Барокамера Российский патент 2017 года по МПК G01N3/12 G01M99/00 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний элементов глубоководной техники при давлениях, соответствующих предельным глубинам Мирового океана – более 100 МПа.

Известна барокамера для испытаний глубоководной техники, содержащая цилиндрический корпус, торцевую крышку с уплотнительными элементами и запирающими средствами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства изменения и контроля давления в полости корпуса (http://incseatech.ru/index.php/novoe-v-morskoj-tekhnike/135-barokamera-dlya-ispytanij-glubokovodnoj-tekhniki.html).

Недостатком данного технического решения является выполнение запирающих средств в виде шпилек, расположенных по периметру сопряженных фланцев торцевой крышки и цилиндрического корпуса, что обуславливает повышенную трудоемкость эксплуатации из-за необходимости при каждом испытании закручивать большое количество гаек с требованием равномерной затяжки с последующей их отдачей.

В качестве ближайшего аналога принята барокамера, содержащая цилиндрический корпус, торцевую крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства изменения и контроля давления в полости корпуса (см. Г.Хаукс, «Подводная техника». - Ленинград, Судостроение, 1979, стр.25-26).

Недостатком ближайшего аналога являются значительные массогабаритные характеристики корпуса из-за необходимости обеспечения его прочности при действии радиальных и окружных напряжений в стенках, обусловленных давлением на их внутреннюю поверхность, а также усилия, возникающего вдоль продольной оси барокамеры (продольные напряжения) под действием давления на внутренние торцевые поверхности крышек. Следствием этого является необходимость увеличения толщины стенок корпуса и торцевой крышки, что также ведет к повышению трудоемкости изготовления барокамеры.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка прочной, простой в изготовлении барокамеры с низкими массогабаритными характеристиками.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении прочности корпуса барокамеры за счет перераспределения действующих на него усилий, снижении массогабаритных характеристик и снижении трудоемкости изготовления барокамеры.

Поставленная задача решается тем, что в барокамере, содержащей корпус, крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства измерения и контроля давления в полости корпуса, корпус выполнен в виде обечайки, снабженной ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости, причем торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки, при этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и снабжены уплотнительными элементами, кроме того, корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси, при этом торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму, кроме того, в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы.

Кроме того, замкнутая силовая рама набрана из пластин.

Кроме того, боковые грани сквозного отверстия выполнены прямолинейными.

Кроме того, ребра жесткости выполнены в форме дисков одинакового диаметра со сквозными отверстиями.

Кроме того, ребра жесткости выполнены в форме дисков различного диаметра со сквозными отверстиями.

Кроме того, ребра жесткости равномерно установлены по длине обечайки.

Кроме того, ребра жесткости различного диаметра установлены с их чередованием по длине обечайки.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «корпус выполнен в виде обечайки, снабженной… ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости» повышают прочность обечайки при действии радиальных и окружных напряжений, обусловленных давлением на внутреннюю поверхность обечайки.

Признаки «обечайка снабжена… ребрами жесткости», а также зависимых пунктов формулы с третьего по шестой обеспечивают возможность подбора размеров и размещения ребер жесткости по длине обечайки в зависимости от толщины и диаметра обечайки и рабочего давления в ее полости.

Признаки «торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки, при этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса» исключают возникновение в стенках обечайки продольных напряжений под действием давления на торцевые поверхности цилиндрических выступов.

Признак «цилиндрические выступы… снабжены уплотнительными элементами» обеспечивает герметичность обечайки.

Признаки «корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси, кроме того, в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены опорные элементы» обеспечивают передачу усилия, возникающего вдоль продольной оси корпуса под действием давления на торцевые поверхности цилиндрических выступов, через опорные элементы на замкнутую силовую раму.

В результате продольное усилие воспринимается боковыми частями замкнутой силовой рамы, работающими на растяжение.

Признаки «торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму» и «опорные элементы установлены… с обеспечением контактирования с обращенными к ним поверхностями» обеспечивают увеличение площади контактирования и более равномерную передачу продольного усилия.

Признаки первого и второго зависимых пунктов формулы обеспечивают низкую трудоемкость изготовления замкнутой силовой рамы.

На чертеже изображен общий вид барокамеры с ребрами жесткости различного диаметра.

На чертеже показаны корпус в виде обечайки 1, снабженной ребрами жесткости меньшего 2 и большего диаметра 3, крышки в виде пластин 4 с цилиндрическими выступами 5, снабженными уплотнительными элементами 6, средства подвода-отвода рабочего тела 7, средства измерения и контроля давления 8, продольная ось 9 корпуса, замкнутая силовая рама 10, сквозное отверстие 11 замкнутой силовой рамы 10 и его торцевые 12 и боковые 13 грани, опорные элементы 14.

Корпус выполнен в виде обечайки 1, снабженной ребрами жесткости меньшего 2 и большего диаметра 3, изготовленными в форме дисков со сквозными отверстиями. Ребра жесткости 2 и 3 установлены с натягом на внешней поверхности обечайки 1, в ее поперечной плоскости, с их чередованием по длине обечайки. При этом ребра жесткости 2 и 3 могут иметь как монолитную, так и съемную конструкцию.

Торцы обечайки 1 снабжены крышками, выполненными в виде пластин 4 с цилиндрическими выступами 5, сечение которых соответствует сечению обечайки 1. При этом к одной из крышек подключены средства подвода-отвода рабочего тела 7 и средства измерения и контроля давления 8.

Цилиндрические выступы 5 снабжены уплотнительными элементами 6 и установлены в полости обечайки 1 с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 9.

Замкнутая силовая рама 10 установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры и ее полость образована сквозным отверстием 11, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси 9, при этом торцевые грани 12 сквозного отверстия 11 имеют округлую форму, а боковые грани 13 выполнены прямолинейными.

Корпус барокамеры установлен внутри сквозного отверстия 11 замкнутой силовой рамы 10 с образованием между ними зазора, при этом в зазоре между пластинами крышек 4 и торцевыми гранями 12 сквозного отверстия 11 замкнутой силовой рамы 10 установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы 14.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На предварительном этапе на внешней поверхности обечайки 1 устанавливают ребра жесткости 2 и 3. Для этого монолитные ребра жесткости напрессовывают в нагретом состоянии на этапе изготовлении корпуса барокамеры, а съемные ребра жесткости с натягом установливают на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости.

Количество, соотношение диаметров и толщин, а также порядок чередования ребер жесткости 2 и 3 различного диаметра зависят от максимальной величины рабочего давления в камере, от соотношения толщины стенки и диаметра обечайки 1, прочностных характеристик материала и определяется расчетом.

Испытываемый элемент (на чертеже не показан) устанавливают в полости обечайки 1, по ее торцам располагают крышки, при этом цилиндрические выступы 5 полностью размещены в полости обечайки 1.

Далее устанавливают замкнутую силовую раму 10, в ее сквозном отверстии 11 располагают корпус барокамеры с образованием зазора, а в зазоре между пластинами крышек 4 и торцевыми гранями 12 сквозного отверстия 11 замкнутой силовой рамы 10 размещают опорные элементы 14.

После этого проводят испытания, для этого в полость обечайки 1 с помощью средств подвода-отвода 7 подают рабочее тело, в качестве которого используют масло или воду, и создают необходимое давление с помощью средств измерения и контроля давления 8.

В процессе испытаний усилие, возникающее вдоль продольной оси 9 корпуса, обусловленное давлением на торцевые поверхности цилиндрических выступов 5, передается через опорные элементы 14 на замкнутую силовую раму 10 и воспринимается ее боковыми частями, работающими на растяжение.

Свободное перемещение цилиндрических выступов 5 крышек вдоль продольной оси 9 корпуса исключает возникновение продольных напряжений в стенках обечайки 1.

При этом ребра жесткости 2 и 3 обеспечивают прочность обечайки 1 при действии радиальных и окружных напряжений, обусловленных давлением на ее внутреннюю поверхность.

По окончании испытаний сбрасывают давление в полости обечайки 1, убирают опорные элементы 14, достают корпус из сквозного отверстия 11 замкнутой силовой рамы 10, из полости обечайки 1 удаляют с помощью средств подвода-отвода 7 рабочее тело, открывают крышки и извлекают испытываемый элемент. Далее процесс повторяется.

При отсутствии усилия, возникающего вдоль продольной оси 9 корпуса, обечайка 1 может быть выполнена тонкостенной, т.к. в этом случае она используется только для обеспечения герметичности и прочность корпуса при действии радиальных и окружных напряжений обеспечивается посредством ребер жесткости 2 и 3.

При определенном соотношении толщины стенок и диаметра обечайки 1 и расстояния между ребрами жесткости большего диаметра 3 ребра жесткости меньшего диаметра 2 могут вообще отсутствовать.

При этом необходимо обеспечить несмещаемость ребер жесткости большего диаметра 3, установленных с зазорами вдоль продольной оси 9 корпуса.

В этом случае ребра жесткости меньшего диаметра 2 могут быть изготовлены из малопрочного материала (например, из полимера) и минимального наружного диаметра, если будут играть роль только распорных колец для обеспечения несмещаемости несущих ребер большего диаметра 3.

Изготовление наиболее металлоемких элементов барокамеры (обечайки и замкнутой силовой рамы) из листового проката упрощает технологию ее изготовления, которая легко реализуется в условиях судостроительного или судоремонтного предприятия.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний элементов глубоководной техники при давлениях, соответствующих предельным глубинам Мирового океана – более 100 МПа. Заявлена барокамера, содержащая корпус, крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства измерения и контроля давления в полости корпуса. Корпус выполнен в виде обечайки, снабженной ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости. Причем торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки. При этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и снабжены уплотнительными элементами. Корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси. Торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму, а в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы. Технический результат - повышение прочности корпуса барокамеры за счет перераспределения напряжений в его стенках, снижение массогабаритных характеристик и снижение трудоемкости изготовления барокамеры. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Барокамера, содержащая корпус, крышку с уплотнительными элементами, средства подвода-отвода рабочего тела, а также средства измерения и контроля давления в полости корпуса, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде обечайки, снабженной ребрами жесткости, которые с натягом установлены на внешней поверхности обечайки, в ее поперечной плоскости, причем торцы обечайки снабжены крышками, выполненными в виде пластин с цилиндрическими выступами, сечение которых соответствует сечению обечайки, при этом цилиндрические выступы установлены в полости обечайки с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса и снабжены уплотнительными элементами, кроме того, корпус барокамеры установлен в полости замкнутой силовой рамы с образованием между ними зазора, для чего замкнутая силовая рама установлена в продольной плоскости корпуса барокамеры, а ее полость образована сквозным отверстием, размер которого превышает размер корпуса вдоль его продольной оси, при этом торцевые грани сквозного отверстия имеют округлую форму, кроме того, в зазоре между пластинами крышек и торцевыми гранями сквозного отверстия замкнутой силовой рамы установлены, с обеспечением плотного контактирования с обращенными к ним поверхностями, опорные элементы.

2. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что замкнутая силовая рама набрана из пластин.

3. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что боковые грани сквозного отверстия выполнены прямолинейными.

4. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что ребра жесткости выполнены в форме дисков одинакового диаметра со сквозными отверстиями.

5. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что ребра жесткости выполнены в форме дисков различного диаметра со сквозными отверстиями.

6. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что ребра жесткости равномерно установлены по длине обечайки.

7. Барокамера по п.1, отличающаяся тем, что ребра жесткости различного диаметра установлены с их чередованием по длине обечайки.