ПЕРЕХОД НИЗКОЧАСТОТНЫЙ Российский патент 2014 года по МПК H01B17/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения герметичного ввода электрических проводников через стены и перекрытия герметичных зон, испытательных стендов и других аналогичных объектов, в частности используется в устройстве для локализации взрыва (УЛВ). В месте установки перехода не должна нарушаться герметичность УЛВ как во время проведения, так и после окончания экспериментов.

Известен устанавливаемый в стенке устройства проходной герметичный разъем 2РМГПД42Б45Ш5Е2 ГЕ0.364.140ТУ, являющийся соединителем ответных частей кабельной вилки и розетки.

Данный переход содержит герметично установленный в стенке цилиндрический металлический корпус с закрепленными в нем герметично при помощи стеклоизолятора электрическими проводниками в виде электропроводных штырей, на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец.

В данном переходе корпус выполнен из высокохромистой стали 15Х25Т ферритного класса. Стеклоизолятор, выполненный в виде диска, закреплен в сквозном отверстии корпуса при помощи стекла припоечного. Электропроводные штыри впаяны своей средней частью в стеклоизоляр с равномерным распределением по его толщине, для чего в стеклоизоляторе выполнены отверстия под определенное количество штырей. Процесс спекания стеклоизолятора с корпусом и штырями происходит при температуре 1000°-1050°C.

Данный переход обеспечивает работу при воздействии ударной нагрузкой до 500 g и под давлением до 1,5 кгс/см². Данный переход принимается за прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому.

Однако недостатком данного перехода является низкая надежность при организации работ в условиях взрывного эксперимента из-за низкой ударостойкости. Известно, что прочность, герметичность и изоляция в стандартных разъемах типа 2РМГПД обеспечивается стеклоизолятором, впеченным в корпус. А механическая прочность соединения корпуса со стеклом определяется возникающими в стекле напряжениями сжатия и адгезией (химико-диффузионным взаимодействием) при спекании стеклоизолятора с корпусом и штырями. Напряжения сжатия в стекле возникают из-за большого отличия значений термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) спекаемых материалов. В прототипе значение ТКЛР составляет: для корпуса (сталь 15Х25Т) - 11,5·10^-6, для стеклоизолятора (молибденовая группа стекол) - 520·10^-6, для штырей (сплав 29НК) - 500·10^-6 [«Справочник металлиста». Т.2. Под ред. А.Г. Рахштадта, В.И. Бродстрема. М.: Машиностроение, 1976]. Из вышесказанного видно, что значения ТКЛР материалов штырей и стеклоизолятора близки, поэтому напряженное состояние создается только в соединении «стекло-корпус». А площадь спекания стеклоизолятора с корпусом («дисковое соединение») достаточно велика при созданном в стекле предварительном напряжении, что отрицательно влияет на ударостойкость и герметичность перехода и не позволяет использовать его в условиях высокого давления и ударных нагрузок. Кроме того, сталь 15Х25Т является высокохромистой сталью ферритного класса (σ_в=45 кгс/мм²) и не предназначена для изготовления деталей, подвергающихся действию ударных нагрузок и работающих в средах окислительного характера [«Справочник. Конструкционные материалы» под общ. ред. Б.Н. Арзамасова; Машиностроение, 1990.].

Задачей изобретения является повышение надежности устройства.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении герметичности и ударостойкости перехода, позволяющее проводить работы в условиях взрывного эксперимента при исследовании объекта после подрыва его в полости УЛВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в переходе низкочастотном в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции, содержащем герметично установленный в стенке цилиндрический металлический корпус с закрепленными в нем герметично при помощи стеклоизолятора электрическими проводниками в виде электропроводных штырей, на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, согласно изобретению корпус снабжен внутренней перегородкой со сквозными отверстиями для прохода штырей, каждый из которых впаян в перегородку через индивидуальный стеклоизолятор, причем корпус, выполненный из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса, с перегородкой представляют единое целое.

Снабжение корпуса внутренней перегородкой со сквозными отверстиями для прохода штырей, каждый из которых впаян в перегородку через индивидуальный стеклоизолятор, причем корпус с перегородкой представляют единое целое, позволяет увеличить по сравнению с прототипом стальную составляющую корпуса и уменьшить стеклоизолятор без снижения изолирующих свойств, т.к. каждый штырь впаян в перегородку корпуса через индивидуальный стеклоизолятор, т.е путем так называемого «глазкового соединения» корпуса со стеклоизоляторами вместо «дискового соединения» в прототипе. В результате этого достигается равномерное распределение высоких напряжений в стекле и выравнивание напряженного состояния в переходе без снижения его изолирующих свойств, что обеспечивает надежность перехода, повышая его ударостойкость и герметичность.

Корпус выполнен из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса (σ_в=51 кгс/мм²), имеющей по сравнению с используемым материалом в прототипе стали 15Х25Т ферритного класса (σ_в=45 кгс/мм²) более высокие прочностные характеристики, что обеспечивает высокую ударостойкость перехода при ударных нагрузках, возникающих при взрыве в УЛВ. Кроме того, сталь 12Х18Н10Т по сравнению с прототипом имеет более высокий ТКЛР (16,5·10^-6 1/°C при 25°C), что позволяет создать более прочное соединение корпуса со стеклоизоляторами за счет более высокого напряженного состояния в соединении. Причем такое состояние реализовано для каждого штыря в глазковом соединении, что выравнивает высокое напряженное состояние в разъеме. К тому же сталь 12Х18Н10Т обладает повышенной жаропрочностью, коррозионностойкостью в агрессивных средах, а при нагреве до 1050-1100°C (что соответствует режиму процесса спекания стеклоизолятора с корпусом и штырями) с последующим быстрым охлаждением на воздухе предел прочности стали 12Х18Н10Т достигает σ_в≈60 кгс/мм² [«Технология металлов» Кнорозов Б.В., Усова Л.Ф., Ефремов В.К.; Металлургия, 1974]. Таким образом, при спекании стеклоизоляторов с корпусом и штырями происходит процесс закалки и самого корпуса перехода, что также положительно влияет на ударостойкость перехода и дает возможность использовать его через стену защитного устройства в зону, содержащую высокотоксичные продукты, обеспечивая герметичность перехода.

Выполнение штырей из ковара с никелевым покрытием обеспечивает минимальное переходное электрическое сопротивление при стыковке с ответной частью и ведет к минимальным потерям при передаче электрического сигнала.

Введение в корпус изолятора, выполненного из поликарбоната, обладающего высокими механическими и электроизоляционными свойствами, обеспечивает центрирование свободных концов штырей.

Для дальнейшего повышения обеспечения надежности (ударостойкости) конструкции при взрыве в УЛВ переход низкокочастотный выполнен составным из двух равноценных частей, скрепленных по внешним торцам корпусов, снаружи место стыка корпусов закреплено резьбовым элементом. В случае взрыва экологически опасных объектов в полости УЛВ при возможном разрушении одной из частей перехода (внутренней), другая часть (внешняя) сохраняет свою герметичность и конструкционную целостность после проведения испытаний.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки (корпус снабжен внутренней перегородкой со сквозными отверстиями для прохода штырей, каждый из которых впаян в перегородку через индивидуальный стеклоизолятор, причем корпус, выполненный из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса, с перегородкой представляют единое целое) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг.1 - общий вид перехода низкочастотного;

Фиг.2 - вид А на фиг.1.

Устройство выполнено следующим образом.

Переход низкочастотный (фиг.1) содержит герметично установленный в стенке УЛВ (не показано) цилиндрический корпус 1, снабженный внутренней перегородкой 2. Корпус 1, выполненный из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса, с перегородкой 2 представляют единое целое. В перегородке 2 выполнены соосные сквозные отверстия 3 для прохода штырей 4 в количестве 128 шт. (фиг.2). Каждый штырь 4, выполненный из ковара с никелевым покрытием, впаян в соответствующее ему отверстие 3 через индивидуальный стеклоизолятор 5 путем глазкового соединения. При этом остальная часть длины каждого штыря 4 в отверстии 3 изолирована трубкой 6 из Ф-4ДЭ, а свободная полость в каждом из отверстий 3 заполнена клеем 7 (ЭЛ-20). В цилиндрическую проточку 8 корпуса 1 со стороны внутреннего торца перегородки 2 установлен при помощи клея 7 (ЭЛ-20) выполненный из поликарбоната изолятор 9. Полость между свободными концами штырей 4 и перегородкой 2 с внешнего ее торца также заполнена клеем 7 (ЭЛ-20). На посадочной поверхности корпуса 1 имеются канавки для установки в них уплотнительных колец 10, обеспечивающих герметичность перехода в стенке УЛВ.

Сборка перехода низкочастотного осуществляется следующим образом.

Штыри 4 впекают в перегородку 2 через индивидуальный для каждого из них стеклоизолятор 5 при нагреве до 1050-1100°C с последующим быстрым охлаждением на воздухе при комнатной температуре. Экспериментально установлено, что для обеспечения прочности и герметичности соединения данного типа при нагружении давлением до 100 кг/см² толщина каждого стеклоизолятора 5 должна быть не менее 6 мм, поэтому в каждое отверстие 3 со штырем 4 устанавливают по 2 стеклотаблетки толщиной 3 мм. При этом полость в отверстиях 3 между штырями 4 и перегородкой 2 заполняют клеем 7 (ЭЛ-20), предварительно изолировав у каждого штыря 4 находящуюся в отверстии 3 остальную часть трубкой 6, выполненную из материала Ф-4ДЭ. С внутреннего торца перегородки 2 в проточке 8 корпуса 1 устанавливают изолятор 9 при помощи клея ЭЛ-20, при этом свободные концы штырей 4, проходя сквозь соответствующие отверстия (128 шт.) изолятора 9, центрируются. С наружной стороны перегородки полость между свободными концами штырей 4 и перегородкой 2 также заполняют клеем 7 (ЭЛ-20). На корпус 1 надевают уплотнительные кольца 10.

Для дальнейшего повышения обеспечения надежности (ударостойкости) конструкции при взрыве в УЛВ в конструкцию перехода низкочастотного вводят второй независимый контур герметизации. Для этого корпус выполняют составным из двух равноценных частей, скрепленных по внешним торцам корпусов, снаружи место стыка корпусов закрепляют резьбовым элементом.

На предприятии был установлен переход низкочастотный в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции. Были проведены испытания, результаты которых подтверждают герметичность в месте установки перехода. Переход выдержал ударные нагрузки до 5000 g, сохранив герметичность. Попадание продуктов взрыва в окружающую среду при использовании известных методик и средств регистрации не было зафиксировано, что особенно важно в случае взрыва экологически опасных объектов.

На предприятии были разработаны аналогичные переходы, имеющие штыри в количестве 10, 19 и 60 шт. в зависимости от диаметра корпуса перехода.

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- повышение надежности устройства;

- обеспечение герметичности перехода и ударостойкости, позволяющее проводить работы в условиях взрывного эксперимента при исследования объекта после подрыва его в полости УЛВ;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения герметичного ввода электрических проводников через защитные стенки в зону воздействия высокого давления, ударных нагрузок, содержащую высокотоксичные продукты. Переход низкочастотный в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции содержит герметично установленный в стенке цилиндрический металлический корпус с закрепленными в нем герметично при помощи стеклоизолятора электрическими проводниками в виде электропроводных штырей, на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец. Корпус снабжен внутренней перегородкой со сквозными отверстиями для прохода штырей, каждый из которых впаян в перегородку через индивидуальный стеклоизолятор. Корпус, выполненный из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса, с перегородкой представляют единое целое. Техническим результатом является повышение надежности устройства. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Переход низкочастотный в загрязненную зону через металлическую стенку защитной конструкции, содержащий герметично установленный в стенке цилиндрический металлический корпус с закрепленными в нем герметично при помощи стеклоизолятора электрическими проводниками в виде электропроводных штырей, на посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, отличающийся тем, что корпус снабжен внутренней перегородкой со сквозными отверстиями для прохода штырей, каждый из которых впаян в перегородку через индивидуальный стеклоизолятор, причем корпус, выполненный из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса, с перегородкой представляют единое целое.

2. Переход низкочастотный по п.1, отличающийся тем, что штыри выполнены из ковара с никелевым покрытием.

3. Переход низкочастотный по п.1, отличающийся тем, что в корпус введен изолятор, выполненный из поликарбоната.

4. Переход низкочастотный по п.1, отличающийся тем, что он выполнен составным из двух равноценных частей, скрепленных по внешним торцам корпусов, снаружи место стыка корпусов закреплено резьбовым элементом.