoining its sealing surface, installed with a ball bearing on a hinged lever and ensuring abutment of the sealing surfaces of the body and the cover; O-rings located in the grooves of the sealing surface of the body and a locking mechanism with engaging teeth for their compression; inside the lid, made in the form of a glass with a spherical bottom and an annular outer flange along the edge, a circular elastic membrane is welded perpendicular to the lid axis, forming a closed hermetic cavity with a spherical bottom connected to a source of fluid pressure, and an open cavity for a plunger movable in the axial direction in in the form of a cylindrical cup, the bottom of which faces the membrane, and the end surface of the wall - to the sealing surface of the body with O-rings; the locking mechanism is made in the form of a ring mounted for rotation on the outer cylindrical surface of the lid cup, the radial teeth of which, located with the same pitch, have a flat shape and form engagement with teeth similar in shape and arrangement on the sealing surface of the body.

При сравнении аналогов и прототипа с заявляемой конструкцией затвора видно, что последний обладает следующими новыми техническими характеристиками.When comparing analogs and prototype with the claimed design of the shutter, it can be seen that the latter has the following new technical characteristics.

Во-первых, наличие в составе крышки плунжера, которому для работы затвора достаточно возможности осевого перемещения (без вращения) перпендикулярно уплотнительной поверхности фланца для взаимодействия с уплотнительным кольцевым элементом, что обеспечивает равномерную нормальную деформацию (сжатие) кольца по периметру без создания тангенциальных (касательных) деформаций сдвига, вызывающих изменение формы поперечного сечения, неравномерный износ и, как следствие, нарушение герметизации.Firstly, the presence of a plunger in the cover, which for the valve operation is sufficient for the possibility of axial movement (without rotation) perpendicular to the flange sealing surface to interact with the sealing ring element, which ensures uniform normal deformation (compression) of the ring around the perimeter without creating tangential (tangent) shear deformations, causing a change in the shape of the cross-section, uneven wear and, as a result, a violation of sealing.

Во-вторых, применение для перемещения плунжера упругой мембраны, которая под действием давления входит в контакт с прилегающей к ней его торцовой поверхностью, обеспечивает равномерное распределение усилия прижима плунжера к уплотнительным кольцам независимо от точности изготовления, количества и расположения элементов запорного механизма - зубцов, а также точности относительного расположения торцов плунжера (непараллельности).Secondly, the use of an elastic membrane to move the plunger, which, under the action of pressure, comes into contact with its end surface adjacent to it, ensures a uniform distribution of the force of pressing the plunger to the O-rings, regardless of the manufacturing accuracy, the number and location of the locking mechanism elements - teeth, and also the accuracy of the relative position of the ends of the plunger (non-parallelism).

В-третьих, поскольку зубцы элементов запорного механизма имеют плоскую форму, а, следовательно, прямолинейные контактные поверхности сопряжения, и располагаются по отношению друг к другу с гарантированным зазором, не требуется создание больших приводных усилий запирания, что упрощает конструкцию и надежность работы запорного механизма.Thirdly, since the teeth of the elements of the locking mechanism have a flat shape, and, therefore, rectilinear contact surfaces of the mating, and are located in relation to each other with a guaranteed gap, it is not required to create large driving forces of locking, which simplifies the design and reliability of the operation of the locking mechanism.

В-четвертых, поскольку силовое запирание крышки затвора обеспечивается мембранным гидроцилиндром, образованным стаканом крышки и мембраной, время срабатывания которого в сравнении с ручными зубчато-рычажными приводами силового запирания значительно меньше, в целом, повышается быстродействие затвора.Fourthly, since the power locking of the shutter cover is provided by a diaphragm hydraulic cylinder formed by the cover glass and the membrane, the response time of which is much shorter in comparison with manual gear-lever actuators of the power locking, in general, the shutter speed is increased.

На фиг. 1 представлена в разрезе конструкция быстродействующего мембранно-плунжерного затвора в закрытом состоянии; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2; на фиг. 4 - расположение элементов затвора в открытом состоянии.FIG. 1 shows a sectional view of the design of a fast-acting diaphragm-plunger valve in a closed state; in fig. 2 is a view along arrow A in FIG. one; in fig. 3 is a view along arrow B in FIG. 2; in fig. 4 - arrangement of the shutter elements in the open state.

Быстродействующий мембранно-плунжерный затвор (фиг. 1) содержит круглый корпус 1, снабженный расположенными по краю с одинаковым угловым шагом 2ϕ (фиг. 2) перпендикулярно его уплотнительной поверхности дугообразными зубцами 2 с обращенными к центру корпуса козырьками 3 (фиг. 4), образующими с его уплотнительной поверхностью дугообразные карманы 4 под выполненные с таким же угловым шагом радиальные зубцы 5 (фиг. 2 и 4) запорного кольца 6, установленного с возможностью вращения на наружной цилиндрической поверхности откидной крышки 7 в виде стакана со сферическим дном, и зафиксированного на нем в осевом направлении дугообразными планками 8. Зубцы 2 корпуса 1 и радиальные зубцы 5 запорного кольца 6 имеют одинаковую ширину В и образуют расположенные между ними в окружном направлении с таким же как у них угловым шагом 2ϕ впадины.The high-speed diaphragm-plunger valve (Fig. 1) contains a round body 1, equipped with arcuate teeth 2 located along the edge with the same angular pitch 2ϕ (Fig. 2) perpendicular to its sealing surface with visors 3 facing the body center (Fig. 4), forming with its sealing surface, arcuate pockets 4 for radial teeth 5 made with the same angular pitch (Figs. 2 and 4) of the locking ring 6, mounted for rotation on the outer cylindrical surface of the hinged cover 7 in the form of a glass with a spherical bottom, and fixed on it in the axial direction by arcuate strips 8. The teeth 2 of the body 1 and the radial teeth 5 of the locking ring 6 have the same width B and form cavities located between them in the circumferential direction with the same angular pitch 2ϕ.

Внутри крышки перпендикулярно ее оси закреплена сваркой упругая круглая мембрана 9, образующая со сферическим дном закрытую герметичную полость 10, соединенную отверстием 11 с трубопроводом для подвода жидкости давлением р₂, и открытую полость под подвижный в осевом направлении плунжер 12 в виде цилиндрической чашки с выполненным по краю прилегающей к мембране донной части кольцевым буртиком, ограничивающим максимально допустимое осевое перемещение плунжера на величину S (фиг. 1), а, следовательно, и максимально допустимый в пределах упругой деформации прогиб контактирующей с его донной частью мембраны.Inside the lid perpendicular to its axis, an elastic circular membrane 9 is fixed by welding, forming a closed sealed cavity 10 with a spherical bottom, connected by a hole 11 with a pipeline for supplying a liquid with a pressure p ₂ , and an open cavity for an axially movable plunger 12 in the form of a cylindrical cup with a the edge of the bottom part adjacent to the membrane with an annular shoulder limiting the maximum permissible axial movement of the plunger by the value S (Fig. 1), and, consequently, the maximum permissible deflection of the membrane contacting its bottom part within the elastic deformation.

Торцовая поверхность края плунжера обращена в сторону уплотнительной поверхности корпуса и предназначена для контакта с размещенными в его кольцевых канавках уплотнительными кольцами 13, выполненными из материала, имеющего механические характеристики, химическую стойкость и диапазон рабочих температур, соответствующие реальным условиям эксплуатации затвора.The end surface of the end of the plunger faces the sealing surface of the body and is intended for contact with the sealing rings 13 placed in its annular grooves, made of a material having mechanical characteristics, chemical resistance and a range of operating temperatures corresponding to the actual operating conditions of the valve.

С помощью шарового пальца 14, образующего с приваренным к крышке диском со сферическим углублением шаровую опору, зажимаемую посредством фланца 15 с болтами, крышка закреплена на конце откидного рычага в виде вилки 16, установленного на оси 17, закрепленной по концам в приваренных к корпусу 1 опорах 18. Наличие шаровой опоры позволяет осуществить регулировку углового положения привалочной (торцовой) поверхности крышки по отношению к уплотнительной поверхности корпуса, т.е. обеспечить их параллельность, а также необходимое относительное расположение зубцов корпуса и запорного кольца. Откидной рычаг снабжен кронштейнами 19, соединенными посредством пальцев 20 (фиг. 3) с резьбовыми наконечниками 21 штоков 22 гидроцилиндров двустороннего действия 23, закрепленных на переходном патрубке 24 с возможностью качания на пальцах 25. В боковых стенках 26 откидного рычага выполнены отверстия, в которых закреплены концы двустороннего штока 27 гидроцилиндра двустороннего действия 28, с подвижным корпусом квадратного сечения, который размещен в пространстве между задней стенкой 29 откидного рычага и прикрепленной к ней направляющей планкой 30. Квадратный корпус гидроцилиндра снабжен зубчатой рейкой 31, образующей зубчатое зацепление с колесом 32, установленным с помощью шпонки на коническом вале-шестерне 33, образующем зацепление с зубчатым сектором 34, закрепленным на запорном кольце. Посредством переходного патрубка затвор прикрепляется (приваривается) к горловине 35 сосуда (гидрокамеры) высокого (гипербарического) давления. С целью повышения безопасности обслуживания, крышка в откинутом положении (фиг. 4) фиксируется вручную специальным стопором (на фигуре не показан). В конструкции затвора предусмотрено ручное откидывание крышки с помощью скоб 36, размещенных на откидывающемся рычаге, а также ручное вращение запорного кольца с помощью рукоятки, устанавливаемой на квадратной части 37 хвостовика вала-шестерни.With the help of a ball pin 14, which forms a ball bearing with a disc with a spherical recess welded to the cover, clamped by means of a flange 15 with bolts, the cover is fixed at the end of the swing arm in the form of a fork 16 mounted on an axis 17, fixed at the ends in the supports welded to the body 1 18. The presence of a ball joint allows for adjustment of the angular position of the mating (end) surface of the cover in relation to the sealing surface of the body, i.e. ensure their parallelism, as well as the required relative position of the body teeth and the locking ring. The swing arm is equipped with brackets 19 connected by means of pins 20 (Fig. 3) with threaded tips 21 of the rods 22 of double-acting hydraulic cylinders 23 fixed on the transition pipe 24 with the possibility of swinging on the pins 25. Holes are made in the side walls 26 of the swing arm, in which are fixed the ends of the double-sided rod 27 of a double-acting hydraulic cylinder 28, with a movable square-section body, which is located in the space between the rear wall 29 of the folding lever and a guide bar 30 attached to it. The square hydraulic cylinder body is equipped with a toothed rack 31 forming a gear engagement with a wheel 32 installed with by means of a key on the bevel gear shaft 33, which engages with the toothed sector 34 fixed on the locking ring. By means of a transition pipe, the shutter is attached (welded) to the neck 35 of the high (hyperbaric) pressure vessel (hydrochamber). In order to increase the safety of service, the lid in the tilted position (Fig. 4) is manually fixed with a special stopper (not shown in the figure). The design of the shutter provides for manual opening of the cover using brackets 36 located on the swinging lever, as well as manual rotation of the locking ring using a handle mounted on the square part 37 of the shank of the pinion shaft.

Закрытие крышки осуществляется в следующей последовательности. При подаче жидкости под давлением в гидроцилиндры 23 происходит выталкивание штоков 22 и поворот рычага 16 вокруг оси 17 с закрепленной на его конце крышкой 7 на угол α, в результате которого крышка из положения, показанного на фиг. 4, перемещается в положение, показанное на фиг. 1. Зубцы 5 запорного кольца 6 размещаются во впадинах корпуса 1, плунжер 12, войдя в контакт с уплотнительными кольцами 13, задвигается внутрь стакана крышки 7 до контакта его донной части с мембраной 9, а торцовые поверхности запорного кольца 6 и стакана крышки 7 входят в контакт с уплотнительной поверхностью корпуса 1.The lid is closed in the following sequence. When fluid is supplied under pressure to the hydraulic cylinders 23, the rods 22 are pushed out and the lever 16 is rotated around the axis 17 with the cover 7 fixed at its end by an angle α, as a result of which the cover from the position shown in FIG. 4 moves to the position shown in FIG. 1. The teeth 5 of the locking ring 6 are located in the recesses of the body 1, the plunger 12, having come into contact with the sealing rings 13, is pushed into the cup of the cover 7 until its bottom part contacts the membrane 9, and the end surfaces of the locking ring 6 and the cup of the cover 7 enter contact with housing sealing surface 1.

Затем жидкость под давлением подается в гидроцилиндр 28, вызывая перемещение его корпуса с зубчатой рейкой 31 относительно закрепленного двустороннего штока 27 до регулируемого жесткого упора (на фигуре не показан), вращение конического вала-шестерни 33, вызывающее вращение по часовой стрелке запорного кольца 6. В результате радиальные зубцы 5 располагаются в дугообразных карманах 4 под козырьками 3 зубцов 2 корпуса 1 (фиг. 2 и 4).Then the fluid under pressure is supplied to the hydraulic cylinder 28, causing the movement of its housing with the gear rack 31 relative to the fixed double-sided rod 27 to an adjustable hard stop (not shown in the figure), the rotation of the bevel gear shaft 33 causing clockwise rotation of the locking ring 6. B As a result, the radial teeth 5 are located in the arcuate pockets 4 under the visors 3 of the teeth 2 of the housing 1 (Figs. 2 and 4).

Полость 10 подключается к источнику давления р₂, мембрана 9 упруго деформируется (прогибается), развивает прикладываемое к плунжеру 12 усилие F₂, перемещает его в осевом направлении, вызывая деформацию (сжатие) уплотнительных колец 13. Одновременно происходит перемещение стакана крышки 7 с запорным кольцом 6 в осевом направлении, в результате которого их торцовые поверхности отходят (отжимаются) от уплотнительной поверхности корпуса 1 и осуществляется выборка осевых зазоров между зубцами 5 запорного кольца 6 и козырьками 3 зубцов 2 корпуса 1. Действующее со стороны мембраны усилие F2 полностью воспринимается уплотнительными кольцами 13, находящимися в контакте с плунжером 12, деформация (сжатие) которых обеспечивает герметизацию сосуда, в который затем подается жидкость под давлением p₁, развивающее на плунжере 12 усилие F₁, направленное навстречу усилию F₂ (см. фиг. 1).The cavity 10 is connected to the source of pressure p ₂ , the membrane 9 is elastically deformed (flexed), develops the force F ₂ applied to the plunger 12, moves it in the axial direction, causing deformation (compression) of the sealing rings 13. At the same time, the glass of the cover 7 with the locking ring moves 6 in the axial direction, as a result of which their end surfaces move away (are squeezed out) from the sealing surface of the housing 1 and the axial clearances are sampled between the teeth 5 of the locking ring 6 and the visors 3 of the teeth 2 of the housing 1. The force F2 acting from the side of the membrane is completely taken up by the O-rings 13 in contact with the plunger 12, the deformation (compression) of which ensures the sealing of the vessel, which is then supplied with liquid under pressure p ₁ , developing on the plunger 12 force F ₁ directed against the force F ₂ (see Fig. 1).

Создаваемые усилия определяются с помощью выражений:The effort generated is determined using the expressions:

F₁=0,25 π p₁ d² и F₂=0,25 π р₂ D²,F ₁ = 0.25 π p ₁ d ² and F ₂ = 0.25 π p ₂ D ² ,

где d и D - соответственно диаметр рабочих поверхностей плунжера и мембраны (см. фиг. 1).where d and D are the diameters of the working surfaces of the plunger and the membrane, respectively (see Fig. 1).

При p₁=р₂ и D>d, усилие F₂>F₁.When p ₁ = p ₂ and D> d, the force F ₂ > F ₁ .

Поскольку F₁ направлена навстречу F₂, частично компенсируя его, суммарная величина действующего на уплотнительные кольца давления F_Σ, вызывающего их деформацию (сжатие) и обеспечивающего тем самым герметизацию сосуда (камеры),Since F _{1 is} directed towards F ₂ , partially compensating for it, the total value of the pressure F _Σ acting on the sealing rings, causing their deformation (compression) and thereby ensuring the sealing of the vessel (chamber),

F_Σ=F₂ - F₁.F _Σ = F ₂ - F ₁ .

Увеличением давления р₂ по отношению к давлению p₁ достигается необходимая величина деформации (сжатие) уплотнительных колец, удовлетворяющая условиям проводимых исследований.By increasing the pressure p ₂ in relation to the pressure p ₁ , the required amount of deformation (compression) of the sealing rings is achieved, which satisfies the conditions of the research being carried out.

Для открытия крышки сначала сбрасывается давление р₂ в полости 10, в результате чего мембрана 9 отходит от плунжера 12 на величину прогиба, образуя зазор S, торцовые поверхности стакана крышки и запорного кольца входят в контакт с уплотнительной поверхностью корпуса 1, а между козырьками 3 зубцов 2 и зубцами 5 образуется осевой зазор. Затем переключается подача жидкости в другую полость гидроцилиндра 28, корпус которого с зубчатой рейкой 31 перемещается в исходное положении, осуществляя вращение запорного кольца 6 в положение до выхода его радиальных зубцов 5 из карманов 4 зубцов 2 (фиг. 2). При последующей подаче жидкости в штоковые полости гидроцилиндров 23 происходит втягивание штоков 22 и поворот откидного рычага 16 вокруг оси 17 вместе с крышкой 7 на угол α (фиг. 4).To open the lid, first the pressure p ₂ in the cavity 10 is released, as a result of which the membrane 9 moves away from the plunger 12 by the amount of deflection, forming a gap S, the end surfaces of the lid cup and the locking ring come into contact with the sealing surface of the housing 1, and between the visors 3 teeth 2 and teeth 5, an axial clearance is formed. Then, the fluid supply is switched to another cavity of the hydraulic cylinder 28, the housing of which with the gear rack 31 moves to its original position, rotating the locking ring 6 to the position until its radial teeth 5 leave the pockets 4 of the teeth 2 (Fig. 2). With the subsequent supply of fluid to the rod cavities of the hydraulic cylinders 23, the rods 22 are retracted and the swing arm 16 is rotated around the axis 17 together with the cover 7 by an angle α (Fig. 4).

При ручном откидывании крышки штоковые и бесштоковые полости гидроцилиндров 23 и гидроцилиндра 28 соединяются между собой с помощью каналов трехпозиционных гидрораспределителей с ручным дублированием управляющих сигналов, используемых в составе гидросистемы сосуда (камеры). Эти каналы обеспечивают свободное перетекание рабочей жидкости (масла) из одной рабочей полости гидроцилиндра в другую.When the cover is manually folded back, the rod and rodless cavities of the hydraulic cylinders 23 and the hydraulic cylinder 28 are interconnected by means of channels of three-position hydraulic valves with manual duplication of control signals used as part of the vessel (chamber) hydraulic system. These channels provide free flow of the working fluid (oil) from one working cavity of the hydraulic cylinder to another.

В случае несанкционированной подачи давления в полость 10 крышки, находящейся в откинутом положении, плунжер 12 переместится (выдвинется) под действием мембраны на максимально допустимое расстояние S, что исключает переход упругой деформации мембраны в пластическую, способную вызвать изменение ее геометрических параметров и разрушение (разрыв).In the event of an unauthorized supply of pressure to the cavity 10 of the cover, which is in the tilted position, the plunger 12 will move (extend) under the action of the membrane to the maximum allowable distance S, which excludes the transition of the elastic deformation of the membrane to plastic, which can cause a change in its geometric parameters and destruction (rupture) ...

Claims (1)

Быстродействующий мембранно-плунжерный затвор для камер гипербарических установок жидкостного дыхания, содержащий полый круглый корпус с переходной обечайкой, прилегающую к уплотнительной поверхности корпуса крышку, установленную с помощью шаровой опоры на откидном рычаге и обеспечивающую прилегание уплотнительных поверхностей корпуса и крышки, расположенные в канавках уплотнительной поверхности корпуса уплотнительные кольца, обеспечивающий сжатие уплотнительных колец запорный механизм с входящими в зацепление зубцами, отличающийся тем, что внутри крышки, выполненной в виде стакана со сферическим дном и кольцевым наружным буртиком по краю, перпендикулярно оси крышки закреплена сваркой круглая упругая мембрана, образующая со сферическим дном закрытую герметичную полость, соединенную с источником давления жидкости, и открытую полость под подвижный в осевом направлении плунжер в виде цилиндрической чашки, донная часть которого обращена к мембране, а торцовая поверхность стенки - к уплотнительной поверхности корпуса с уплотнительными кольцами, запорный механизм выполнен в виде кольца, установленного с возможностью вращения на наружной цилиндрической поверхности стакана крышки, радиальные зубцы которого, расположенные с одинаковым шагом, имеют плоскую форму и образуют зацепление с аналогичными по форме и расположению зубцами на уплотнительной поверхности корпуса.A fast-acting diaphragm-plunger valve for chambers of hyperbaric liquid breathing installations, containing a hollow round body with a transition shell, a cover adjacent to the sealing surface of the body, installed with a ball bearing on a hinged lever and ensuring adhesion of the sealing surfaces of the body and the cover located in the grooves of the sealing surface of the body sealing rings, providing compression of the sealing rings, a locking mechanism with engaging teeth, characterized in that inside the cover, made in the form of a glass with a spherical bottom and an annular outer shoulder along the edge, a circular elastic membrane is welded perpendicular to the axis of the cover, forming a closed spherical bottom a sealed cavity connected to a source of fluid pressure and an open cavity for an axially movable plunger in the form of a cylindrical cup, the bottom of which faces the membrane, and the end surface of the wall - to the seal the body surface with sealing rings, the locking mechanism is made in the form of a ring mounted for rotation on the outer cylindrical surface of the lid cup, the radial teeth of which, located with the same pitch, have a flat shape and form engagement with teeth similar in shape and location on the sealing surface housing.

Images