БАК ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ВЫТЕСНЕНИЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 2000 года по МПК B64D37/10 F02K9/50 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам, содержащим пневмогидравлическую емкость с эластичной разделительной мембраной для хранения жидкости с возможностью ее вытеснения под давлением газа, и может быть использовано для вытеснения пускового горючего при запуске жидкостного ракетного двигателя.

Из уровня техники известны пневмогидравлические емкости, содержащие полусферическую силовую оболочку со штуцером заправки и выдачи жидкости, герметично соединенную со сферическим днищем, имеющим штуцер подвода управляющего газа и полусферическую эластичную диафрагму, основание которой имеет цилиндрический участок, который поджимается и закрепляется на стенке полусферической силовой оболочки (Патент США N 4117866, НПК 138-130 опубл. 1978, Патент США N 4335751, НПК 8-130, опубл. 1982).

В этих известных технических решениях в одном случае цилиндрический участок диафрагмы поджимается к корпусу бачка с помощью соосно расположенных металлических колец, а в другом случае - за счет выполнения концевого участка диафрагмы с кольцевым выступом, входящим в кольцевую канавку, выполненную в корпусе бака, и применения поджимного профилированного кольца.

Наиболее близким по общим существенным признакам и технической сущности к предлагаемому изобретению является бак для хранения и вытеснения жидкости, содержащий силовую оболочку, выполненную в форме полусферы, сопряженной на ее торце с торцом трубчатого фланца, расположенного вдоль продольной оси полусферы и на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, штуцер для заправки и выдачи жидкости, установленный в силовой оболочке, прижимное кольцо, расположенное соосно продольной оси силовой оболочки, эластичную диафрагму, закрепленную между трубчатым фланцем и прижимным кольцом, выполненную в форме полусферы, сопряженной с цилиндром, на наружной поверхности в основании которого выполнен концевой выступ, размещенный в кольцевой канавке трубчатого фланца, причем наружная поверхность прижимного кольца и внутренняя поверхность трубчатого фланца в месте размещения концевого выступа в кольцевой канавке выполнены цилиндрическими, днище, выполненное в форме части сферы, с возможностью воздействия его торца на торец прижимного кольца и герметичного соединения с трубчатым фланцем силовой оболочки, штуцер для подвода управляющего газа, установленный в днище. (Патент США N 4335751, НПК 138-30, 1982).

Основным недостатком известных устройств, в том числе и ближайшего аналога, является недостаточно проработанная конструкция мест крепления гибкой диафрагмы к силовой оболочке, что приводит к уменьшению долговечности функционирования устройства в целом. Конструкции являются не надежными в работе при больших давлениях (150-250 кгс/см²), т.к. при их использовании невозможно достичь требуемого усилия обжатия периферийного участка диафрагмы. Кроме того, в процессе опорожнения бака в известных устройствах происходит вытягивание диафрагмы, в результате чего концевой ее участок вырывается из мест крепления.

Решаемая изобретением задача - обеспечение высокой надежности функционирования устройства при высоких давлениях (150 -250 кгс/см²).

Технический результат от использования изобретения состоит в повышении надежности крепления гибкой диафрагмы в силовой оболочке бака.

Поставленная задача с достижением технического результата решается тем, что в известном баке для хранения и вытеснения жидкости, содержащем силовую оболочку, выполненную в форме полусферы, сопряженной на ее торце с торцом трубчатого фланца, расположенного вдоль продольной оси полусферы и на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, штуцер для заправки и выдачи жидкости, установленный в силовой оболочке, прижимное кольцо, расположенное соосно продольной оси силовой оболочки, эластичную диафрагму, закрепленную между трубчатым фланцем и прижимным кольцом, выполненную в форме полусферы, сопряженной с цилиндром, на наружной поверхности в основании которого выполнен концевой выступ, размещенный в кольцевой канавке трубчатого фланца, причем наружная поверхность прижимного кольца и внутренняя поверхность трубчатого фланца в месте размещения концевого выступа в кольцевой канавке выполнены цилиндрическими, днище, выполненное в форме части сферы, с возможностью воздействия его торца на торец прижимного кольца и герметичного соединения с трубчатым фланцем силовой оболочки, штуцер для подвода управляющего газа, установленный в днище, согласно изобретению введено тонкостенное кольцо, на котором выполнен бурт и которое установлено между прижимным кольцом и эластичной диафрагмой в месте расположения ее концевого выступа, трубчатый фланец снабжен кольцевым выступом, расположенным внутри трубчатого фланца со стороны днища перед кольцевой канавкой, а прижимное кольцо со стороны днища снабжено поперечным фланцем с возможностью поджатия им бурта тонкостенного кольца к кольцевому выступу трубчатого фланца, наружная поверхность прижимного кольца и внутренняя поверхность трубчатого фланца в направлении от кольцевой канавки к полусфере силовой оболочки над кольцевой канавкой выполнены коническими под острым углом наклона к продольной оси силовой оболочки, днище выполнено полым, и его внутренняя поверхность снабжена отверстиями, введен рассекатель, установленный в полости днища в месте расположения штуцера для подвода управляющего газа.

Возможны дополнительные варианты выполнения бака, в которых целесообразно, чтобы:
- упомянутый острый угол наклона к продольной оси силовой оболочки конических поверхностей прижимного кольца и трубчатого фланца был выбран в диапазоне 15-30^o;
- тонкостенное кольцо было выполнено с продольными прорезями его стенки с возможностью образования из стенки упругих лепестков;
- рассекатель был выполнен в виде пластины, перфорированной отверстиями, края которой прикреплены к внутренней поверхности днища, соединенной со штуцером для подвода управляющего газа;
- внутренняя поверхность прижимного кольца была выполнена с радиусом кривизны и сопряжена с внутренней поверхностью днища с возможностью дополнения части сферы внутренней поверхности днища вместе с внутренней поверхностью прижимного кольца до полусферы;
- была введена уплотнительная прокладка, установленная до кольцевой канавки со стороны днища между внутренней поверхностью трубчатого фланца и наружной поверхностью днища, сопряженной с трубчатым фланцем;
- была введена накидная гайка для соединения днища с трубчатым фланцем силовой оболочки посредством резьбового соединения с накидной гайкой, причем резьбовое соединение было бы загерметизировано сварным швом.

Существо предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

фиг. 1 - общий вид бака для хранения и вытеснения жидкости, продольное сечение,
фиг. 2 - место 1 на фиг. 1, в увеличенном масштабе,
фиг. 3 - узел крепления бака с установкой диафрагмы в момент сборки,
фиг. 4 - тонкостенное кольцо.

Бак для хранения и вытеснения жидкости (фиг. 1) содержит силовую оболочку 1, выполненную в форме полусферы, и трубчатый фланец 2, сопряженный на своем торце с торцом силовой оболочки 1. Трубчатый фланец 2 расположен вдоль продольной оси упомянутой полусферы силовой оболочки 1 и на его внутренней поверхности выполнена кольцевая канавка 3. Штуцер 4 для заправки и выдачи жидкости установлен в силовой оболочке 1. Прижимное кольцо 5 расположено соосно продольной оси силовой оболочки 1. Эластичная диафрагма 6 закреплена между трубчатым фланцем 2 и прижимным кольцом 5 и выполнена в форме полусферы, сопряженной с цилиндром, на наружной поверхности в основании которого выполнен концевой выступ 7, размещенный в кольцевой канавке 3 трубчатого фланца 2. Наружная поверхность прижимного кольца 5 и внутренняя поверхность трубчатого фланца 2 в месте размещения концевого выступа 7 в кольцевой канавке 3 выполнены цилиндрическими. Устройство имеет днище 8, выполненное в форме части сферы, с возможностью воздействия его торца на торец прижимного кольца 5 и герметичного соединения с трубчатым фланцем 2 силовой оболочки 1. Штуцер 9 для подвода управляющего газа установлен в днище 8.

В конструкцию введено тонкостенное кольцо 10 (фиг. 1, 2, 3, 4), на котором выполнен бурт 11 (фиг. 2, 3, 4) и которое установлено между прижимным кольцом 5 и эластичной диафрагмой 6 в месте расположения ее кольцевого выступа 7. Трубчатый фланец 2 снабжен кольцевым выступом 12 (фиг. 3), расположенным внутри трубчатого фланца 2 со стороны днища 8 перед кольцевой канавкой 3. Прижимное кольцо 5 со стороны днища 8 снабжено поперечным фланцем 13 (фиг. 3) с возможностью поджатия им бурта 11 тонкостенного кольца 10 к кольцевому выступу 12 трубчатого фланца 2. Наружная поверхность прижимного кольца 5 и внутренняя поверхность трубчатого фланца 2 в направлении от кольцевой канавки 3 к полусфере силовой оболочки 1 над кольцевой канавкой 3 выполнены коническими под острым углом наклона α к продольной оси силовой оболочки 1. Днище 8 (фиг. 1) выполнено полым с полостью 14, и его внутренняя поверхность снабжена отверстиями 15. В полость 14 днища 8 в месте расположения штуцера 9 для подвода управляющего газа введен рассекатель 16.

Как показали испытания, упомянутый острый угол наклона α к продольной оси силовой оболочки 1 конических поверхностей 17 и 18 (фиг. 2) соответственно прижимного кольца 5 и трубчатого фланца 2 целесообразно выбрать в диапазоне 15-30^o.

Тонкостенное кольцо 10 (фиг. 4) выполнено с продольными прорезями 19 его стенки с возможностью образования из стенки упругих лепестков 20. Тонкостенное кольцо 10 входит в цилиндрическую проточку силовой оболочки 1 и поджимается прижимным кольцом 5 (фиг. 1, 2, 3). До сборки тонкостенное кольцо 10 выполнено с углом наклона образующей конической оболочки тонкостенного кольца 10 к продольной оси силовой оболочки 1, равным углу наклона образующей конического участка прижимного кольца 5. Этим, а также подбором материала тонкостенного кольца 10 достигается необходимая упругая деформация упругих лепестков 20 (фиг. 4).

Рассекатель 16 (фиг. 1) может быть выполнен в виде пластины, перфорированной отверстиями 21, края которой прикреплены к внутренней поверхности днища 8 в полости 14, соединенной со штуцером 9 для подвода управляющего газа. Рассекатель 16 с отверстиями 21 служит для равномерного воздействия потока газа на эластичную диафрагму 6. Могут быть использованы и другие конструктивные элементы, выполняющие функцию рассекателя потока управляющего газа.

Внутренняя поверхность прижимного кольца 5 может быть выполнена с радиусом кривизны R (фиг. 1) и сопряжена с внутренней поверхностью днища 8 с возможностью дополнения части сферы внутренней поверхности днища 8 вместе с внутренней поверхностью прижимного кольца 5 до полусферы.

Для повышения качества соединения в конструкцию может быть введена уплотнительная прокладка 22 (фиг. 1, 2, 3), со стороны днища 8 установленная до кольцевой канавки 3 между внутренней поверхностью трубчатого фланца 2 и наружной поверхностью днища 8, контактирующей с трубчатым фланцем 2.

Днище 8 может быть соединено с силовой оболочкой 1 различными средствами. В частности, при высоких перепадах давлений может быть введена накидная гайка 23 для соединения днища 8 с трубчатым фланцем 2 силовой оболочки 1 посредством резьбового соединения указанного фланца 2 с накидной гайкой 23, причем резьбовое соединение дополнительно может быть загерметизировано сварным швом.

Последовательность сборки бака для хранения и вытеснения жидкости представлена на фиг. 3.

В силовую оболочку 1 помещают эластичную диафрагму 6 таким образом, чтобы концевой выступ 7 вошел в кольцевую канавку 3. Затем устанавливают тонкостенное кольцо 10 и прижимное кольцо 5. Прижимное кольцо вводится внутрь силовой оболочки 1 до посадки бурта 11 тонкостенного кольца 10 на кольцевой выступ 12 трубчатого фланца 2 (фиг.2).

Применение тонкостенного кольца 10 позволяет при сборке исключить осевую силу F (фиг. 3), которая стремится выдернуть концевой выступ 7 эластичной диафрагмы 6 из кольцевой канавки 3, и распределить ее таким образом, что практически полностью исключается ее воздействие на концевой выступ 7 в осевом направлении. В результате этого создается радиальная сила F₁, которая возникает в момент соприкосновения прижимного кольца 5 и тонкостенного кольца 10 и воздействует на концевой выступ 7 эластичной диафрагмы 6.

По мере передвижения при сборке прижимного кольца 5 постепенно радиально деформируются упругие лепестки 20 тонкостенного кольца 10. При этом концевой выступ 7 эластичной диафрагмы 6 входит в кольцевую канавку 3 трубчатого фланца 2, обеспечивая гарантированную герметизацию эластичной диафрагмы 6 относительно силовой оболочки 1. Наличие упругих лепестков 20 уменьшает величину силы трения прижимного кольца 5 о концевой выступ 7 эластичной диафрагмы 6 и повышает надежность конструкции, что особенно важно в условиях работы эластичной диафрагмы 6 при многократных перемещениях в условиях высоких давлений среды до 250 кгс/см².

В конечном положении прижимное кольцо 5 фиксируется торцем днища 8, которое, в свою очередь, поджимается к силовой оболочке 1 накидной гайкой 23.

Работает устройство следующим образом.

Через штуцер 4 происходит заполнение бака жидкостью, при этом происходит перекладка эластичной диафрагмы 6 на днище 8. Затем подается управляющий газ через штуцер 9, под действием которого диафрагма 6 перекладывается в исходное положение, вытесняя жидкость через штуцер 4.

Благодаря предложенной конструкции узла крепления концевого участка эластичной диафрагмы при высоком давлении обеспечивается герметичность при многоразовых перекладках, более 450 перекладок, и обеспечивается возможность перегиба эластичной оболочки практически без ее растяжения.

Топливный бак предназначен для хранения и вытеснения жидкости, преимущественно пускового горючего в жидкостных ракетных двигателях. Изобретение может быть использовано также в тех областях техники, где требуется хранение и вытеснение жидкой среды в соответствующие гидравлические магистрали, например в нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для хранения жидкости с возможностью ее вытеснения под давлением газа, и может быть использовано для вытеснения пускового горючего при запуске жидкостного ракетного топлива. Бак для хранения и вытеснения жидкости содержит силовую оболочку 1, трубчатый фланец 2 с кольцевой канавкой 3, штуцер 4 для заправки и выдачи жидкости, прижимное кольцо 5, эластичную диафрагму 6 с концевым выступом 7, днище 8, штуцер 9 для подвода управляющего газа, тонкостенное кольцо 10, уплотнительную прокладку 22 и накидную гайку 23. Днище выполнено с полостью 14. Внутренняя поверхность днища снабжена отверстиями 15. В полость днища введен рассекатель 16 с отверстиями 21. Такая конструкция бака обеспечивает высокую надежность при высоких давлениях. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Бак для хранения и вытеснения жидкости, содержащий силовую оболочку, выполненную в форме полусферы, сопряженной на ее торце с торцом трубчатого фланца, расположенного вдоль продольной оси полусферы и на внутренней поверхности которого выполнена кольцевая канавка, штуцер для заправки и выдачи жидкости, установленный в силовой оболочке, прижимное кольцо, расположенное соосно продольной оси силовой оболочки, эластичную диафрагму, закрепленную между трубчатым фланцем и прижимным кольцом, выполненную в форме полусферы, сопряженной с цилиндром, на наружной поверхности в основании которого выполнен концевой выступ, размещенный в кольцевой канавке трубчатого фланца, причем наружная поверхность прижимного кольца и внутренняя поверхность трубчатого фланца в месте размещения концевого выступа в кольцевой канавке выполнены цилиндрическими, днище, выполненное в форме части сферы, с возможностью воздействия его торца на торец прижимного кольца и герметичного соединения с трубчатым фланцем силовой оболочки, штуцер для подвода управляющего газа, установленный в днище, отличающийся тем, что введено тонкостенное кольцо, на котором выполнен бурт и которое установлено между прижимным кольцом и эластичной диафрагмой в месте расположения ее концевого выступа, трубчатый фланец снабжен кольцевым выступом, расположенным внутри трубчатого фланца со стороны днища перед кольцевой канавкой, а прижимное кольцо со стороны днища снабжено поперечным фланцем с возможностью поджатия им бурта тонкостенного кольца к кольцевому выступу трубчатого фланца, наружная поверхность прижимного кольца и внутренняя поверхность трубчатого фланца в направлении от кольцевой канавки к полусфере силовой оболочки над кольцевой канавкой выполнены коническими под острым углом наклона к продольной оси силовой оболочки, днище выполнено полым, и его внутренняя поверхность снабжена отверстиями, введен рассекатель, установленный в полости днища в месте расположения штуцера для подвода управляющего газа. 2. Бак по п.1, отличающийся тем, что упомянутый острый угол наклона к продольной оси силовой оболочки конических поверхностей прижимного кольца и трубчатого фланца выбран в диапазоне 15 - 30^o. 3. Бак по п. 1, отличающийся тем, что тонкостенное кольцо выполнено с продольными прорезями его стенки с возможностью образования из стенки упругих лепестков. 4. Бак по п.1, отличающийся тем, что рассекатель выполнен в виде пластины, перфорированной отверстиями, края которой прикреплены к внутренней поверхности днища, соединенной со штуцером для подвода управляющего газа. 5. Бак по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность прижимного кольца выполнена с радиусом кривизны и сопряжена с внутренней поверхностью днища с возможностью дополнения части сферы внутренней поверхности днища вместе с внутренней поверхностью прижимного кольца до полусферы. 6. Бак по п.1, отличающийся тем, что введена уплотнительная прокладка, установленная до кольцевой канавки со стороны днища между внутренней поверхностью трубчатого фланца и наружной поверхностью днища, сопряженной с трубчатым фланцем. 7. Бак по п.1, отличающийся тем, что введена накидная гайка для соединения днища с трубчатым фланцем силовой оболочки посредством резьбового соединения с накидной гайкой, причем резьбовое соединение загерметизировано сварным швом.