RU2595319C1 - Device for protection of hollow articles from exceeding preset value of internal excessive gas pressure - Google Patents

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to test equipment, in particular, to installations for resource tests of aircraft fuselages with loads created by excess pressure of compressed air. Device comprising a hydraulic lock having the top and the bottom tanks interconnected via a pipeline is added with a valve, a chamber formed by the valve cover and a flexible membrane, the valve lock is connected with the flexible membrane by a rod, and the inner volume of the chamber is connected to inlets of the valve itself and the hydraulic lock.

EFFECT: technical result is the reduction of structural dimensions of the device for protection of objects of testing against exceeds of the specified value of internal excessive gas pressure, simplified readjustment of the device for various pressure values.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к испытательной технике, в частности, к устройствам зашиты от разрушения гермофюзеляжей летательных аппаратов при испытаниях их на прочность внутренним избыточным давлением.The invention relates to testing equipment, in particular, to devices that are protected from the destruction of the pressurized fuselages of aircraft when testing their strength by internal overpressure.

Известны общепромышленные предохранительные грузовые клапаны, например КПС-0.7, в основу работы которых положен метод уравновешивания весом запорного элемента (затвора) давления газа, действующего на этот запорный элемент со стороны предохраняемого объекта (парового котла и т.п.).Common industrial safety cargo valves are known, for example, KPS-0.7, which are based on the method of balancing the weight of the shut-off element (shutter) of the gas pressure acting on this shut-off element from the side of the protected object (steam boiler, etc.).

Недостатками предохранительных клапанов грузового типа является малая точность срабатывания, большая величина груза (т.е. громоздкость конструкции при создании такого вида клапанов на большие проходные сечения диаметром 200÷600 мм) и трудоемкость перестройки их работы с одного уровня давления на другой. Например, при диаметре седла предохранительного клапана 400 мм груз, давящий на затвор, при давлении срабатывания 0,65 атм должен быть весом 816 кг.The disadvantages of safety valves of the cargo type are the low accuracy of operation, the large load (i.e., the bulkiness of the structure when creating this type of valves for large flow sections with a diameter of 200 ÷ 600 mm) and the complexity of restructuring their operation from one pressure level to another. For example, with a safety valve seat diameter of 400 mm, the load exerting on the valve, with a response pressure of 0.65 atm, should be 816 kg.

Широко известны предохранительные клапаны, в которых давление газа со стороны предохраняемого объекта уравновешивается силой сжатия пружины, настроенной на заданный уровень предельного давления. К этому классу клапанов, в частности, относятся предохранительные клапаны в системе кондиционирования воздуха на летательных аппаратах, например клапан предохранительный 4617. Расход воздуха через этот клапан при избыточном давлении 0,95 кгс/см² и температуре 20±10°C от 80 до 100 кг/ч.Safety valves are widely known in which the gas pressure from the side of the protected object is balanced by the compression force of the spring tuned to a predetermined limit pressure level. This class of valves, in particular, includes safety valves in the air conditioning system on aircraft, for example, safety valve 4617. The air flow through this valve at an overpressure of 0.95 kgf / cm ² and a temperature of 20 ± 10 ° C from 80 to 100 kg / h

Открытие клапана происходит при давлении (0,95+0,05) кг/см, закрытие (0,95-0,05) кг/см. Погрешность открытия клапана в переводе на высоту водяного столба составляет 500 мм.Opening the valve occurs at a pressure of (0.95 + 0.05) kg / cm, closing (0.95-0.05) kg / cm. The valve opening error in terms of the height of the water column is 500 mm.

Недостатками указанных клапанов является малый с точки зрения прочностных испытаний расход воздуха, невысокая точность работы из-за изменения усилия при сжатии пружины, а также зависимость ее жесткости от температуры. Из приведенного выше примера видно, что погрешность срабатывания клапана превышает 5%. Технология испытаний гермофюзеляжей современных крупногабаритных самолетов требует наличия в составе стендового оборудования предохранительных устройств с большими проходными сечениями для обеспечения безопасности испытаний в случае возникновения аварийных ситуаций в линиях подачи сжатого воздуха в фюзеляже. Необходимый диапазон расходов воздуха через предохранительные клапаны при наземных испытаниях различных типов гермофюзеляжей находится в диапазоне от 600 до 6000 кг/час, при перепаде давления на клапанах от 0,6 до 0,95 кг/см², т.е. минимум в десятки раз превышает возможности штатного оборудования летательных аппаратов и промышленных клапанов пружинного типа, что практически исключает их применение как защитных средств в системах наддува гермофюзеляжей при испытаниях.The disadvantages of these valves are low in terms of strength tests air flow, low accuracy due to changes in the force during compression of the spring, as well as the dependence of its rigidity on temperature. From the above example it is seen that the valve response error exceeds 5%. The technology for testing the pressurized fuselages of modern large-sized aircraft requires safety devices with large bore sections as part of the bench equipment to ensure the safety of tests in case of emergencies in the compressed air supply lines in the fuselage. The required range of air flow through the safety valves during ground tests of various types of pressurized body is in the range from 600 to 6000 kg / h, with a pressure drop across the valves from 0.6 to 0.95 kg / cm ² , i.e. at least ten times higher than the capabilities of the standard equipment of aircraft and industrial valves of the spring type, which practically excludes their use as protective equipment in pressurization systems of pressurized fuselages during testing.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство защиты полых изделий от превышения заданной величины избыточного давления, построенное на основе гидрозатвора.Closest to the proposed device is a device for protecting hollow products from exceeding a predetermined excess pressure value, built on the basis of a water seal.

Такое устройство защиты используется в системе пневматического нагружения фюзеляжа летательного аппарата, описанное в патенте РФ №2416075, МПК G01M 5/00, "Установка для нагружения сжатым воздухом гермофюзеляжа летательного аппарата при испытании на выносливость". В этой установке для защиты фюзеляжа от перегрузки внутренним избыточным давлением сжатого воздуха установлен гидрозатвор. Герметичный нижний бак этого гидрозатвора, заполненный водой, трубопроводом связан с фюзеляжем, а уровень срабатывания гидрозатвора задан высотой мерной трубы, входящей в его состав и соединенной с верхним баком. При увеличении давления в гермофюзеляже вода из герметического бака выдавливается в мерную трубу. При программной величине давления в гермофюзеляже уровень воды в мерной трубе не достигает ее верхнего конца. Если в случае аварийной ситуации давление в гермофюзеляже вырастет выше программного, вода поднимается до верхнего конца мерной трубы и выплескивается из гидрозатвора в верхний бак. В результате этого воздух из гермофюзеляжа через освободившуюся от воды мерную трубу будет выходить в атмосферу. Диаметры мерной трубы и трубопровода в зависимости от размеров испытуемых изделий достигают 200÷600 мм.Such a protection device is used in the pneumatic loading system of the aircraft fuselage, described in RF patent No. 2416075, IPC G01M 5/00, "Installation for loading the pressurized aircraft body with pressurized air during endurance testing." In this installation, a water seal is installed to protect the fuselage from overload by internal overpressure of compressed air. The sealed lower tank of this hydraulic lock, filled with water, is connected to the fuselage by a pipeline, and the level of operation of the hydraulic lock is set by the height of the measuring pipe included in its composition and connected to the upper tank. With an increase in pressure in the pressurized body, water is squeezed out of the hermetic tank into a measuring pipe. With the programmed pressure in the pressurized body, the water level in the measuring tube does not reach its upper end. If in the event of an emergency the pressure in the pressurized body rises above the programmed one, the water rises to the upper end of the measuring pipe and splashes out of the water seal into the upper tank. As a result of this, air from the pressurized body through the measuring tube freed from water will escape into the atmosphere. The diameters of the measuring pipe and pipeline depending on the size of the tested products reach 200 ÷ 600 mm

Достоинством гидрозатвора является высокая точность его срабатывания, значительно большая чем 500 мм водяного столба, а именно 50 мм водного столба.The advantage of the water seal is the high accuracy of its operation, much larger than 500 mm of water column, namely 50 mm of water column.

Недостатки - конструктивная громоздкость, необходимость в большом количестве воды и трудоемкость перестройки с одного уровня срабатывания на другой.Disadvantages - constructive bulkiness, the need for a large amount of water and the complexity of the adjustment from one level to another.

Причиной указанного недостатка является совмещение в водяном столбе гидрозатвора двух функций, функции затвора предохранительного устройства и функции задатчика величины давления срабатывания предохранительного устройства.The reason for this drawback is the combination of two functions in the water column of the hydraulic lock, the shutter function of the safety device and the function of the set point of the operating pressure of the safety device.

Техническим результатом предлагаемого устройства является многократное снижение конструктивных размеров предохранительных устройств при сохранении высокой точности срабатывания за счет разделения указанных выше функций и простота переналадки с одной величины заданного давления на другую.The technical result of the proposed device is a multiple reduction in the design dimensions of safety devices while maintaining high accuracy of operation due to the separation of the above functions and the simplicity of readjustment from one value of a given pressure to another.

Технический результат достигается тем, что в устройство защиты полых изделий от превышения заданной величины внутреннего избыточного давления газа, включающее в свой состав гидрозатвор, содержащий нижний и верхний баки, соединенные между собой трубопроводом, дополнительно введены клапан и регулируемый вентиль, причем клапан состоит из запорного элемента и камеры, образованной крышкой клапана и гибкой мембраной, при этом седло запорного элемента является частью корпуса клапана, а затвор запорного элемента посредством штока соединен с гибкой мембраной, кроме того, внутренний объем камеры соединен гибкими трубопроводами с входами самого клапана и нижнего бака гидрозатвора, трубопровод гидрозатвора выполнен в виде гибкого шланга, а на трубопроводе, соединяющем камеру с входом клапана, расположен регулируемый вентиль.The technical result is achieved by the fact that a valve and an adjustable valve are additionally introduced into the device for protecting hollow products from exceeding a predetermined value of internal overpressure of the gas, including a water seal containing lower and upper tanks connected by a pipeline, and the valve consists of a shut-off element and a chamber formed by a valve cover and a flexible membrane, wherein the seat of the locking element is part of the valve body, and the shutter of the locking element is connected via a rod to a flexible membrane, in addition, the internal volume of the chamber is connected by flexible pipelines to the inlets of the valve itself and the lower tank of the hydraulic lock, the hydraulic lock pipe is made in the form of a flexible hose, and an adjustable valve is located on the pipe connecting the camera to the valve inlet.

Устройство (см. фиг. 1) состоит из гидрозатвора, включающего в свой состав нижний герметичный бак 1, верхний негерметичный бак 2 и трубопровод 3 (мерную трубу), их соединяющий, корпуса 4 клапана, седла 5, совмещенного с корпусом 4 клапана, камеры 6, образованной крышкой 7 клапана и гибкой мембраной 8. Затвор 9 клапана соединен с мембраной 8 штоком 10. Камера 6 гибкими трубопроводами 11, 12, соответственно, соединена с входами клапана и нижнего бака гидрозатвора. Корпус 4 клапана и его крышка 7 герметично соединены. В корпусе клапана сделаны отверстия для прохода воздуха в атмосферу в случае его срабатывания. На гибком трубопроводе 11 расположен регулируемый вентиль 13. Седло 5 и затвор 9 образуют запорный элемент клапана. Трубопровод 3 выполнен в виде гибкого шланга.The device (see Fig. 1) consists of a water seal, which includes the lower sealed tank 1, the upper non-sealed tank 2 and the pipe 3 (measuring pipe) connecting them, valve bodies 4, seats 5, combined with valve bodies 4, cameras 6 formed by a valve cover 7 and a flexible membrane 8. The valve shutter 9 is connected to the membrane 8 by a stem 10. The chamber 6 is connected by flexible pipelines 11, 12 to the valve inlets and the lower valve trap inlets. The valve body 4 and its cover 7 are hermetically connected. In the valve body, holes are made for the passage of air into the atmosphere in case of its operation. On the flexible pipe 11 is an adjustable valve 13. The seat 5 and the shutter 9 form a locking element of the valve. The pipeline 3 is made in the form of a flexible hose.

Работает устройство следующим образом. Предварительно нижний герметичный бак гидрозатвора заполняют жидкостью (водой) в количестве, необходимом для создания гидростатического столба жидкости, обеспечивающего заданную величину давления срабатывания клапана. Верхний бак при наличии гибкого трубопровода гидрозатвора размещают на требуемой высоте. Седло 5 клапана закрывается затвором 9 под весом самого затвора и штока 10.The device operates as follows. Previously, the lower sealed tank of the hydraulic lock is filled with liquid (water) in an amount necessary to create a hydrostatic column of liquid, which provides a predetermined value of the valve operating pressure. The upper tank in the presence of a flexible pipe of the hydraulic lock is placed at the required height. The valve seat 5 is closed by a shutter 9 under the weight of the shutter itself and the stem 10.

Воздух от защищаемого объекта поступает на вход клапана, а также по трубопроводам 11, 12 в камеру 6 и на вход в нижний бак 1 гидрозатвора. Площадь мембраны 8 не менее чем на 10% больше площади седла 5, поэтому затвор 9 во время работы сильнее прижимается к седлу 5 и не дает воздуху выходить из объекта в атмосферу. Кроме того, поступая в нижний бак гидрозатвора по трубопроводу 12, воздух выжимает жидкость из нижнего бака 1 в гибкий трубопровод 3 гидрозатвора. Давление в объекте может расти и поддерживаться на уровне, не превышающем высоту столба жидкости, ограниченную верхним концом гибкого трубопровода 3, находящегося в верхнем баке 2 гидрозатвора. Если давление в объекте превысит допустимый уровень, вода из гидрозатвора выльется в верхний бак и камера 6 через трубопровод 12 и гидрозатвор соединится с атмосферой. Давление в камере 6 упадет, и затвор 9 от давления на его нижнюю поверхность откроется и соединит защищаемый объект с атмосферой.Air from the protected object enters the valve inlet, as well as through pipelines 11, 12 to the chamber 6 and to the entrance to the lower tank 1 of the hydraulic lock. The area of the membrane 8 is not less than 10% larger than the area of the saddle 5, so the shutter 9 during operation is pressed more strongly against the saddle 5 and does not allow air to escape from the object into the atmosphere. In addition, entering the lower tank of the hydraulic lock through the pipe 12, the air squeezes the liquid from the lower tank 1 into the flexible pipe 3 of the hydraulic lock. The pressure in the object can increase and be maintained at a level not exceeding the height of the liquid column, limited by the upper end of the flexible pipe 3, located in the upper tank 2 of the hydraulic seal. If the pressure in the object exceeds the permissible level, water from the hydraulic lock will pour into the upper tank and chamber 6 through line 12 and the hydraulic lock will connect to the atmosphere. The pressure in the chamber 6 will drop, and the shutter 9 from the pressure on its lower surface will open and connect the protected object with the atmosphere.

Для надежного срабатывания предохранительного клапана на трубопроводе 11 устанавливается регулируемый вентиль 13 для согласования гидравлических сопротивлений трубопроводов 3, 11, 12. Был изготовлен и опробован опытный образец устройства защиты полых изделий от превышения заданной величины внутреннего избыточного давления газа, подтвердивший заявленные технические характеристики.For reliable operation of the safety valve on the pipe 11, an adjustable valve 13 is installed to coordinate the hydraulic resistance of the pipelines 3, 11, 12. A prototype of a device for protecting hollow products from exceeding a predetermined value of the internal gas overpressure was made and tested, which confirmed the declared technical characteristics.

Claims (1)

Устройство защиты полых изделий от превышения заданной величины внутреннего избыточного давления газа, включающее в свой состав гидрозатвор, содержащий нижний и верхний баки, соединенные между собой трубопроводом, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены клапан и регулируемый вентиль, причем клапан состоит из запорного элемента и камеры, образованной крышкой клапана и гибкой мембраной, при этом седло запорного элемента является частью корпуса клапана, а затвор запорного элемента посредством штока соединен с гибкой мембраной, кроме того, внутренний объем камеры соединен гибкими трубопроводами с входами самого клапана и нижнего бака гидрозатвора, трубопровод гидрозатвора выполнен в виде гибкого шланга, а на трубопроводе, соединяющем камеру с входом клапана, расположен регулируемый вентиль. A device for protecting hollow articles from exceeding a predetermined value of internal overpressure of a gas, including a water seal comprising lower and upper tanks interconnected by a pipeline, characterized in that a valve and an adjustable valve are additionally introduced into the device, the valve consisting of a shut-off element and a chamber formed by a valve cover and a flexible membrane, wherein the seat of the locking element is part of the valve body, and the shutter of the locking element is connected via a rod to the flexible meme In addition, the internal volume of the chamber is connected by flexible pipelines to the inputs of the valve itself and the lower tank of the hydraulic lock, the hydraulic lock pipe is made in the form of a flexible hose, and an adjustable valve is located on the pipe connecting the camera to the valve inlet.

Images