RU2558274C2

RU2558274C2 - Sealed device

Info

Publication number: RU2558274C2
Application number: RU2013152577/28A
Authority: RU
Inventors: Николай Игоревич Белоусов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-07-27
Also published as: RU2013152577A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the machine building, and can be used during testing of cavities of the devices of aviation and rocketry crafts, and in other applications. Essence of the invention: device contains casing (1) with boring (3) connected with internal cavity (4) of the casing (1). In the sealing grooves (8, 9) of the boring (3) a pin (5), two radial sealing rings (6, 7) out of elastomer are installed. On the casing (1) a union (11) for fluid supply is located with channel (12) outgoing to cavity of the boring (3) at area between the sealing grooves (8, 9). The pin (5) is installed with possibility of axial movement relatively to casing (1) and securing in two positions: in initial - when channel (12) of the union (11) is connected with internal cavity (4) of the casing (1), and final - when the channel (12) of the union (11) is isolated from the internal cavity (4). The device contains also stop (15) to limit axial movement of the pin (5) in its end position. All external surface (10) of the pin (5) is made cylindrical. Stop (15) to limit the axial movement of the pin (5) in its end position is made in the boring (3) and is located between the first (8) sealing groove and internal cavity (4). End (16) of the pin (5) most far from the internal cavity (4) is made flat and perpendicular to the cylindrical surface (16) of the pin (5).

EFFECT: simplified design, reduced overall dimensions and weight.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.The invention relates to mechanical engineering and can be used in testing cavities of devices of aviation and rocket technology, as well as in other fields of technology.

Известно герметизированное устройство, содержащее корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, установленный в расточке палец, два радиальных уплотнения, последовательно установленных в канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях (патент Российской федерации №2110779, МПК G01M 3/08, 1998 г.).It is known a sealed device containing a housing, from the outer end of which there is a bore communicated with the internal cavity of the housing, a finger installed in the bore, two radial seals installed in series in the grooves of the boring with the possibility of contact with the finger along its cylindrical surface, a fluid supply fitting with a channel extending into the internal cavity of the bore, while the finger is mounted with the possibility of axial movement relative to the housing and its fixation in two positions (patent Russian Federation №2110779, MIC G01M 3/08, 1998).

Недостатком такого герметизированного устройства является низкая технологичность при работе с ним, что вызвано отсутствием в его конструкции элементов точной фиксации пальца в исходном положении.The disadvantage of such a sealed device is its low manufacturability when working with it, which is caused by the absence in its design of elements of accurate fixation of the finger in its original position.

Этого недостатка лишено герметизированное устройство, содержащее корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее (заявка Российской федерации №2011145589, МПК G01M 3/00, опубл. 20.05.2013 г.), выбранное в качестве прототипа. Фиксация пальца в обоих положениях осуществляется радиальными выступами пальца, размещаемыми в одной из двух соответствующих проточек корпуса.This disadvantage is deprived of a sealed device containing a housing, from the outer end of which there is a bore communicated with the internal cavity of the housing, a finger located in the bore, two radial sealing rings of elastomeric material, sequentially installed in the sealing grooves of the boring with the possibility of contact with the finger along its cylindrical surface placed on the body of the fitting for supplying fluid with a channel extending into the internal cavity of the bore in the area between the first and second seal grooves, while the finger is mounted with the possibility of axial movement relative to the housing and its fixation in two positions - the original, in which the nozzle channel is in communication with the internal cavity of the housing, and the final, in which the nozzle channel is isolated from it (application of the Russian Federation No. 20111145589, IPC G01M 3/00, published May 20, 2013), selected as a prototype. Fixation of the finger in both positions is carried out by radial finger protrusions placed in one of the two corresponding grooves of the housing.

Недостатками такого герметизированного устройства является сложность конструкции за счет необходимости изготовления радиальных выступов на пальце и проточек под них в корпусе, значительные габариты и масса, что нежелательно в изделиях ракетно-космической техники.The disadvantages of such a sealed device is the design complexity due to the need to manufacture radial protrusions on the finger and grooves under them in the housing, significant dimensions and weight, which is undesirable in rocket and space technology products.

Задачей, решаемой заявленным устройством, является упрощение конструкции и снижение габаритов и массы.The problem solved by the claimed device is to simplify the design and reduce the size and weight.

Этот результат достигается за счет того, что в известном герметизированном устройстве, содержащем корпус, с наружного торца которого имеется расточка, сообщенная с внутренней полостью корпуса, размещенный в расточке палец, два радиальных уплотнительных кольца из эластомерного материала, последовательно установленных в первой, ближайшей к внутренней полости, и второй уплотнительных канавках расточки с возможностью контакта с пальцем по его цилиндрической поверхности, размещенный на корпусе штуцер подвода текучей среды с каналом, выходящим во внутреннюю полость расточки на участке между первой и второй уплотнительными канавками, при этом палец с ближайшего к внутренней полости торца снабжен фаской и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал штуцера сообщен с внутренней полостью корпуса, и конечном, при котором канал штуцера изолирован от нее, а также упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении, согласно изобретению, вся наружная поверхность пальца выполнена цилиндрической, упор для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении выполнен в расточке и размещен между первой уплотнительной канавкой и внутренней полостью, дальний от внутренней полости конец пальца выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности пальца, при этом длина пальца выполнена большей или равной расстоянию от упора до дальнего от него торца первой уплотнительной канавки, но меньшей или равной расстоянию от упора до ближнего к нему торца второй уплотнительной канавки, а длина цилиндрической наружной поверхности пальца выполнена большей или равной расстоянию между наиболее удаленными друг от друга торцами первой и второй уплотнительных канавок.This result is achieved due to the fact that in the known sealed device containing a housing, from the outer end of which there is a bore communicated with the internal cavity of the housing, a finger located in the bore, two radial sealing rings of elastomeric material, sequentially installed in the first closest to the inner cavity, and the second sealing grooves of the bore with the possibility of contact with the finger along its cylindrical surface, a fitting for supplying a fluid medium with a channel placed on the housing exits scoring into the inner cavity of the bore in the area between the first and second sealing grooves, while the finger from the end closest to the inner cavity is chamfered and mounted with the possibility of axial movement relative to the housing and fixing it in two positions - the original, in which the nozzle channel is in communication with the inner cavity case, and the end, in which the channel of the fitting is isolated from it, as well as an emphasis to limit the axial movement of the finger in its final position, according to the invention, the entire outer surface of the finger it is cylindrical, the stop to limit the axial movement of the finger in its final position is made in the bore and placed between the first sealing groove and the internal cavity, the end of the finger farthest from the internal cavity is flat and perpendicular to the cylindrical surface of the finger, while the length of the finger is made greater than or equal to the distance from stop to the end of the first sealing groove distant from it, but less than or equal to the distance from the stop to the end of the second sealing groove nearest to it, and the length of the cylinder -cylindrical outer surface of the finger is made larger or equal to the distance between the farthest apart ends of the first and second sealing grooves.

На фиг 1. приведен пример конкретного выполнения устройства в исходном положении, продольный разрез, на фиг.2 - то же, в конечном положении.Figure 1. shows an example of a specific implementation of the device in the initial position, a longitudinal section, in figure 2 is the same in the final position.

Герметизированное устройство содержит корпус 1, с наружного торца 2 которого имеется расточка 3, сообщенная с внутренней полостью 4 корпуса 1. В расточке 3 размещен палец 5, два радиальных уплотнительных кольца 6 и 7 из эластомерного материала, последовательно установленных соответственно в первой 8, ближайшей к внутренней полости 4, и второй 9 уплотнительных канавках расточки 3 с возможностью контакта с пальцем 5 по его цилиндрической поверхности 10. На корпусе 1 размещен штуцер 11 подвода текучей среды с каналом 12, выходящим во внутреннюю полость расточки 3 на участке между первой 8 и второй 9 уплотнительными канавками. Палец 5 с ближайшего к внутренней полости 4 торца 13 снабжен фаской 14 и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса 1 и его фиксации в двух положениях - исходном, при котором канал 12 штуцера 11 сообщен с внутренней полостью 4 корпуса 1 (показано на фиг.1), и конечном, при котором канал 12 штуцера 11 изолирован от нее (показано на фиг.2). Устройство содержит также упор 15 для ограничения осевого перемещения пальца в его конечном положении. Вся наружная поверхность 10 пальца 5 выполнена цилиндрической (в прототипе она была снабжена выступами, выходящими за пределы цилиндрической поверхности). Упор 15 для ограничения осевого перемещения пальца 5 в его конечном положении выполнен в расточке 3 и размещен между первой 8 уплотнительной канавкой и внутренней полостью 4, в данном примере конкретного исполнения он выполнен в виде торца на переходе между разными диаметрами расточки 3, но может быть выполнен и в виде отдельного элемента - например стопорного кольца, размещенного в канавке расточки 3. Дальний от внутренней полости 4 конец 16 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 10 пальца. Длина пальца L выполнена большей или равной расстоянию h от упора 15 до дальнего от него торца 17 первой 8 уплотнительной канавки, но меньшей или равной расстоянию g от упора 15 до ближнего к нему торца 18 второй 9 уплотнительной канавки, а длина b цилиндрической наружной поверхности 10 пальца 5 выполнена большей или равной расстоянию w между наиболее удаленными друг от друга торцами первой 8 и второй 9 уплотнительных канавок, т.е. торцами 19 и 20. При использовании устройство подключают к заправочной магистрали 21 с вентилем 22 и манометром 23.The sealed device contains a housing 1, from the outer end 2 of which there is a bore 3, in communication with the internal cavity 4 of the housing 1. In the bore 3 is a finger 5, two radial sealing rings 6 and 7 of elastomeric material, sequentially installed respectively in the first 8 closest to the inner cavity 4, and the second 9 sealing grooves of the bore 3 with the possibility of contact with the finger 5 along its cylindrical surface 10. On the housing 1 there is a fitting 11 for supplying a fluid with a channel 12 that extends into the inner cavity bores 3 in the area between the first 8 and second 9 sealing grooves. The finger 5 from the end face 13 closest to the internal cavity 4 is provided with a chamfer 14 and is mounted with the possibility of axial movement relative to the housing 1 and its fixation in two positions - the initial one, in which the channel 12 of the fitting 11 is in communication with the internal cavity 4 of the housing 1 (shown in Fig. 1 ), and the final one, in which the channel 12 of the fitting 11 is isolated from it (shown in FIG. 2). The device also includes a stop 15 to limit the axial movement of the finger in its final position. The entire outer surface 10 of the finger 5 is cylindrical (in the prototype it was equipped with protrusions extending beyond the cylindrical surface). The stop 15 to limit the axial movement of the finger 5 in its final position is made in the bore 3 and placed between the first 8 sealing groove and the inner cavity 4, in this particular embodiment, it is made in the form of an end face at the transition between different diameters of the bore 3, but can be made and in the form of a separate element - for example, a retaining ring located in the groove of the bore 3. The end 16 of the finger 5 farthest from the inner cavity 4 is made flat and perpendicular to the cylindrical surface of the finger 10. The length of the finger L is greater than or equal to the distance h from the stop 15 to the end face 17 of the first 8 sealing groove, but less than or equal to the distance g from the stop 15 to the end 18 of the second 9 sealing groove adjacent to it, and the length b of the cylindrical outer surface 10 finger 5 is made greater than or equal to the distance w between the ends of the first 8 and second 9 sealing grooves that are most distant from each other, i.e. end faces 19 and 20. When used, the device is connected to a fuel line 21 with a valve 22 and a pressure gauge 23.

Герметизированное устройство работает следующим образом.A sealed device operates as follows.

В исходное положение, показанное на фиг.1, палец 5 помещают путем его осевого перемещения технологическими средствами - например упором (не показан). Уплотнительное кольцо 7 уплотняет наружную цилиндрическую поверхность 10 пальца 5, уплотнительное кольцо 6 не контактирует с этой цилиндрической поверхностью, что обеспечивает сообщение канала 12 с внутренней полостью 4. В этом положении через канал 12 осуществляется подвод текучей среды (например, гелиево-воздушной смеси) в полость 4. Затем, закрыв вентиль 22, палец 5 осевым движением до упора 15 перемещают в конечное положение, показанное на фиг.2. Уплотнительное кольцо 6 уплотняет цилиндрическую поверхность пальца 5, разобщая канал 12 с полостью 4. Поскольку длина пальца L выполнена меньшей или равной расстоянию g от упора 15 до ближнего к нему горца 18 второй 9 уплотнительной канавки, то канал 12 отделен от атмосферы только кольцевым зазором между расточкой 3 и пальцем 5, уплотнительное кольцо 7 в этом положении не уплотняет палец, так как не контактирует с его наружной цилиндрической поверхностью 10. В этом положении возможно отсоединение магистрали подвода от штуцера 11, испытание герметичности полости 4, заполненной испытательной средой, и дальнейшая эксплуатация устройства по его прямому назначению. При этом обратное осевое перемещение пальца в направлении от полости 4 ограничивается уплотнительным кольцом 7 из эластомерного материала. Поскольку диаметр поперечного сечения эластомерного уплотни тельного кольца 7 больше, чем глубина канавки 9 - а это справедливо всегда для эластомерных колец и является основой их правильной работы в качестве уплотнений - то после того, как наружная цилиндрическая поверхность 10 пальца 5 при перемещении его в конечное положение выйдет из контакта с кольцом 7, то сечение кольца 7 вернется к исходному, недеформированному пальцем 5 состоянию и примет конфигурацию, показанную на фиг.2, т.е. будет выступать внутрь расточки 3. Это же кольцо 7, служащее в качестве уплотнительного в исходном положении, теперь приобретает в конечном положении функцию фиксатора пальца 5 от перемещения его в направлении от полости 4 до положения, когда поверхность 10 может выйти из контакта с уплотнительным кольцом 6, что привело бы к разгерметизации внутренней полости 4 через канал 12. Поскольку дальний от внутренней полости 4 конец 16 пальца 5 выполнен плоским и перпендикулярным цилиндрической поверхности 10, то обратное осевое перемещение пальца 5 возможно только после того, как его прямой угол между плоским концом 16 и наружной цилиндрической поверхностью 10 срежет выступающую внутрь расточки 3 часть уплотнительного кольца 7, а это требует значительного осевого усилия на пальце 5, которому просто неоткуда взяться. Действительно, диаметр расточки 3 выбирают возможно меньшим, но обеспечивающим возможность обработки канавок 8 и 9. При диаметре расточки d=6 мм это требование легко выполняется. Испытательное давление, подаваемое в полость 4, обычно не превышает значения р=2 кГ/см² (абсолютное давление). Поэтому максимальное усилие давления среды в полости 4 на палец 5 достигается только тогда, когда устройство работает в наружном вакууме. И в этом, самом неблагоприятном случае, усилие давления F составит околоIn the initial position shown in figure 1, the finger 5 is placed by its axial movement of technological means - for example, focus (not shown). The sealing ring 7 seals the outer cylindrical surface 10 of the finger 5, the sealing ring 6 does not come into contact with this cylindrical surface, which ensures that the channel 12 communicates with the internal cavity 4. In this position, a fluid medium (for example, a helium-air mixture) is supplied through the channel 12 cavity 4. Then, having closed the valve 22, the finger 5 is axially moved to the stop 15 to the final position shown in FIG. 2. The sealing ring 6 seals the cylindrical surface of the finger 5, separating the channel 12 with the cavity 4. Since the length of the finger L is made less than or equal to the distance g from the stop 15 to the closest highlander 18 of the second 9 sealing groove, the channel 12 is separated from the atmosphere only by an annular gap between by a bore 3 and a finger 5, the sealing ring 7 in this position does not seal the finger, since it does not come into contact with its outer cylindrical surface 10. In this position, the supply line can be disconnected from the fitting 11, the test is tight the cavity 4 filled with the test medium, and further operation of the device for its intended purpose. In this case, the reverse axial movement of the finger in the direction from the cavity 4 is limited by a sealing ring 7 of elastomeric material. Since the cross-sectional diameter of the elastomeric O-ring 7 is greater than the depth of the groove 9 - and this is always true for elastomeric rings and is the basis for their correct operation as seals - then after the outer cylindrical surface 10 of the finger 5 when moving it to its final position If it comes out of contact with the ring 7, then the cross section of the ring 7 will return to the initial state undeformed by the finger 5 and will take the configuration shown in figure 2, i.e. will protrude inside the bore 3. The same ring 7, which serves as a sealing in the initial position, now acquires in the final position the function of the retainer of the finger 5 from moving it in the direction from the cavity 4 to the position where the surface 10 can come out of contact with the sealing ring 6 , which would lead to depressurization of the inner cavity 4 through the channel 12. Since the end 16 of the finger 5, which is far from the inner cavity 4, is made flat and perpendicular to the cylindrical surface 10, then the reverse axial movement of the finger 5 is possible It is only possible after its right angle between the flat end 16 and the outer cylindrical surface 10 cuts off the part of the sealing ring 7 protruding into the bore 3, and this requires significant axial force on the finger 5, which simply has nowhere to come from. Indeed, the diameter of the bore 3 is chosen as small as possible, but providing the possibility of machining the grooves 8 and 9. With the diameter of the bore d = 6 mm, this requirement is easily fulfilled. The test pressure supplied to the cavity 4, usually does not exceed the value of p = 2 kg / cm ² (absolute pressure). Therefore, the maximum force of the pressure of the medium in the cavity 4 on the finger 5 is achieved only when the device is operating in an external vacuum. And in this worst case, the pressure force F will be about

F=p·π·d²/4=0,565 кГ.F = p · π · d ^2/4 = 0.565 kg.

В то же время усилие, необходимое для срезания выступающей внутрь расточки части кольца 7, составляет десятки килограммов. Необходимость выполнения длины пальца L большей или равной расстоянию h от упора 15 до дальнего от него торца 17 первой 8 уплотнительной канавки связана с тем, что в конечном положении пальца всегда должно обеспечиваться уплотнение наружной поверхности 10 пальца 5 кольцом 6, а длина b цилиндрической наружной поверхности 10 пальца 5 должна быть большей или равной расстоянию w между наиболее удаленными друг от друга торцами первой 8 и второй 9 уплотнительных канавок, т.е. торцами 19 и 20, для того чтобы во время осевого перемещения пальца 5 и деформации им при этом кольца 6 до того момента, как цилиндрическая поверхность 10 пальца 5 полностью перекроет канавку 8, что является условием нормального уплотнения кольцом 6, уплотнительное кольцо 7 уплотняло бы поверхность 10 пальца, чтобы избежать сообщения внутренней полости 4 с атмосферой во время процесса движения пальца к полости 4. Наличие фаски 14 необходимо для обеспечения неразрушения колец 6 и 7 при движении пальца и требуется стандартами. Конкретное значение диаметра расточки 5 и давления в полости 4, при котором обеспечивается нормальная работа устройства, обеспечивается методами обычного проектирования, размеры колец 6 и 7, канавок 8 и 9 и фаски 14 стандартизованы.At the same time, the force required to cut off the protruding part of the ring 7 protruding inward is tens of kilograms. The need to make the length of the finger L greater than or equal to the distance h from the stop 15 to the end face 17 of the first 8 sealing groove from it is connected with the fact that in the final position of the finger the sealing of the outer surface 10 of the finger 5 with the ring 6 should always be ensured, and the length b of the cylindrical outer surface 10 of finger 5 should be greater than or equal to the distance w between the ends of the first 8 and second 9 sealing grooves that are most distant from each other, i.e. the ends 19 and 20, so that during the axial movement of the finger 5 and the deformation thereof with the ring 6 until the cylindrical surface 10 of the finger 5 completely overlaps the groove 8, which is a condition for normal sealing by the ring 6, the sealing ring 7 would seal the surface 10 fingers to avoid the communication of the inner cavity 4 with the atmosphere during the process of moving the finger to the cavity 4. The presence of the chamfer 14 is necessary to ensure non-destruction of the rings 6 and 7 when the finger moves and is required by standards. The specific value of the diameter of the bore 5 and the pressure in the cavity 4, at which the normal operation of the device is ensured, is ensured by conventional design methods, the sizes of rings 6 and 7, grooves 8 and 9 and chamfers 14 are standardized.

В результате использования изобретения существенно упрощается его конструкция, так как устраняются выступы на наружной поверхности и специальные элементы фиксации пальца в конечном положении, поскольку функцию фиксации выполняет уплотнительное кольцо 7. Также снижается длина пальца - в прототипе палец всегда был в контакте с дальним от полости уплотнительным кольцом, в заявленном решении - только в исходном положении. Снижается и длина расточки 3, так как отсутствуют специальные элементы фиксации - проточки в прототипе. Снижение габаритов приводит и к снижению массы. Указанные преимущества позволяют рекомендовать заявленное изобретение к использованию при изготовлении и эксплуатации в изделиях ракетно-космической техники.As a result of using the invention, its design is greatly simplified, since the protrusions on the outer surface and the special fixing elements of the finger in the final position are eliminated, since the sealing ring 7 performs the fixing function. The length of the finger also decreases - in the prototype the finger was always in contact with the sealing ring, in the stated decision - only in the starting position. The length of the bore 3 is also reduced, since there are no special fixation elements — grooves in the prototype. The reduction in size leads to a decrease in mass. These advantages allow us to recommend the claimed invention for use in the manufacture and operation of rocket and space technology products.

Claims

A sealed device containing a housing, from the outer end of which there is a bore communicated with the internal cavity of the housing, a finger located in the bore, two radial o-rings of elastomeric material, sequentially installed in the first, closest to the inner cavity, and second sealing grooves of the bore with contact with a finger on its cylindrical surface, a fitting for supplying a fluid with a channel extending into the internal cavity of the bore in the area between howling and the second sealing grooves, while the finger from the end face closest to the internal cavity is chamfered and mounted with the possibility of axial movement relative to the housing and fixing it in two positions: the initial one, in which the nozzle channel is in communication with the internal cavity of the body, and the final one, in which the channel the fitting is isolated from it, as well as an emphasis to limit the axial movement of the finger in its final position, characterized in that the entire outer surface of the finger is cylindrical, an emphasis to limit the axial per placing the finger in its final position is made in the bore and placed between the first sealing groove and the inner cavity, the end of the finger distant from the inner cavity is flat and perpendicular to the cylindrical surface of the finger, while the length of the finger is greater than or equal to the distance from the stop to the end of the first the sealing groove, but less than or equal to the distance from the stop to the end of the second sealing groove adjacent to it, and the length of the cylindrical outer surface of the finger is large th or equal to the distance between the farthest apart ends of the first and second sealing grooves.