ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ИЛЛЮМИНАТОРОВ Российский патент 2004 года по МПК B63B19/00 

Изобретение относится к области судостроения и может быть применено при испытаниях на прочность и герметичность иллюминаторов для подводных аппаратов (ПА) с малыми объемами.

Известна установка для испытания иллюминаторов на прочность (Стегив И.Г., Грей К.О. “Проектирование безопасных иллюминаторов для камер повышенного давления”, “Труды Американского общества инженеров-механиков”, 1971, №4, с.61-72). Известная установка включает в себя прочный сосуд давления с манометром, термометром, прибором для измерения перемещений по толщине иллюминатора и телевизионную камеру для непрерывной регистрации перемещений торца испытуемого иллюминатора на основании показаний прибора. Известная установка позволяет с высокой точностью определять величину деформаций иллюминаторов под воздействием давлений в 6,9 МПа в течение длительного (10-20 часов) времени и при температуре окружающей среды до 65°С, а также определить необходимый коэффициент запаса прочности (коэффициент пересчета) Кп для обеспечения прочности иллюминаторов. Размеры иллюминатора, выбранные с коэффициентом запаса прочности Кп=10, обеспечивают их способность не разрушаться и выдерживать рабочее давление, что позволяет на практике проверять их только на герметичность и прочность.

Недостатком известной установки следует считать ее усложненность, необходимость использовать в ее составе большое количество приборов и оборудования, имеющих значительную массу и габариты и предназначенных для применения в стационарных условиях измерительной лаборатории, а не в малых объемах ПА, что сказывается на продолжительности испытаний и ограничивает функциональные возможности только испытаниями на прочность, о которой судят косвенно - по наличию или отсутствию трещин в материале иллюминатора. Испытание иллюминаторов на герметичность, о которой судят по наличию утечек рабочей жидкости под повышенным давлением, требует использования отдельной установки.

Известно устройство для испытания глухих иллюминаторов подводных аппаратов на прочность и герметичность для внутреннего давления (а. с. СССР №307936, БИ №21, 1971 г.). В известном устройстве обойма со стеклом, моделирующим иллюминатор закреплена с внутренней стороны корпуса ПА, тогда как в эксплуатационных условиях иллюминатор испытывает давление на смотровое стекло с наружной стороны корпуса ПА. Известно, что корпус в виде вварыша, в котором укреплен иллюминатор, оказывает различное воздействие на обойму со стеклом при наличии внутреннего или наружного давления среды, поэтому от известного устройства следует ожидать недостаточной точности и надежности при исследовании искомых характеристик.

Известна присоединительная камера для испытаний иллюминаторов (а. с. СССР №689882, БИ №37, 1979), которая содержит корпус с подведенным к нему трубопроводом от водяного насоса, уплотненный большой полостью для приема рабочей среды, которая охватывает иллюминатор, ступенчатым поршнем, малой полостью с крышкой присоединительной камеры и винтовым прессом, установленным на крышке, причем к большой полости подведен трубопровод с клапаном к малой полости, а большая и малая полости разделены ступенчатым поршнем. Устройство выполнено съемным за счет резьбового соединения корпуса камеры, охватывающего большую полость, и цилиндрического корпуса иллюминатора, представляющего собой вварыш в корпусе ПА. Возможность съема испытательной камеры обеспечивает проведение испытаний иллюминаторов ПА в эксплуатационных условиях с наименьшими затратами времени и средств. Однако известное устройство не в полной мере обеспечивает герметизацию соединения при проведении испытания в условиях высокого наружного давления, что обусловлено особенностями взаимодействия разнородных материалов, из которых выполнены контактирующие элементы, поскольку в морской воде элементы устройства, выполненные из стальных материалов, и корпус ПА, выполненный из специального сплава, образуют в резьбовых соединениях гальванические пары, что порождает перенос вещества (протечки забортной воды). Кроме того, для присоединения камеры к корпусу иллюминатора (корпусу ПА) по резьбовому соединению необходимо производить вращение камеры, имеющей большую массу и габариты, что усложняет проведение испытаний при малых объемах ПА.

Известная присоединительная камера для испытаний иллюминаторов на наружное давление, включающая корпус с трубопроводом для подвода рабочей среды от внешнего источника давления, устройство прижима корпуса камеры к корпусу иллюминатора и уплотнение по месту посадки корпуса камеры, выбрана в качестве наиболее близкого аналога.

Задача изобретения состоит в уменьшении рабочего объема присоединительной камеры и повышении надежности результатов испытаний иллюминаторов на наружное давление непосредственно на корпусе ПА.

Задача решена тем, что в известной присоединительной камере для испытания иллюминаторов на наружное давление, включающей корпус с трубопроводом подвода рабочей среды от внешнего источника давления, устройство прижима корпуса камеры к корпусу иллюминатора и уплотнение по месту посадки корпуса камеры, в соответствии с изобретением упомянутый корпус камеры, по крайней мере, частично выполнен в виде шаровой поверхности и снабжен стыковочным фланцем, имеющим внутренний кольцевой бурт, который выполнен с обеспечением охвата корпуса испытуемого иллюминатора, причем в качестве корпуса иллюминатора выбран цилиндрический корпус с опорным фланцем по периметру, а устройство прижима выполнено в виде бандажного кольца и секционированной кольцевой вставки в него с обеспечением неразрывного сопряжения бандажного кольца и упомянутой кольцевой вставки по их контактным поверхностям, при этом упомянутые контактные поверхности выполнены в виде поверхности усеченного конуса, а упомянутая кольцевая вставка выполнена профилированной с возможностью охвата стыковочного и опорного фланцев.

Кроме того, на поверхности стыковочного фланца и кольцевого бурта выполнены кольцевые пазы для размещения упомянутого уплотнения.

Кроме того, упомянутое уплотнение выполнено в виде эластичных кольцевых прокладок.

Кроме того, бандажное кольцо выполнено с обеспечением сопряжения его с секционированной кольцевой вставкой посредством прижимных болтов.

Кроме того, корпус камеры выполнен из материала, модуль упругости которого равен модулю упругости материала корпуса иллюминатора.

Технический результат изобретения состоит в повышении герметизации иллюминатора для ПА, имеющего специальную форму корпуса (цилиндрический вварыш с опорным фланцем), при испытаниях на наружное давление за счет обеспечения исключения утечек через сопряжения элементов в условиях деформации под давлением и при обеспечении равномерного обжима корпуса иллюминатора, что повышает точность и надежность результатов испытания при уменьшенном рабочем объеме однополостной камеры.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 представлена схематически присоединительная камера, состыкованная с испытуемым иллюминатором (в разрезе); на фиг.2 представлена схематически присоединительная камера (вид сверху); на фиг.3 представлен фрагмент камеры (в разрезе) с элементами устройства прижима ее к корпусу иллюминатора; на фиг.4 представлена схема проведения испытания иллюминатора на наружное давление.

Присоединительная камера для испытания иллюминатора 1, имеющего цилиндрический корпус 2 в виде вварыша (далее - вварыш 2) в корпусе ПА 3, содержит (фиг.1) корпус 4, который выполнен, по крайней мере частично, в виде шаровой поверхности и имеет трубопровод 5 для подвода рабочей среды (пресная вода) от внешнего источника давления (на фиг.1 не показан) с заглушкой 6, а также трубопровод для дренажа воздуха 7 из объема корпуса 4 с заглушкой 8. Корпус 4 снабжен стыковочным фланцем 9, который имеет внутренний кольцевой бурт 10, диаметр которого меньше диаметра шаровидной части корпуса 4. Поперечное сечение кольцевого бурта 10 по размерам превышает размеры иллюминатора 1, что обеспечивает охват последнего. Стыковочному фланцу 9 соответствует ответный опорный фланец 11 на вварыше 2. На поверхности стыковочного фланца 9 и внутреннем кольцевом бурте 10 выполнены кольцевые пазы 12 для размещения уплотнения 13 между стыковочным фланцем 9 и опорным фланцем 11 вварыша 2, которые выполнены в виде эластичных кольцевых прокладок, обеспечивающих герметичное присоединение съемного корпуса камеры 4 к корпусу вварыша 2 под действием устройства прижима 14 (фиг.2).

Устройство прижима 14 выполнено в виде бандажного кольца 15 с секционированной (разрезной) кольцевой вставкой 16 (фиг.2), сопрягаемых между собой с помощью прижимных болтов 17. Бандажное кольцо 15 и кольцевая вставка 16 выполнены с обеспечением неразрывного сопряжения по их контактным поверхностям при стяжке прижимными болтами 17, что исключит утечки рабочей среды под повышенным давлением через области неплотного прилегания сопрягаемых элементов. Неразрывность сопряжения контактных поверхностей достигается их выполнением в виде поверхности тела вращения, а именно, в виде усеченного конуса, верхнее основание которого расположено под прижимными болтами 17, что обеспечивает посадку бандажного кольца 15 на секционированную кольцевую вставку 16 по образующей конуса при затяжке болтов 17, посаженных в резьбовые отверстия. При выполнении корпуса камеры хотя бы частично в виде шаровидной поверхности бандажное кольцо 15 с кольцевой вставкой 16 будет плотно, без зазоров, обжимать его.

Кольцевая секционированная вставка 16 выполнена профилированной (фиг.3) - с кольцевым пазом для охвата и зацепления одновременно и стыковочного фланца 9 и ответного ему опорного фланца 11, за счет чего устройство прижима надежно удерживает корпус камеры 4 над иллюминатором 1. Кольцевая вставка 16 (фиг.2, 3) центрирована относительно бандажного кольца 15 штифтами 18, размещенными в выполненных во вставке 16 глухих центровочных отверстиях 19 кольцевой секционированной вставки 16 (фиг.3). Кроме того, бандажное кольцо 15 сопряжено с кольцевой вставкой 16 посредством отжимных болтов 20, расставленных между прижимными болтами 17 (фиг.1). Для удобства транспортировки присоединительной камеры к месту проведения испытаний на наружной поверхности корпуса 4 укреплены ручки 21 (фиг.2).

Поскольку испытания на повышенное наружное давление предусматривают воздействие статических нагрузок на контактирующие между собой стыковочный и опорный фланцы 9 и 11, на корпус камеры 4 и вварыш 2 соответственно, а также на устройство прижима 14, то для исключения неоднородного распределения напряжений в них, способного нарушить герметизацию полости присоединительной камеры, эти элементы выполнены из материалов с одинаковым модулем упругости или из одного и того же материала.

Испытания иллюминатора ПА на повышенное наружное давление проводят с использованием присоединительной камеры следующим образом.

Корпус камеры 4 устанавливают (фиг.1) стыковочным фланцем 9, снабженным уплотнением 13, на ответный ему опорный фланец 11 вварыша 2. Секции кольцевой вставки 16 размещают на стыковочном фланце 9 с охватом последнего и одновременно с ним с охватом опорного фланца 11. На секции кольцевой вставки 16 надевают бандажное кольцо 15, объединяя их, и центрируют их штифтами 18, а в отверстия бандажного кольца 15 вводят прижимные болты 17 и соединяют ими последовательно части устройства прижима 14, а далее прижимают корпус 4 к вварышу 2. Устройство готово к проведению испытаний в составе установки (фиг.4). С наружных концов трубопровода для подвода рабочей среды 5 и трубопровода для дренажа воздуха 7 снимают соответственно заглушки 6 и 8. Трубопровод 5 посредством трубопровода 22 через манометр 23, запорный клапан 24 и насос 26, а также установленный параллельно им предохранительный клапан 25 подсоединяют к внешнему источнику рабочей среды, в качестве которой может быть использована пресная вода, - резервуару 27 (фиг.4).

При испытании предохранительный клапан 25 закрывают, открывают запорный клапан 24, включают насос 26 и по трубопроводам 22 и 5 подают рабочую среду - воду в корпус камеры 4. При появлении воды в трубопроводе для дренажа воздуха 7, свидетельствующем о полном вытеснении воздуха из камеры, заглушкой 8 перекрывают трубопровод 7, после чего в соответствии с программой испытаний повышают ступенчато давление в магистрали трубопровода подачи рабочей среды 22 и 5, контролируя состояние системы по манометру 23. На каждой ступени поддерживают заданное давление в течение не менее 10 мин. После проведения испытаний иллюминатора 1 на повышенное наружное давление, по которым судят о герметичности и прочности иллюминатора, отключают насос 26, открывают предохранительный клапан 25 и постепенно сбрасывают давление в трубопроводе 22. При отсутствии избыточного давления в трубопроводе 22 его отсоединяют от трубопровода 5, на который надевают заглушку 6, и с помощью отжимных болтов 20 снимают устройство прижима - бандажное кольцо 15 с кольцевой вставкой 16, а затем отсоединяют корпус камеры 4 с уплотнением 13 от вварыша 2.

Иллюминатор считается выдержавшим испытание на повышенное наружное давление, если при максимальном давлении рабочей среды не обнаружено протечек, капель и какого-либо наличия влаги со стороны опорного фланца 11 вварыша 2 через уплотнительные элементы 13, что свидетельствует о герметичности иллюминатора.

Если во время испытаний при максимальном давлении на стекле иллюминатора 1 не обнаруживается трещин, то считается, что он выдержал испытание на прочность.

Предлагаемое устройство позволяет эффективно проводить испытания иллюминаторов ПА в любых условиях, включая эксплуатационные и вести мониторинг (периодический контроль) состояния иллюминаторов ПА, а также производить испытания иллюминаторов при наружных давлениях, соответствующих глубине погружения ПА свыше 7000 м.

Изобретение относится к области судостроения и может быть применено при испытаниях на прочность и герметичность иллюминаторов для подводных аппаратов с малыми объемами. Присоединительная камера предназначена для испытания на повышенное наружное давление иллюминаторов (1) подводных аппаратов, помещенных в цилиндрический корпус (вварыш) (2), имеющий опорный фланец (11). Корпус (4) камеры, по крайней мере частично, выполнен в виде шаровой поверхности и имеет стыковочный фланец (9) с внутренним кольцевым буртом (10), выполненным с возможностью охвата иллюминатора (1). Устройство прижима корпуса (4) к вварышу (2) выполнено в виде бандажного кольца (15) с секционированной кольцевой вставкой (16) внутри него, контактные поверхности которых выполнены в виде поверхности усеченного конуса. Кольцевая вставка (16) выполнена с кольцевым пазом для охвата одновременно опорного (11) и стыковочного (9) фланцев. Затяжка кольца (15) прижимными болтами (17) обеспечивает его неразрывное сопряжение с кольцевой вставкой (16) и плотный обжим шарообразного корпуса (4) камеры через уплотнение. Рабочая среда подается внутрь корпуса (4) от внешнего источника давления. Технический результат изобретения заключается в сокращении времени проведения испытаний, увеличении их надежности, и оно может быть применено непосредственно в ходе эксплуатации подводных аппаратов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Присоединительная камера для испытания иллюминаторов на наружное давление, включающая корпус с трубопроводом подвода рабочей среды от внешнего источника давления, устройство прижима корпуса камеры к корпусу иллюминатора и уплотнение по месту посадки корпуса камеры, отличающаяся тем, что упомянутый корпус камеры, по крайней мере частично, выполнен в виде шаровой поверхности и снабжен стыковочным фланцем, имеющим внутренний кольцевой бурт, который выполнен с обеспечением охвата испытуемого иллюминатора, причем в качестве корпуса иллюминатора выбран цилиндрический корпус с опорным фланцем по периметру, а устройство прижима выполнено в виде бандажного кольца и секционированной кольцевой вставки в него с обеспечением неразрывного сопряжения бандажного кольца и упомянутой кольцевой вставки по их контактным поверхностям, при этом упомянутые контактные поверхности выполнены в виде поверхности усеченного конуса, а упомянутая кольцевая вставка выполнена профилированной с возможностью охвата стыковочного и опорного фланцев.2. Присоединительная камера по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности стыковочного фланца и кольцевого бурта выполнены кольцевые пазы для размещения упомянутого уплотнения.3. Присоединительная камера по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое уплотнение выполнено в виде эластичных кольцевых прокладок.4. Присоединительная камера по п.1, отличающаяся тем, что бандажное кольцо выполнено с обеспечением сопряжения его с секционированной кольцевой вставкой посредством прижимных болтов.5. Присоединительная камера по п.1, отличающаяся тем, что корпус камеры выполнен из материала, модуль упругости которого равен модулю упругости материала корпуса иллюминатора.