Устройство для подачи текучей рабочей среды

Устройство относится к гидротранспорту с использованием давления газа. Устройство содержит пиротехнический генератор с газогенерирующим зарядом, системой задействования и патрубком для выхода рабочего газа, емкость с полостью для текучей рабочей среды, входным патрубком для рабочего газа и выходным патрубком для текучей рабочей среды, размещенную в полости для текучей рабочей среды камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом емкости, нагревательный элемент для текучей рабочей среды, установленный в емкости с возможностью изоляции текучей рабочей среды от теплоносителя. Высота камеры соизмерима с половиной высоты полости для текучей рабочей среды. Генератор установлен в емкости и использован в качестве нагревателя. При этом часть наружных поверхностей генератора контактирует с текучей рабочей средой и на его наружных поверхностях в месте расположения газогенерирующего заряда выполнены каналы, сообщенные с полостью для текучей рабочей среды и выходным патрубком емкости. Патрубок для выхода рабочего газа из генератора расположен со стороны системы задействования. Часть трубопровода, соединяющего генератор с входным патрубком емкости, может быть выполнена в виде винтовой пружины и установлена на наружной поверхности выходного патрубка емкости. В стенке выходного патрубка емкости коаксиально выходному отверстию может быть выполнена свободная полость, которая пневматически соединена с патрубком генератора для выхода рабочего газа и входным патрубком емкости. Технический результат: уменьшение массы, габаритов и времени срабатывания устройства в условиях отрицательной температуры; упрощение компоновки устройства; повышение надежности работы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Устройство для подачи текучей рабочей среды (ТРС) относится к гидротранспорту с использованием давления газа и может быть применено для подачи различных жидкостей.

Известны устройства для подачи, дозирования и распределения смазок и других ТРС. Перемещение и транспортирование ТРС к месту ее потребления достигается чаще всего за счет обжатия или расширения давлением газа эластичной камеры (мешка, оболочки, колпака и т.д.). Уменьшение или увеличение объема эластичной камеры обеспечивает выдавливание ТРС из резервуара или из той части его полости, где эта рабочая среда находится до срабатывания устройства.

При изучении справочно-информационных и патентных фондов были выделены аналоги изобретения, в том числе:

- автоматическое устройство для подачи смазки, приведенное в международной заявке №89/01589, МПК⁹ F16N 11/10, публикация 23.02.89. Устройство содержит резервуар со смазкой, эластичную камеру и электрохимический элемент для генерирования рабочего газа, посредством давления которого камера расширяется и выдавливает смазку из резервуара;

- устройство для смазки пневматических механизмов с использованием давления газа, приведенное в патенте США №3724601, МПК⁹ F16N 7/30, публикация 03.04.73. Устройство имеет корпус с выходным патрубком, в котором размещен контейнер со смазкой в виде мешка из эластичного материала, который под давлением рабочего газа (потока воздуха) сплющивается и через жиклер выдавливает смазку в этот поток.

Общими недостатками указанных аналогов является низкий и нестабильный КПД (количество выдавливаемой ТРС относительно количества, размещенного в устройстве) из-за неравномерности выдавливания ТРС при обжатии (или расширении) камеры, в которой она хранится.

Известно устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, приведенное в патенте RU №2334160, МПК⁹ F16N 7/30, публикация 20.09.2008, Б.И. №26. Устройство содержит корпус с входным патрубком под трубопровод от источника рабочего газа и выходным патрубком для ТРС. Внутри корпуса размещены: камера из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, и трубчатый коллектор с радиусами скругления на свободном конце. Свободный конец трубки выступает от места заделки в корпусе в виде консоли, установленной с возможностью вывода ТРС через трубку. В выходном патрубке установлен герметизирующий элемент в виде мембраны.

По сравнению с предыдущими аналогами это устройство имеет более высокий и стабильный КПД благодаря геометрической форме камеры и более надежного регламентирования процесса продавливания ТРС через коллектор. Вследствие этого данное устройство обеспечивает более высокие надежность срабатывания и безопасность при эксплуатации.

Недостатком устройства является большой разброс времени срабатывания в заданных условиях эксплуатации в связи с тем, что динамическая вязкость всех известных ньютоновских и неньютоновских жидкостей сильно зависит от температуры.

Известно устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, приведенное в патенте RU №2478867, МПК F16N 7/30, публикация 10.04.2013, Б.И. №10. Устройство содержит корпус с входным патрубком под трубопровод от источника рабочего газа в виде пиротехнического генератора и выходным патрубком для ТРС. Внутри корпуса размещены камера из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом, и коллектор вывода ТРС. Место соединения камеры с корпусом расположено от коллектора на расстоянии, соизмеримом с высотой камеры. При этом устройство дополнительно содержит нагревательный элемент, установленный в коллекторе с возможностью изоляции ТРС от теплоносителя, для получения которого использован источник, снабженный системой задействования.

Данное устройство выбрано за прототип.

По сравнению со всеми приведенными выше аналогами такое устройство имеет уменьшенное до 10 раз время срабатывания в условиях отрицательной температуры с использованием жидкостей, обладающих в этих условиях высокой вязкостью. При этом обеспечивается также существенное снижение разброса времени срабатывания с сохранением высокой надежности работы и требуемого уровня безопасности.

Недостатком устройства, выбранного в качестве прототипа, является наличие в его составе нагревательного элемента, установленного в коллекторе с возможностью изоляции ТРС от теплоносителя, для получения которого требуется источник с собственной системой задействования. Поэтому для срабатывания данного устройства требуется задействовать два потребителя, а именно, источник рабочего газа (пиротехнический генератор газа) и теплоноситель нагревательного элемента, установленного внутри емкости в коллекторе. Вследствие этого увеличиваются габариты и масса устройства, а также усложняется его компоновка на объекте применения, сужаются эксплуатационные возможности устройства и понижается надежность работы при эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение габаритно-массовых характеристик и времени срабатывания, упрощение устройства, расширение эксплуатационных возможностей и повышение надежности работы при сохранении требуемого уровня безопасности во всех условиях эксплуатации.

При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:

- уменьшение до 1,5 раз габаритов, массы и времени срабатывания;

- уменьшение как минимум в 2 раза количества составных частей, требующих задействования при срабатывании;

- упрощение компоновки устройства за счет уменьшения количества составных частей, требующих задействования при срабатывании;

- расширение эксплуатационных возможностей устройства, а также повышение надежности работы и безопасности эксплуатации.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечиваются тем, что в устройстве для подачи ТРС с использованием давления рабочего газа, содержащем пиротехнический генератор с газогенерирующим зарядом, системой задействования и патрубком для выхода рабочего газа, емкость с полостью для ТРС, входным патрубком для рабочего газа и выходным патрубком для ТРС, размещенную в полости для ТРС камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом емкости, нагревательный элемент для ТРС, установленный в емкости с возможностью изоляции ТРС от теплоносителя, при этом высота камеры соизмерима с половиной высоты полости для ТРС, согласно предлагаемому изобретению, пиротехнический генератор рабочего газа установлен в емкости и использован в качестве нагревателя, при этом часть наружных поверхностей генератора контактирует с ТРС и на наружных поверхностях генератора в месте расположения газогенерирующего заряда выполнены продольные и поперечные каналы, сообщенные с полостью для ТРС и выходным патрубком емкости, а патрубок для выхода рабочего газа из генератора расположен со стороны системы задействования.

При этом часть трубопровода, соединяющего пиротехнический генератор рабочего газа с входным патрубком емкости, может быть выполнена в виде винтовой пружины и установлена на наружной поверхности выходного патрубка емкости.

Кроме того, в стенке выходного патрубка емкости коаксиально выходному отверстию может быть выполнена свободная полость, которая пневматически соединена с патрубком генератора для выхода рабочего газа и входным патрубком емкости.

Таким образом, предлагаемое устройство содержит следующие отличительные признаки:

- генератор рабочего газа установлен в емкости;

- генератор рабочего газа использован в качестве нагревателя;

- часть наружных поверхностей генератора рабочего газа контактирует с ТРС;

- на наружных поверхностях генератора рабочего газа в месте расположения газогенерирующего заряда выполнены продольные и поперечные каналы, сообщенные с полостью для ТРС и выходным патрубком емкости;

- патрубок для выхода рабочего газа из генератора расположен со стороны системы задействования;

Зависимые пункты содержат следующие отличительные признаки:

- часть трубопровода, соединяющего генератор рабочего газа с входным патрубком емкости, может быть выполнена в виде винтовой пружины и установлена на наружной поверхности выходного патрубка емкости;

или,

- в стенке выходного патрубка емкости коаксиально выходному отверстию может быть выполнена свободная полость, которая пневматически соединена с патрубком генератора для выхода рабочего газа и входным патрубком емкости.

Применение пиротехнического генератора рабочего газа и установка его в емкости обеспечивают возможность использования теплоты, выделяемой при срабатывании генератора, для нагрева ТРС с целью уменьшения времени срабатывания устройства, особенно в условиях отрицательной температуры.

Это позволило использовать генератор рабочего газа в качестве нагревателя, что обеспечивает, прежде всего, возможность существенного уменьшения времени срабатывания устройства в условиях отрицательной температуры, в том числе, при использовании ТРС, имеющих в этих условиях высокую вязкость. При этом положительный результат достигается без каких-либо дополнительных энергетических затрат. Кроме того, это способствует возможности уменьшения габаритно-массовых характеристик и упрощения компоновки устройства, а также позволяет расширить его эксплуатационные возможности и повысить надежность работы за счет уменьшения количества функциональных составных частей, в том числе, требующих задействования при срабатывании.

Контактирование части наружных поверхностей генератора рабочего газа с ТРС обеспечивает возможность наиболее рационального использования теплоты, выделяемой генератором при его срабатывании, что ведет к уменьшению вязкости ТРС и, как следствие, значительно сокращается время работы устройства.

Выполнение на наружных поверхностях генератора рабочего газа в месте расположения газогенерирующего заряда продольных и поперечных каналов, сообщенных с полостью для ТРС и выходным патрубком емкости, обеспечивает, прежде всего, подвод ТРС к выходному патрубку емкости. При этом в процессе срабатывания генератора его наружные поверхности в месте расположения газогенерирующего заряда, как на донной части, так и на боковых стенках его корпуса, существенно разогреваются. Вследствие теплопередачи происходит подогрев ТРС, проходящей через указанные продольные и поперечные каналы. За счет подогрева обеспечивается уменьшение вязкости ТРС. При этом возрастает скорость ее транспортирования. В результате существенно сокращается время работы устройства, что реализуется в больших величинах, когда устройство срабатывает в условиях эксплуатации при отрицательной температуре.

Расположение патрубка для выхода рабочего газа из генератора со стороны системы задействования обеспечивает возможность размещения генератора во внутренней полости емкости и использования теплоты, выделяемой при срабатывании генератора, для нагрева ТРС.

В частных случаях, отраженных в зависимых пунктах формулы изобретения, возможно выполнение части трубопровода, соединяющего генератор рабочего газа с входным патрубком емкости, в виде винтовой пружины и установка его на наружной поверхности выходного патрубка емкости, или выполнение в стенке выходного патрубка емкости коаксиально выходному отверстию свободной полости, пневматически соединенной с патрубком генератора для выхода рабочего газа и входным патрубком емкости. Это позволяет, прежде всего, обеспечить подогрев ТРС, находящейся к моменту срабатывания устройства в выходном патрубке емкости, а затем дополнительно подогревать всю ТРС, выходящую из емкости, что способствует возможности достижения оптимального сокращения времени работы устройства.

В совокупности существенные признаки предложенного устройства обеспечивают возможность решения сформулированной выше задачи изобретения и достижения необходимого технического результата.

Примеры исполнения устройства поясняются фиг. 1, 2 и 3.

Предложенное устройство, представленное на фиг. 1, содержит следующие основные составные части: пиротехнический генератор 1 в качестве источника рабочего газа, емкость 2 для хранения ТРС, тонкостенную камеру 3, расположенную в полости емкости 2, герметизирующий элемент 4 и трубопровод 5.

Пиротехнический генератор 1 имеет в своем составе конструктивную часть 6, в которой размещен газогенерирующий заряд (на иллюстрации не показан), систему задействования 7, электрический соединитель 8 и патрубок 9 для выхода рабочего газа, который выполнен со стороны системы задействования 7. Генератор 1 установлен в емкости 2, при этом часть его наружных поверхностей контактирует с ТРС, а на наружных поверхностях конструктивной части 6 выполнены продольные и поперечные каналы, сообщенные с полостью для ТРС и выходным патрубком емкости, в том числе, в виде отверстий 10 на донной части, а также продольных пазов 11 и поперечных канавок 12 на боковых поверхностях части 6 корпуса генератора 1.

Емкость 2 имеет в своем составе полость 13 для размещения ТРС, входной патрубок 14 для подвода рабочего газа и выходной патрубок 15 для вывода ТРС.

Тонкостенная камера 3 выполнена из эластичного материала и в продольном сечении имеет форму стакана, обращенного открытой стороной к выходному патрубку 15. При этом высота камеры 3 соизмерима с половиной высоты полости 13 для ТРС. Камера 3 содержит изолирующий элемент 16 в виде бурта Т-образной формы и при помощи этого изолирующего элемента соединена с корпусом емкости 2 с возможностью подвода к ее внешней поверхности рабочего газа через патрубок 14 и зазор 17 между стенками камеры 3 и сопрягаемыми поверхностями внутренней полости корпуса емкости 2.

Герметизирующий элемент 4 выполнен в виде колпачка с разрушаемым элементом (мембраной) и установлен в выходном патрубке 15 емкости 2.

Трубопровод 5 предназначен для соединения патрубка 9 для выхода рабочего газа из генератора 1 с входным патрубком 14 для подвода рабочего газа к емкости 2.

Устройство, представленное на фиг. 2, отличается от варианта устройства, представленного на фиг. 1, тем, что часть трубопровода 5, соединяющего патрубок 9 источника рабочего газа 1 с входным патрубком 14 емкости 2, выполнена в виде винтовой пружины 18, которая установлена на наружной поверхности выходного патрубка 15 емкости 2.

Устройство, представленное на фиг. 3, отличается от варианта устройства, представленного на фиг. 1, тем, что в стенке выходного патрубка 15 емкости 2 коаксиально выходному отверстию выполнена свободная полость 19, которая пневматически соединена с патрубком 9 генератора 1 для выхода рабочего газа и входным патрубком 14 емкости 2 трубопроводом 5.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.

При подаче на электрический соединитель 8 команды на срабатывание включается пиротехнический генератор 1. Рабочий газ из генератора 1 по трубопроводу 5 через патрубки 9, 14 и зазор 17 попадает внутрь корпуса емкости 2, где доходит до стенок камеры 3.

В это же время при горении газогенерирующего заряда (на иллюстрации не показан) стенки части 6 корпуса генератора 1 прогреваются, и за счет теплопередачи происходит подогрев, в первую очередь, части ТРС, находящейся непосредственно в отверстиях 10, пазах 11 и канавках 12, выполненных на наружных поверхностях конструктивной части 6, а затем также вблизи всех других его поверхностей, контактирующих с ТРС.

Одновременно с этим под действием давления рабочего газа стенки камеры 3 отходят от внутренней поверхности емкости 2, и затем камера 3 выворачивается (конечное и промежуточные положения стенки камеры на иллюстрации не показаны) до упора цилиндрической стенки камеры в поверхности внутренней полости емкости 2, а донышка - в донную часть генератора 1. В процессе выворачивания камеры 3 возрастающее давление подогретой ТРС, поступающей через отверстия 10, пазы 11 и канавки 12, воздействует на герметизирующий элемент 4. При этом после достижения заданного уровня давления прорывается мембрана. Под действием давления рабочего газа подогретая ТРС через выходной патрубок 15 по мере выдавливания из внутренней полости емкости 2 поступает к месту ее потребления (вид герметизирующего элемента 4 с разрушенной мембраной, транспортный трубопровод и место потребления ТРС на иллюстрации не показаны).

В процессе дальнейшего возрастания давления, находящаяся в камере 3 ТРС, проходя отдельными струями через отверстия 10, пазы 11 и канавки 12, продолжает подогреваться, и в подогретом состоянии полностью выдавливается к потребителю.

За счет подогрева при прохождении через отверстия 10, пазы 11 и канавки 12 обеспечивается уменьшение вязкости ТРС и возрастание скорости ее транспортирования. В результате существенно сокращается время работы устройства, что реализуется в больших величинах, когда устройство срабатывает в условиях эксплуатации при отрицательной температуре.

Устройство, представленное на фиг. 2, в основном, работает таким же образом, как было изложено выше. Отличие заключается в том, что перед поступлением через входной патрубок 14 внутрь корпуса емкости 2, горячий рабочий газ через патрубок 9 из источника газа 1 по трубопроводу 5 попадает в его пружинную часть 18. При этом разогреваются трубопровод 5, его пружинная часть 18 и выходной патрубок 15. За счет теплопередачи начинает подогреваться ТРС, находящаяся в герметизирующем элементе 4 и части кольцевой канавки 12. В результате подогрева в патрубке 15 первых порций ТРС, которые будут транспортироваться потребителю, достигается возрастание скорости транспортирования. Поэтому по сравнению с устройством, представленным на фиг. 1, время работы еще более сокращается.

Устройство, представленное на фиг. 3, практически, работает таким же образом, как работает устройство, представленное на фиг. 2. Отличие заключается только в том, что перед поступлением через входной патрубок 14 внутрь корпуса емкости 2, горячий рабочий газ через патрубок 9 из источника газа 1 при течении по трубопроводу 5 протекает также через свободную полость 19, выполненную в стенке выходного патрубка 15 емкости 2 коаксиально выходному отверстию.

При этом разогревается выходной патрубок 15 и за счет теплопередачи ТРС, находящаяся в герметизирующем элементе 4 и части кольцевой канавки 12, подогревается даже более интенсивно.

За счет более интенсивного подогрева в патрубке 15 первых порций ТРС, которые будут транспортироваться потребителю, достигается еще большее возрастание скорости транспортирования. В результате, по сравнению с устройством, представленным на фиг. 2, время работы сокращается.

Для повторного срабатывания устройств, представленных на фиг. 1, 2 и 3, полость емкости 2 с камерой 3 вновь заполняются заданным количеством ТРС, а герметизирующий элемент 4 с разрушенной мембраной и пиротехнический генератор 1 заменяются. Для изготовления камеры 3 используется резиновая смесь. Корпус генератора 1 изготавливается из титановых сплавов. Корпусные детали системы задействования 7 с патрубком 9 для выхода рабочего газа изготавливаются из стальных сплавов. Корпус емкости 2 и герметизирующий элемент 4 изготавливаются из алюминиевых сплавов. Трубопровод 5 изготавливается из стальной трубки с наружным диаметром (2…3) мм.

В случае выполнения конструкции согласно предлагаемому изобретению достигается следующий технический результат:

- уменьшение до 1,5 раз габаритов, массы и времени срабатывания;

- уменьшение как минимум в 2 раза количества составных частей, требующих задействования при срабатывании;

- упрощение компоновки устройства за счет уменьшения количества составных частей, требующих задействования при срабатывании;

- расширение эксплуатационных возможностей устройства, а также повышение надежности работы и безопасности эксплуатации.

1. Устройство для подачи текучей рабочей среды с использованием давления рабочего газа, содержащее пиротехнический генератор с газогенерирующим зарядом, системой задействования и патрубком для выхода рабочего газа, емкость с полостью для текучей рабочей среды, входным патрубком для рабочего газа и выходным патрубком для текучей рабочей среды, размещенную в полости для текучей рабочей среды камеру из эластичного материала в виде стакана, открытой стороной обращенного к выходному патрубку и соединенного с корпусом емкости, нагревательный элемент для текучей рабочей среды, установленный в емкости с возможностью изоляции текучей рабочей среды от теплоносителя, при этом высота камеры соизмерима с половиной высоты полости для текучей рабочей среды, отличающееся тем, что пиротехнический генератор рабочего газа установлен в емкости и использован в качестве нагревателя, при этом часть наружных поверхностей генератора контактирует с текучей рабочей средой и на наружных поверхностях генератора в месте расположения газогенерирующего заряда выполнены продольные и поперечные каналы, сообщенные с полостью для текучей рабочей среды и выходным патрубком емкости, а патрубок для выхода рабочего газа из генератора расположен со стороны системы задействования.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что часть трубопровода, соединяющего пиротехнический генератор рабочего газа с входным патрубком емкости, выполнена в виде винтовой пружины и установлена на наружной поверхности выходного патрубка емкости.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в стенке выходного патрубка емкости коаксиально выходному отверстию выполнена свободная полость, которая пневматически соединена с патрубком генератора для выхода рабочего газа и входным патрубком емкости.