КОЖУХ СОЕДИНЕНИЯ И КОЛЛЕКТОР ДЛЯ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2015 года по МПК G01M3/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к аэрокосмической технике и, в частности, к современным летательным аппаратам, в которых используется поток горячего сжатого воздуха, отбираемого из двигателей для использования на борту в разных целях.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Настоящее изобретение относится к использованию систем трубопроводов в конструкциях летательных аппаратов. В технике хорошо известно использование высокотемпературного воздуха, отбираемого из двигателей современных летательных аппаратов для использования на борту в разных целях. В типичных применениях поток горячего воздуха, отбираемого из двигателей, используется в противообледенительных системах для подачи к передним кромкам крыльев и на хвостовое оперение, а также используется в устройствах кондиционирования воздуха для подачи свежего воздуха в пассажирский салон. Таким образом, горячий воздух должен транспортироваться от двигателей к различным зонам летательного аппарата, и эта функций обычно выполняется с использованием изолированных металлических трубопроводов, диаметры которых могут находиться в диапазоне от 1 дюйма до 6,5 дюйма, и длины таких трубопроводов составляют не менее 6 дюймов. Температура воздуха в таких трубопроводах может достигать 1200°F, a давление - 450 psig (фунт/дюйм², избыточн.), в типичных случаях температура составляет порядка 800°F и давление - 60 psig.

[0003] Трубопроводы, по которым проходит воздух, отбираемый из двигателей, изолируют для предотвращения повреждения компонентов летательного аппарата. Для этого трубы обертывают слоем изоляционного материала. Это изоляционное покрытие может состоять из материала, производимого компанией Johns-Manville Corporation (г. Денвер, Колорадо) и продаваемого под торговым наименованием Q-Felt®. Изоляционное покрытие способно снизить температуру внешней поверхности трубопровода с 800°F до примерно 400°F и даже ниже. Снаружи изоляционное покрытие трубопровода обертывают листом силиконовой резины с наполнителем из стекловолокна, текстурированной металлической фольги или полиимидной смолы с наполнителем из стекловолокна.

[0004] В трубопроводах вышеописанного типа могу иметь место утечки в результате возникновения трещин во внутренней металлической трубе. Если такие трещины не будут обнаружены, то последствия могут быть самыми катастрофическими. Поэтому для обнаружения любой утечки необходимо использовать датчики, установленные по длине трубопровода.

[0005] Известные системы обнаружения утечек содержат вентиляционный диск с отверстием, через которое поток горячего воздуха может выходить из изоляционной оболочки из силиконовой резины, текстурированной фольги или полиимидной смолы. В том случае, когда в трубе возникает трещина, горячий воздух выходит из металлической трубы, проходит через слой изоляции к вентиляционному диску и затем выходит через отверстие в диске. Отверстие в диске имеет такую форму, которая обеспечивает расширение выходящего горячего воздуха в форме конуса, попадающего на две проволоки теплового датчика, расположенные на расстоянии примерно 1,0 дюйма друг от друга и на расстоянии от примерно 1,0 дюйма до 1,75 дюйма от внешней поверхности трубопровода. Для этой цели могут использоваться термочувствительные проволоки производства компании Kidde Graviner Limited (Соединенное Королевство), продаваемые под торговым наименованием Firewire®. Термочувствительные проволоки изменяют свои электрические характеристики под действием определенной температуры. В известных системах, используемых на летательных аппаратах, схема датчика срабатывает, когда температура проволоки достигает примерно 255°F. Чтобы предотвратить возникновение ложных тревог, сигнал тревоги передается пилоту только в том случае, когда обе проволоки, проходящие вдоль трубы, подвергаются действию такой температуры.

[0006] Требуется, чтобы датчики утечки были способны обнаруживать утечку в металлической трубе через трещину, эквивалентная площадь которой соответствует площади отверстия диаметром 5 мм. Однако, как показала практика, известные системы обнаружения утечек не могут обнаруживать такие утечки. Основная причина неспособности систем обнаруживать такие утечки заключается в том, что через отверстие вентиляционного диска проходит недостаточно воздуха. В результате, температура потока горячего воздуха недостаточна для срабатывания термочувствительного проволочного датчика. Во-первых, температура горячего воздуха, выходящего через трещину в металлической трубе существенно снижается, когда горячий воздух проходит сквозь слой изоляции. Во-вторых, слой изоляции затрудняет прохождение горячего воздуха от места утечки к отверстию вентиляционного диска под оболочкой из силиконовой резины, текстурированной фольги или полиимидной смолы. Было обнаружено, что за то время, пока воздух проходит расстояние между отверстием вентиляционного диска и проволоками датчика, его температура снижается до уровня, который гораздо ниже температуры 255°F, необходимой для срабатывания датчика.

[0007] Поэтому существует потребность в улучшении конструкции системы обнаружения утечек, так чтобы успешно обнаруживалась утечка через трещину, эквивалентная площадь которой соответствует площади отверстия диаметром 5 мм. Также необходимо, чтобы встраивание новой конструкции в летательный аппарат было эффективно с экономической точки зрения. В частности, необходимо, чтобы использовались уже установленные термочувствительные проволоки, и чтобы не надо было удалять имеющуюся изоляцию труб и устанавливать новую изоляцию для установки улучшенной системы обнаружения утечек.

[0008] На стыках соседних секций трубопровода, такого как трубопровод для подачи отбираемого воздуха в крыло летательного аппарата, соединения секций обычно представляют собой прижатые друг к другу соединительные фланцы соседних секций, которые закрепляются с использованием ленточного хомута или аналогичного устройства. Поскольку в данном случае используется зажим, а не соединение с использованием сварки или другой технологии герметичных соединений, то ожидается и допускается некоторый уровень утечки. Поскольку термочувствительные проволоки и системы тепловых датчиков в настоящее время обладают высокой степенью чувствительности и быстроты реагирования, то необходимо обеспечить систему обнаружения утечек отбираемого воздуха, которая способна обеспечивать различение между низким уровнем утечки, который является допустимой частью условий работы, и более высоким уровнем утечки, который является индикатором нарушения соединения или повреждения трубы, необязательно на соединении, а возле него и даже на некотором расстоянии от него.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] В соответствии с законами динамики жидкостей и газов скорость воздушного потока определяется давлением и объемом воздуха. Если в небольшом резервуаре имеется достаточное давление воздуха, скорость воздушного потока не может поддерживаться длительное время, поскольку объем воздуха будет быстро израсходован. Если в достаточно большом резервуаре давление отсутствует, поток воздуха не возникнет.

[0010] Когда в металлической трубе возникает трещина, горячий воздух выходит из трубы в материал изоляции. Материал изоляции изменяет характеристики выходящего горячего воздуха: во-первых, поглощает тепловую энергию и снижает температуру воздуха; во-вторых, снижает давление из-за перепада давлений; в-третьих, снижает объем за счет рассеивания воздуха в кольцевом пространстве между металлической трубой и изоляционной оболочкой по всей длине трубы.

[0011] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения эта проблема решается путем повторного захвата или сбора воздуха, характеристики которого ухудшились, в резервуаре, после того как воздух пройдет через слой изоляции. Это осуществляется путем использования кругового разреза (360°) изоляционной оболочки в одном или нескольких местах по длине трубопровода. Круговые разрезы закрывают, устанавливая U-образные манжеты или кожухи, изготовленные из многослойной стеклоткани, импрегнированной силиконовой резиной, причем разрезы расположены по центру манжет или кожухов, и концы этих манжет или кожухов прикрепляются с уплотнением к изоляционной оболочке. Манжета собирает снова горячий воздух, характеристики которого ухудшились, и действует в качестве резервуара для воздуха. В манжете обеспечивается вентиляционное отверстие соответствующего размера и формы, аналогичное отверстию в вентиляционном диске, для направления воздуха на уже имеющиеся термочувствительные проволоки. Функции вентиляционного отверстия содействует накладка из силиконовой резины внутри манжеты, способствующая стабилизации направления потока воздуха через вентиляционное отверстие. Давление внутри манжеты начинает повышаться, как только манжета заполняется воздухом. Давление достигнет устойчивой равновесной величины, когда поток из трещины в трубе и поток через вентиляционное отверстие достигнут устойчивого равновесия.

[0012] При использовании вышеописанного варианта осуществления изобретения было обнаружено, в зависимости от расстояния между вентиляционным отверстием в манжете и термочувствительными проволоками, что хотя формируется устойчивый поток воздух, выбрасываемый из вентиляционного отверстия при температуре, достаточной для срабатывания системы обнаружения утечек, однако воздух может не иметь достаточного тепла при попадании на термочувствительные проволоки после его перемещения от вентиляционного отверстия к этим проволокам из-за перемешивания горячего воздуха с воздухом, окружающим трубопровод.

[0013] В другом варианте осуществления изобретения между манжетой и термочувствительными проволоками вводится коллектор для направления горячего воздуха непосредственно из вентиляционного отверстия на проволоки без потери тепла в окружающей среде. Конструкция устройства по предпочтительному варианту содержит коллектор и крышку коллектора, установленные наверху манжеты в тракте прохождения воздуха через вентиляционное отверстие в манжете. Конструкция коллектора обеспечивает разделение потока горячего воздуха из одного канала по двум каналам, формируя тракт в форме буквы "Y", в результате чего два потока воздуха направляются раздельно на две термочувствительные проволоки. Точное направление горячего воздуха обеспечивается также крышкой коллектора, которая фиксирует каждую термочувствительную проволоку в пазе канала. Каждый паз канала в крышке для каждой термочувствительной проволоки обеспечивает совмещение с выходом одного из двух каналов, проходящих через коллектор. Горячий воздух направляется из вентиляционного отверстия непосредственно на термочувствительные проволоки, и при этом воздух содержит достаточно тепла для срабатывания системы обнаружения утечек.

[0014] В улучшенном варианте осуществления изобретения для применений, в которых термочувствительные проволоки и коллектор расположены над соединением соседних секций трубопровода или в непосредственной близости от него, коллектор находится в кожухе соединения, который обычно обжимает соединение концов соседних секций трубопровода. В этом варианте вышеуказанная проблема чувствительности системы обнаружения утечек решается путем использования механизма управления потоком в коллекторе, который учитывает величину утечки, ожидаемой и допустимой для таких применений. Использование механизма управления потоком в коллекторе обеспечивает возможность для системы обнаружения утечек отличать максимально возможную утечку, которая допустима как часть штатной работы трубопровода, от утечки, которая указывает на неисправность трубопровода. Соответственно, в одном из вариантов используется механизм, обеспечивающий такое различение, в форме клапана, расположенного внутри коллектора, для исключения возможности попадания газов из трубопровода на термочувствительные проволоки системы обнаружения утечек, пока давление газы не достигнет такой величины, которая позволит преодолеть силу сопротивления клапана, и в этом случае источник газов будет идентифицирован системой как повреждение трубопровода.

[0015] Хотя вышеуказанный механизм управления потоком или клапан может использоваться в коллекторах, расположенных над соединениями соседних секций трубопровода или в непосредственной близости от них, в других улучшенных вариантах осуществления изобретения могут также использоваться, в случае необходимости, коллекторы с такими механизмами управления потоком, расположенные в точках, удаленных от соединений между секциями трубопровода, как в случае вышеупомянутых манжет.

[0016] Соответственно, в настоящем изобретении предлагается кожух соединения для трубопровода, по которому транспортируются высокотемпературные газы под давлением, для перекрытия соединения между соседними секциями трубопровода, причем трубопровод снабжен системой обнаружения утечек, в которой используется одна или несколько термочувствительных проволок.

[0017] Кожух соединения может содержать разрезной корпус, выполненный с возможностью его расширения для установки вокруг соединения установленных впритык секций трубопровода, причем в разрезном корпусе кожуха соединения имеется сквозное отверстие, обеспечивающее прохождение газов, выходящих из соединения, наружу из разрезного корпуса соединительного кожуха. Может обеспечиваться по меньшей мере одно зажимное приспособление для разъемного соединения с разрезным корпусом соединительного кожуха, чтобы обеспечивать сжатие этого корпуса вокруг соединения.

[0018] В рассматриваемых вариантах коллектор может быть установлен в проеме разрезного корпуса кожуха соединения, для удерживания по меньшей мере одной термочувствительной проволоки в фиксированном положении относительно проема в разрезном корпусе кожуха соединения, и для направления газов, выходящих из соединения, на термочувствительные проволоки, причем коллектор имеет один или несколько каналов для направления газов через блок коллектора и далее на одну или несколько термочувствительных проволок. Коллектор может содержать также механизм управления потоком для управления потоком газов через один или несколько каналов, чтобы исключать поток газов через один или несколько каналов, когда давление газов, выходящих из соединения труб, ниже заданной величины.

[0019] В настоящем изобретении также предлагается коллектор для трубопровода, по которому транспортируются высокотемпературные газы под давлением, для установки в кожухе, охватывающем по меньшей мере часть по меньшей мере одной секции трубопровода, причем трубопровод снабжен системой обнаружения утечек, в которой используется одна или несколько термочувствительных проволок.

[0020] Коллектор может содержать корпус коллектора. В корпусе коллектора могут быть сформированы пазы для размещения в них с фиксацией термочувствительных проволок. В корпусе коллектора могут быть сформированы каналы для газов, проходящие вдоль тракта прохождения текучей среды от поверхности корпуса коллектора, обращенной внутрь, до поверхности корпуса коллектора, обращенной наружу, причем каналы для газов пересекаются с пазами для термочувствительных проволок. Между поверхностью, обращенной внутрь, и поверхностью, обращенной наружу, в тракте прохождения текучей среды может быть расположен механизм управления потоком для управления потоком газов через каналы для газов, чтобы исключать прохождение потока газов через эти каналы, когда давление газов ниже заданной величины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0021] Фигура 1 - виды сбоку и сечения манжеты и ее вид в перспективе.

[0022] Фигура 2 - виды сверху и сбоку накладки и ее вид в перспективе.

[0023] Фигура 3 - виды сверху, снизу, сбоку и сечения коллектора и его вид в перспективе.

[0024] Фигура 4 - виды сверху и сбоку крышки и ее вид в перспективе.

[0025] Фигура 5 - вид разобранного устройства, предлагаемого в настоящем изобретении, на котором показана накладка манжеты, коллектор и крышка, а также их взаимное расположение.

[0026] Фигура 6 - вид предпочтительного варианта предлагаемого в настоящем изобретении устройства, установленного на трубопровод.

[0027] Фигура 7 - вид в перспективе улучшенного варианта предлагаемого в изобретении устройства, содержащего манжету/кожух соединения со встроенным коллектором.

[0028] Фигура 8 - вид в перспективе сечения манжеты/кожуха соединения со встроенным коллектором в варианте, представленном на фигуре 7.

[0029] Фигура 9 - вид в перспективе сечения коллектора устройства, представленного на фигурах 7 и 8, на котором показан обратный клапан потока утечки.

[0030] Фигура 10 - вид в перспективе разобранного коллектора, показанного на фигурах 8 и 9.

[0031] Фигура 11 - вид сбоку вертикальной проекции коллектора, показанного на фигурах 8-10.

[0032] Фигура 12 - вид сбоку вертикальной проекции сечения разобранного коллектора, показанного на фигурах 8-11.

[0033] Фигура 13 - вид с торца вертикальной проекции коллектора, показанного на фигурах 8-12.

[0034] Фигура 14 - вид сверху коллектора, показанного на фигурах 8-13.

[0035] Фигура 15 - вид сбоку сечения собранного коллектора по линии 15-15 фигуры 13.

[0036] Фигура 16 - вид снизу собранного коллектора, показанного на фигурах 8-15.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] В то время как варианты осуществления настоящего изобретения могут иметь самые разные формы, некоторые конкретные варианты показаны на чертежах и ниже будут описаны подробно, однако при этом следует понимать, что рассмотренные варианты приведены только для иллюстрации принципов изобретения, и объем изобретения не ограничивается этими конкретными вариантами. Кроме того, если в настоящем описании указываются какие-либо численные величины или конкретные материалы и т.п., они должны рассматриваться как примеры осуществления изобретения, никоим образом не ограничивающие его объем.

[0038] Типичный трубопровод 2, показанный на фигуре 6, для которого предполагается использовать настоящее изобретение, содержит внутреннюю металлическую трубу 3, обычно изготовленную из стали и имеющую диаметр от 1,0 дюйма до 6,5 дюйма, которая покрыта слоем 4 изоляции, закрепленной изоляционной оболочкой 5. Слой 4 изоляции и изоляционная оболочка 5 выполнены из материалов, которые уже были указаны в настоящем описании.

[0039] На фигуре 1 показана манжета 10, входящая в состав устройства по настоящему изобретению. Манжета 10 охватывает по периметру изоляционную оболочку 5 трубопровода 2, как показано на фигуре 6. Предпочтительно манжета 10 состоит из нескольких слоев силиконовой резины с наполнителем из стекловолокна (для ограничения растяжения), и в наиболее предпочтительном варианте используются три слоя материала для предотвращения разрыва манжеты 10 из-за избыточного давления, возникающего при установке манжеты на трубопровод 2. Перед установкой манжеты 10 на трубопровод 2 по меньшей мере изоляционную оболочку 5 разрезают по окружности трубопровода 2. Также может быть удалена небольшая часть изоляционной оболочки 5 для формирования в ней узкой круговой щели.

[0040] Для крепления манжеты 10 на трубопроводе 2 ее устанавливают так, чтобы она охватывала трубопровод 2 в том месте, в котором сделан разрез в изоляционной оболочке 5, и на концах манжеты 10 используется крепежное устройство 11 типа "паз и шпонка".

[0041] На фигуре 1 на виде сечения манжеты 10 по линии А-А можно видеть возвышенную среднюю часть 15 с заплечиками 12 с каждой ее стороны. Заплечики 12 будут прижиматься к изоляционной оболочке 5 трубопровода 2, а возвышенная средняя часть 15 остается приподнятой над изоляционной оболочкой 5, в результате чего под средней частью 15 формируется кольцевая полость. Манжету 10 фиксируют на трубопроводе 2 путем обматывания заплечиков 12 и прилегающей зоны изоляционной оболочки 5 термостойкой лентой 13 с пропиткой из силиконовой резины, как показано на фигуре 6. Подходящая для этой цели термостойкая лента 13 с пропиткой из силиконовой резины производится компанией Arlon Corporation (г. Санта-Ана, Калифорния) и продается под торговым наименованием МОХ-Таре™. Вместо крепления с помощью термостойкой ленты 13 может использоваться любой известный способ фиксации манжеты 10 на трубопроводе 2, при условии что не будет затрудняться прохождение воздуха через слой 4 изоляции в полость под манжетой 10. Манжета 10 должна быть расположена на трубопроводе 2 таким образом, чтобы отверстие 14 находилось в таком положении относительно обеих уже установленных термочувствительных проволок 8, в котором выходящий из отверстия 14 воздух попадает на обе эти проволоки. Поскольку давление внутри металлической трубы 3 трубопровода 2 может достигать 60 psig, можно ожидать, что давление внутри полости, сформированной между манжетой 10 и трубопроводом 2, может достигать такой же величины. В результате, возможна деформация средней части 15 манжеты 10 из-за выгибания, вызываемого высоким давлением в полости внутри манжеты 10. В результате деформации средней части 15 манжеты 10 поток воздуха, выходящего из отверстия 14, может отклоняться и проходить мимо термочувствительных проволок 8. Поэтому для обеспечения удерживания отверстия 14 в нужном положении, в котором выходящий воздух направляется на термочувствительные проволоки 8, используется накладка 20, расположенная внутри манжеты 10 между ней и изоляционной оболочкой 5 трубопровода 2. Накладка 20 имеет две опоры 26, которые могут прижиматься к внешней поверхности трубопровода 2, и проход 24 между опорами 26, который обеспечивает прохождение сжатого воздуха внутри полости манжеты 10 снизу к отверстию 22. Накладку 20 приклеивают к внутренней поверхности манжеты 10, используя любые средства, известные в данной области техники, например клейкую силиконовую резину, вулканизирующуюся при комнатной температуре, которая предлагается компанией Dow-Coming. Накладка 20 состоит из гибкой силиконовой резины с твердостью от 20 до 50 по шкале Шора, и, таким образом, накладка 20 может быть выровнена относительно отверстия 14 в манжете 10, так что воздух может выходить из полости в манжете 10 через канал 24, отверстие 22 и отверстие 14.

[0042] Конфигурация манжеты 10 и накладки 20 представляет вариант осуществления изобретения, который действует при условии того, что термочувствительные проволоки 8 находятся достаточно близко к внешней поверхности манжеты 10, так что воздух, выталкиваемый из отверстия 14, имеет достаточно высокую температуру при падении на проволоки 8, чтобы датчик сработал. Эта температура равна примерно 255°F. В том случае, когда термочувствительные проволоки 8 находятся слишком далеко от трубопровода 2, так что датчик не может сработать от выходящего воздуха, может использоваться второй, предпочтительный вариант осуществления изобретения.

[0043] Предпочтительный вариант осуществления изобретения включает уже описанную манжету 10 и накладку 20, а также коллектор 30 и крышку 40. На фигуре 3 показаны различные виды коллектора 30, и на фигуре 6 коллектор 30 показан в составе устройства, установленного на трубопроводе. Коллектор 30 представляет собой блок компаунда из силиконовой резины, в котором имеются сформированные каналы для направления воздуха из отверстия 14 в манжете 10 непосредственно на термочувствительные проволоки 8, причем этот воздух проходит по каналам 42 в крышке 40, расположенной наверху коллектора 30.

[0044] Коллектор 30 имеет определенный радиус 33 кривизны нижней части, соответствующий внешнему радиусу кривизны поверхности манжеты 10, когда она находится на месте на трубопроводе 2. Естественно, радиус 33 будет изменяться в зависимости от размера трубопровода 2, на который устанавливается манжета 10. Нижняя часть коллектора 30 также формируется таким образом, чтобы она сопрягалась с формой внешней поверхности манжеты 10. Заплечики 37 в нижней части коллектора 30 будут садиться на заплечики 12 на манжете 10, и в канал 35 будет входить возвышенная средняя часть 15 манжеты 10. Полки 36, сформированные на внешних краях коллектора 30 в его нижней части проходят за пределы внешнего края манжеты 10 и используются для фиксации коллектора 30 на манжете 10 с помощью термостойкой ленты 13 такого же типа, как и лента, используемая для фиксации манжеты 10 на внешней поверхности трубопровода 2.

[0045] Внутри коллектора 30 сформирован канал 34, который при установке коллектора 30 на манжете 10 совмещается с отверстием 14 в манжете 10. Канал 34 разделяется на два отдельных канала 32, которые проходят к верхней части коллектора 30 и заканчиваются проемами 31, сформированными на поверхности коллектора, то есть, внутри коллектора 30 формируется сквозной канал, имеющий форму буквы "Y". Термочувствительные проволоки 8 проходят в каналах 42 крышки 40, которая фиксирует их точно над проемами 31. Стойки 38, сформированные на верхней поверхности коллектора 30, используются для удерживания крышки 40 в нужном положении и поддержания совмещения термочувствительных проволок 8 с проемами 31 в коллекторе 30, в результате чего горячий воздух, выходящий из каналов 32 через проемы 31, будет попадать непосредственно на термочувствительные проволоки 8 без потерь тепла, которые имеют место в известных системах, когда горячий воздух пропускается через среду с существенно более низкой температурой.

[0046] В крышке 40 сформированы отверстия 44, соответствующие стойкам 38, расположенным на верхней поверхности коллектора 30, для формирования фиксирующего соединения крышки 40 с защелкиванием на коллекторе 30 без использования инструментов. В предпочтительных вариантах коллектор 30 изготавливают из компаунда силиконовой резины с величиной твердости от 65 до 85. В других вариантах коллектор 30 может быть изготовлен из других материалов, таких как, например, алюминий, однако в этом случае следует принять меры против избыточной передачи тепла через металлический коллектор 30, которая будет приводить к снижению температуры горячего воздуха, выходящего из проемов 31. Также в предпочтительных вариантах материал крышки 40 мягче материала коллектора 30, и величина его твердости находится в диапазоне от 30 до 50 по шкале Шора, так чтобы можно было снять крышку с защелкивающихся стоек 38 без повреждения коллектора 30.

[0047] Испытания такой конструкции проводились в лаборатории, причем на трубопровод рядом с устройством по настоящему изобретению был установлен вентиляционный диск известной системы обнаружения утечек. В металлической трубе 3 трубопровода 2 был сделан небольшой вырез шириной примерно 0,025 дюйма и длиной примерно 1,25 дюйма для имитации трещины, имеющей площадь поверхности, эквивалентную отверстию диаметром 5 мм, и в трубе 3 трубопровода 2 создавали давление. Поток воздуха через вентиляционный диск не обнаруживался, в то время как поток воздуха через отверстие 14 в манжете 10 имел достаточную скорость в диапазоне давлений в трубопроводе от 5 psi до 40 psi. Измеряли давление в полости, сформированной манжетой 10, и было установлено, что оно составляет примерно 12% от величины давления в металлической трубе 3 трубопровода 2. Давление в полости манжеты 10 обеспечивало видимый и обнаружимый поток воздуха через вентиляционное отверстие 14 в манжете 10, то есть обеспечивалось выполнение цели изобретения.

[0048] На фигурах 7-16 иллюстрируется улучшенный вариант осуществления изобретения, в котором коллектор содержит обратный клапан. Для трубопроводов, рассматриваемых в настоящем описании, технические условия допускают небольшие утечки, особенно в местах соединений двух секций трубопровода. Соответственно, для предотвращения ложных тревог, возникающих при таких небольших утечках, желательно обеспечить возможность предотвращения попадания выходящих газов на высокочувствительные проволоки, если объем и/или давление выходящих газов не превышает заданный уровень.

[0049] Поэтому кожухи соединений, используемые в соответствии с принципами настоящего изобретения, в особенности в местах соединений секций трубопровода, могут быть снабжены обратным клапаном, который находится в закрытом положении, если давление выходящих газов ниже заданного порогового уровня.

[0050] Кожух 100 соединения показан в перспективе на фигуре 7 в форме разрезного кольца, имеющего в месте разреза первую внутреннюю часть 101, которая перекрывается второй внешней частью 102 в зоне разреза. Первая внутренняя часть имеет клиновидную форму сечения. Кожух 100 соединения фиксируется в нужном положении с помощью ленточных хомутов 106. Каждый ленточный хомут может быть выполнен в форме обычного хомута, содержащего ленту 108 и блок 110 винтовой передачи для затягивания хомута. При затягивании ленточных хомутов 106 вторая внешняя часть 102 будет скользить по первой внутренней части 101, формируя обжимающее уплотнение, предотвращающее прохождение между ними выходящих газов. Кожух 100 соединения предпочтительно изготавливают из стеклоткани, импрегнированной силиконовой резиной, которая может быть подпрессована и отверждена в среде с регулируемой температурой. В кожухе 100 соединения имеется проем 112, через который изнутри может быть вдвинут коллектор 114, который фиксируется, например, с помощью клеящего материала, вулканизирующегося при комнатной температуре. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения кожух 100 соединения изготавливают из такого же материала и отверждают таким же способом, что и манжету 10.

[0051] На фигуре 8 приведен вид продольного сечения соединения секций трубопровода, которое охвачено кожухом 100 соединения по рассматриваемому варианту осуществления изобретения. Секции 116, 118 трубопровода соединяются с помощью соединительных фланцев 120, прикрепленных к концам этих секций 116, 118. Соединительные фланцы 120, в свою очередь, удерживаются вместе с помощью V-образного ленточного соединителя 122, сформированного из V-образной ленты 124 и ремня 126. V-образный ленточный соединитель имеет блок винтовой передачи (не показан), аналогичный блокам, используемым с ленточными хомутами 106, который используется для затягивания ремня 126, чтобы создать направленное внутрь сжимающее давление на фланцы 120. Для обеспечения разнесения в радиальном направлении секций 116, 118 трубопровода и изоляционных оболочек 130 используются опоры 128. Изоляция (не показана) обычно обеспечивается в кольцевой щели между изоляционными оболочками 130 и секциями 116, 118 трубопровода.

[0052] На фигуре 9 приведен вид сечения коллектора 114. Коллектор 114 содержит корпус 115, от которого отходит фланец 132, обеспечивающий поверхность перекрытия между коллектором 114 и прилегающим кожухом 100 соединения, на которую накладывается подходящий клеящий материал для формирования постоянного соединения коллектора с кожухом 100. Коллектор 114 предпочтительно изготавливают из силиконовой резины.

[0053] Для сборки коллектора 114 в гнездо 152 вставляют цилиндрическую пружину 146, и затем вставляют шарик 148 клапана. После чего вводят вставку 134, которая предпочтительно изготавливается из силиконовой резины, как и корпус 115, в прямоугольную выемку 117, в результате чего пружина 146 сжимается и давит на шарик 148 в процессе работы, и вставку 134 фиксируют с помощью клеящего материала.

[0054] Во вставке 134 имеется проход 136 для газов, и в коллекторе 114 имеются проходы 138, 140 для газов, которые обеспечивают возможность прохождения потока газов, как это будет описано ниже. Проходы 138, 140 выполнены таким образом, чтобы их частично перекрывали термочувствительные проволоки 142, 144 (фигура 9), так что любые выходящие газы должны будут распространяться вдоль проволок 142, 144, в результате чего увеличивается площадь контакта газов с проволоками и, соответственно, повышается время контакта, что приводит к более точной реакции термочувствительных проволок.

[0055] В верхней части коллектора 114 имеются пазы 154, 156 коллектора, которые проходят под некоторым углом к продольному направлению секций 116,118 трубопровода. Эти пазы можно видеть на фигурах 10 и 14. Однако внутри корпуса коллектора 114 пазы 154,156 проходят параллельно продольному направлению, так что формируются площадки или свесы, которые обеспечивают фиксацию проволок 142, 144 внутри коллектора 114 без использования крышек или других крепежных элементов для фиксации проволок.

Полностью собранный коллектор 114 показан на фигурах 10, 13-16.

[0056] В процессе работы, когда кожух 100 соединения установлен по месту над соединением секций трубопровода, поскольку термочувствительные проволоки 142, 144 натянуты вдоль трубопровода, на каждом коллекторе 114 проволоки могут быть отклонены в достаточной степени для выравнивания с пазами 154, 156. После полного введения термочувствительных проволок 142, 144 в пазы 154, 156 они будут расположены в частях этих пазов, которые проходят параллельно направлению секций трубопровода, и нависающие части корпуса 115 коллектора, которые находятся выше проволок 142, 144, будут предотвращать нежелательный выход проволок из пазов.

[0057] Когда газы начинают выходить через соединение секций трубопровода, некоторая часть газов будет проходить между фланцами 120 и воздействовать на нижнюю поверхность шарика 148 клапана. Пока давление выходящих газов не будет превышать некоторую заданную величину, которая определяется конкретными условиями применения, шарик 148 будет плотно сидеть в гнезде клапана под действием цилиндрической пружины 146. Как только заданное давление будет превышено, шарик 148 будет подниматься, и газы смогут проходить через проходы 136, 138, 140, обтекая термочувствительные проволоки 142, 144. В соответствии с температурой газов, на которую реагируют термочувствительные проволоки 142, 144, устройство управления (не показано, но хорошо известно специалистам в данной области техники) может вырабатывать предупреждающий сигнал, который передается, например, оператору летательного аппарата. Возможен ряд последовательных уровней предупреждения, которые определяются контролируемой температурой газов.

[0058] Варианты осуществления изобретения, рассмотренные в настоящем описании, являются всего лишь примерами, и никоим образом не ограничивают объем изобретения. Другие подходящие материалы, способы крепления устройства по настоящему изобретению, а также различные конфигурации и формы кожуха, коллектора и крышки охватываются объемом настоящего изобретения.

[0059] Вышеприведенное описание и чертежи всего лишь поясняют и иллюстрируют изобретение, которое не ограничивается рассмотренными вариантами, и специалисты в данной области техники после ознакомления с описанием смогут внести в эти варианты различные изменения без выхода за пределы объема изобретения.

Заявленное изобретение относится к аэрокосмической технике и, в частности, к современным летательным аппаратам, в которых используется поток горячего сжатого воздуха, отбираемого из двигателей для использования на борту в разных целях. Устройство обнаружения утечек для изолированного трубопровода, по которому проходит горячий воздух под давлением, причем устройство содержит: кожух, закрепленный над круговым вырезом в изоляции трубопровода или над соединением секций трубопровода, в результате чего формируется камера для газов, выходящих из трубопровода или из соединения; коллектор, в котором сформирован канал, сообщающийся с камерой, содержащей горячий воздух; и крышку для фиксации термочувствительных проволок на конце канала коллектора, так что горячий воздух, выходящий из камеры, попадает непосредственно на эти проволоки. Устройство обнаружение утечек содержит также механизм управления потоком в корпусе коллектора для предотвращения ложных тревог, которые могут возникать в результате допустимой утечки при штатной работе трубопровода. Технический результат - повышение достоверности определения утечек через трещину. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Кожух соединения для трубопровода, по которому транспортируются высокотемпературные газы под давлением, для перекрытия соединения между установленными впритык секциями трубопровода, причем трубопровод снабжен системой обнаружения утечек, в которой используется одна или несколько термочувствительных проволок, и кожух соединения содержащий:
разрезной корпус кожуха, выполненный с возможностью его расширения,
причем разрезной корпус кожуха выполнен с возможностью установки вокруг соединения установленных впритык секций трубопровода, а в разрезном корпусе соединительного кожуха имеется сквозное отверстие, обеспечивающее прохождение газов, выходящих из соединения, для выхода наружу из разрезного корпуса кожуха;
по меньшей мере одно зажимное приспособление, предназначенное для разъемного соединения с разрезным корпусом кожуха, чтобы обеспечивать сжатие этого корпуса вокруг соединения;
коллектор, установленный в проеме разрезного корпуса кожуха, для удерживания по меньшей мере одной термочувствительной проволоки в фиксированном положении относительно проема в разрезном корпусе кожуха и для направления газов, выходящих из соединения, на термочувствительные проволоки, причем коллектор имеет один или несколько каналов для направления газов через блок и далее на одну или несколько термочувствительных проволок;
причем коллектор содержит механизм управления потоком газов через один или несколько каналов, чтобы исключить прохождение потока газов через один или несколько каналов, когда давление газов, выходящих из соединения, ниже заданной величины.

2. Кожух соединения по п.1, в котором механизм регулирования потока представляет собой обратный клапан.

3. Кожух соединения по п.2, в котором обратный клапан содержит подпружиненный шарик.

4. Кожух соединения по п.3, содержащий также:
гнездо для пружины, расположенное в коллекторе;
цилиндрическую пружину, размещенную в гнезде для пружины;
шарик, к которому прижата сжатая цилиндрическая пружина; и
вставку коллектора, зафиксированную внутри полости в коллекторе и имеющую сформированное в ней отверстие для прохождения газов, которое имеет круговую кромку, диаметр которой меньше максимального диаметра шарика, причем цилиндрическая пружина установлена в частично сжатом состоянии для удерживания шарика прижатым к круговой кромке отверстия для обеспечения уплотнения, практически непроницаемого для текучей среды, так чтобы исключать прохождение выходящих газов через каналы для газов в коллекторе, если давление газов не превышает заданную минимальную величину.

5. Кожух соединения по п.1, дополнительно содержащий фланец коллектора, отходящий наружу от коллектора, для улучшения возможности прикрепления коллектора к манжете.

6. Коллектор для трубопровода, по которому транспортируются высокотемпературные газы под давлением, для установки в кожухе, охватывающем по меньшей мере часть по меньшей мере одной секции трубопровода, причем трубопровод снабжен системой обнаружения утечек, в которой используется одна или несколько термочувствительных проволок, и коллектор, содержащий:
корпус коллектора;
пазы для термочувствительных проволок в корпусе коллектора для размещения в них этих проволок с фиксацией;
каналы для газов, расположенные в корпусе коллектора и проходящие вдоль тракта прохождения текучей среды от поверхности корпуса коллектора, обращенной внутрь, до поверхности корпуса коллектора, обращенной наружу, причем каналы для газов пересекаются с пазами для термочувствительных проволок;
механизм управления потоком, расположенный в тракте прохождения текучей среды между поверхностью, обращенной внутрь, и поверхностью, обращенной наружу, для управления потоком газов через каналы для газов, чтобы исключать прохождение потока газов через эти каналы, когда давление газов ниже заданной величины.

7. Коллектор по п.6, в котором механизм регулирования потока представляет собой обратный клапан.

8. Коллектор по п.7, в котором обратный клапан содержит подпружиненный шарик.

9. Коллектор по п.8, дополнительно содержащий:
гнездо для пружины, расположенное в корпусе коллектора;
цилиндрическую пружину, размещенную в гнезде для пружины;
шарик, к которому прижата сжатая цилиндрическая пружина; и
вставку коллектора, зафиксированную внутри полости в корпусе коллектора и имеющую сформированное в ней отверстие для прохождения газов, которое имеет круговую кромку, диаметр которой меньше максимального диаметра шарика,
причем цилиндрическая пружина установлена в частично сжатом состоянии для удерживания шарика прижатым к круговой кромке отверстия для обеспечения уплотнения, практически непроницаемого для текучей среды, так чтобы исключать прохождение выходящих газов через каналы для газов в коллекторе, если давление газов не превышает заданную минимальную величину.

10. Коллектор по п.6, дополнительно содержащий фланец коллектора, отходящий наружу от корпуса коллектора, для улучшения возможности прикрепления корпуса коллектора к манжете.