Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЖЕСТКОСТИ ДЛЯ СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, АРМИРОВАННОГО НАМОТОЧНЫМ ВОЛОКНИСТЫМ МАТЕРИАЛОМ
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЖЕСТКОСТИ ДЛЯ СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, АРМИРОВАННОГО НАМОТОЧНЫМ ВОЛОКНИСТЫМ МАТЕРИАЛОМ

УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЖЕСТКОСТИ ДЛЯ СОСУДА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, АРМИРОВАННОГО НАМОТОЧНЫМ ВОЛОКНИСТЫМ МАТЕРИАЛОМ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в области производства сосудов высокого давления. Сущность: имеется первая фиксирующая канавка, выполненная в форме ласточкина хвоста, в наружной поверхности кольцеобразного фланца, вторая фиксирующая канавка, выполненная в форме ласточкина хвоста, во внутренней поверхности кольцеобразного фланца, при этом оболочка разъединена в кольцеобразном фланце с наружной частью снаружи кольцеобразного фланца и внутренней частью внутри кольцеобразного фланца, первый, выполненный в форме ласточкина хвоста, выступ на наружной части оболочки для фиксации в первой фиксирующей канавке в наружной поверхности кольцеобразного фланца, и второй, выполненный в форме ласточкина хвоста, выступ на внутренней части оболочки для фиксации во второй фиксирующей канавке во внутренней поверхности кольцеобразного фланца. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2091648
Класс(ы) патента: F16J12/00
Номер заявки: 93005014/06
Дата подачи заявки: 06.01.1993
Дата публикации: 27.09.1997
Заявитель(и): Брунсуик Корпорейшн (US)
Автор(ы): Норман Л.Ньюхаус[US]; Рональд Б.Вейс[US]; Дейл Б.Тиллер[US]
Патентообладатель(и): Брунсуик Корпорейшн (US)
Описание изобретения: Изобретение относится к усовершенствованной конструкции уплотнительного элемента жесткости в виде бобышки с горловиной для усиления (упрочнения) сопряжения между наружной обшивкой (то есть корпусом) из намоточного волокнистого композиционного материала и неметаллической внутренней обшивкой (то есть футеровкой ) сосуда высокого давления с закругленными или сферическими торцами.
Во многих случаях проектирования аппаратов или сосудов высокого давления весьма важно обеспечить сочетание малого веса аппарата с его высокой прочностью и высокой коррозионной стойкостью. В течение многих лет эти критерии при проектировании подобных аппаратов высокого давления удавалось соблюдать посредством изготовления сосудов высокого давления из композиционных материалов, например из большого числа слоев намоточного стекловолокна или синтетического химического волокна различного типа, скрепленных термореактивной эпоксидной смолой. При этом футеровка или эластичный баллон из эластомера или из другого неметаллического эластичного материала подвешивается внутри корпуса из намоточного волокнистого композиционного материала с таким расчетом, чтобы можно было обеспечить надежную герметизацию сосуда высокого давления и предотвратить возможность контактирования находящейся внутри сосуда среды (например, газа или жидкости) с композиционным материалом.
Изготовленные из намоточного волокнистого композиционного материала сосуды давления часто имеют сферическую или цилиндрическую форму, а их торцы или торцевые поверхности выполняются, как правило, сферическими в целях удобства их использования для работы с высокими давлениями. Уплотнительный элемент жесткости в виде имеющей горловину (или центральное отверстие для впуска рабочей среды) так называемой бобышки (или утолщенной в своей средней части вставки) служит для надежного герметичного соединения внутренней футеровки с изготовленной из намоточного композиционного материала наружной обшивкой в местах расположения впускных отверстий, выполненных в последней, для создания высоких давлений в сосуде. Этот уплотнительный элемент должен соединять футеровку с наружной обшивкой сосуда таким образом, чтобы рабочая среда не могла проникнуть в зону между футеровкой и наружной обшивкой сосуда давления. При практическом применении, например, в аэрокосмической промышленности, требуется, чтобы в изготовленных из композиционных материалов сосудах высокого давления можно было бы надежно создавать и поддерживать сверхвысокие рабочие давления, например, такие значения давления, как 25000 фунтов/дюйм2. Это означает, что при увеличении внутреннего давления, то есть давления в сосуде до указанных выше значений, конструктивные элементы сосуда высокого давления, а в первую очередь участки взаимного сопряжения уплотнительного элемента жесткости, футеровки и наружной обшивки подвергаются воздействию экстремальных нагрузок.
А более конкретно это означает, что при увеличении давления внутри сосуда до высоких значений на участке между уплотнительным элементом жесткости и изготовленной из композиционного материала наружной обшивкой создается напряжение смятия, что приводит к появлению резко меняющегося градиента механического напряжения по сечению наружной обшивки. При этом внутренние напряжения значительно выше, чем возникающие у наружной поверхности наружной обшивки напряжения. Касательное напряжение создается на участке между уплотнительным элементом жесткости и внутренней футеровкой из-за возникновения скачков или разрывов относительного смещения, которые обусловлены неравномерностью нагрузки во время создания высокого давления в сосуде. Кроме того, радиально расположенные опорные части уплотнительного элемента жесткости подвергаются воздействию чрезмерно высоких изгибных напряжений, что может привести к разрушению уплотнительного элемента жесткости.
Исключительно важно также, чтобы в процессе создания высокого давления в сосуде футеровка и наружная обшивка оставались прочно соединенными с уплотнительным элементом жесткости, несмотря на то, что они, то есть футеровка и обшивка, подвергаются воздействию крайне неблагоприятной нагрузки.
Изобретение направлено на устранение указанных выше недостатков, связанных с неравномерностью действующих на конструктивные элементы сосуда высокого давления нагрузок и со сложностью его герметизации, посредством создания оригинальной конструкции уплотнительного элемента жесткости в виде имеющей горловину бобышки для сосуда высокого давления рассмотренного выше типа, выполненного из намоточного волокнистого композиционного материала.
В основу настоящего изобретения положена задача разработать новый улучшенный вариант конструкции уплотнительного элемента жесткости в виде имеющей горловину бобышки для упрочнения участка сопряжения между изготовленной из намоточного волокнистого композиционного материала наружной обшивкой и неметаллической внутренней оболочкой в сферической части сосуда высокого давления.
Согласно одному из вариантов практического осуществления изобретения уплотнительный элемент жесткости в виде имеющей горловину бобышки размещен в отверстии в сферической части сосуда высокого давления, имеющего выполненную из намоточного волокнистого композиционного материала наружную обшивку (корпус) и неметаллическую внутреннюю футеровку. Согласно настоящему изобретению, уплотнительный элемент жесткости имеет трубчатую горловину, выступающую наружу из внутренней полости сосуда высокого давления, и кольцеобразный опорный фланец, расположенный радиально в направлении от внутреннего конца горловины и служащий несущей опорой для периферийной части зоны сопряжения наружной обшивки и внутренней футеровки вокруг центрального отверстия. Радиально к опорному фланцу размещен соединительный фланец, который несколько смещен относительно опорного фланца. В данном варианте изобретения наружная поверхность соединительного фланца смещена на некоторое расстояние внутрь относительно наружной поверхности опорного фланца, а внутренняя поверхность соединительного фланца смещена на некоторое расстояние наружу относительно внутренней поверхности опорного фланца. Этот смещенный относительно опорного фланца соединительный фланец снабжен кольцевой фиксирующей или стопорной канавкой, в которую входит соответствующий ей по форме поперечного сечения выступ, имеющийся на внутренней оболочке.
В рассматриваемом здесь варианте осуществления настоящего изобретения фиксирующие канавки выполнены на каждой из двух противолежащих в осевом направлении поверхностях соединительного фланца. При этом выполненная на наружной поверхности соединительного фланца фиксирующая канавка своей открытой стороной обращена наружу, а фиксирующая канавка, выполненная на внутренней поверхности соединительного фланца, своей открытой стороной обращена внутрь. Донная стенка каждой из фиксирующих канавок расположена между соответствующими двумя взаимно скошенными боковыми стенками, благодаря чему обеспечивается более надежная фиксация выступов футеровки в соответствующих им фиксирующих канавках (пазах) соединительного фланца. Благодаря тому, что наружная и внутренняя поверхности соединительного фланца смещены указанным выше образом относительно наружной и соответственно относительно внутренней поверхности опорного фланца, а также благодаря указанному выше размещению и выполнению фиксирующих пазов в соединительном фланце удается существенно уменьшить вероятность того, что внутренняя футеровка выйдет из герметичного зацепления с уплотнительным горловинообразным элементом жесткости и, следовательно, произойдет утечка жидкости или газа через разгерметизированный таким образом участок сопряжения наружной обшивки с внутренней футеровкой.
В целях снижения касательного напряжения или напряжения сдвига, возникающего на участке сопряжения уплотнительного горловинообразного элемента жесткости с футеровкой в процессе создания высокого рабочего давления в полости сосуда, между наружной поверхностью кольцеобразного опорного фланца и внутренней поверхностью наружной обшивки размещен способствующий снижению касательных напряжений слой из неметаллического материала. Этот промежуточный слой может быть изготовлен из любого пластичного, эластомерного или из другого неметаллического материала и его можно наносить литьем под давлением или изготавливать посредством вырезания листа необходимых размеров из листовой заготовки.
Предлагаемое согласно настоящему изобретению оригинальное конструктивное выполнение уплотнительного элемента жесткости позволяет, кроме того, уменьшить вероятность повреждения конструктивных элементов сосуда высокого давления в процессе создания высокого рабочего напряжения в нем. В одном из предпочтительных вариантов опорный фланец имеет диаметр, вполне достаточный для предотвращения возможности повреждения наружной обшивки в процессе создания высокого рабочего давления в сосуде. Одновременно с этим опорный фланец имеет и достаточно большую толщину, которая позволяет устранить риск возникновения чрезмерно высоких изгибных напряжений как в опорном, так и в соединительном фланцах. Предложенный согласно изобретению уплотнительный горловинообразный элемент жесткости может изготавливаться из сплавов алюминия, никеля, титана, а также из стали или других металлов.
Согласно другому возможному варианту осуществления настоящего изобретения внутренняя оболочка или футеровка может быть изготовлена из полученного пневмоформованием, то есть выдувным формованием, полиэтилена высокой плотности (сокращенно ПЭВП). В этом варианте осуществления изобретения рядом с впускным отверстием, через которое в сосуде создается высокое рабочее давление, к уплотнительному горловинообразному элементу жесткости прикреплен осесимметричный крепежный элемент сопряжения, к которому можно удобно и надежно крепить внутреннюю футеровку. Этот крепежный элемент сопряжения изготавливают, предпочтительно, из полученного литьем под давлением полиэтилена высокой плотности, который в процессе затвердения дает усадку точно по форме уплотнительного горловинообразного элемента и, таким образом, надежно приплавляется к телу уплотнительного элемента жесткости. Внутренняя футеровка соединяется аналогично тому, как это происходит при пластическом формовании, непосредственно с элементом сопряжения. После этого стопорная контргайка ввинчивается через центральное отверстие в горловине уплотнительного элемента жесткости до тех пор, пока полиэтиленовый элемент сопряжения не будет надежно зафиксирован в нужном месте.
Другие цели, особенности и достоинства настоящего изобретения станут более понятными из последующего подробного описания конкретных примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показан частичный разрез сферического торца осесимметричного сосуда высокого давления, снабженного уплотнительным горловинообразным элементом жесткости, согласно настоящему изобретения; на фиг.2 то же, что на фиг.1, причем предлагаемый уплотнительный горловинообразный элемент жесткости соединен с сосудом высокого давления только вдоль одной из сторон сосуда, а внутренняя футеровка своим выступом входит только в одну из фиксирующих канавок, выполненных в радиально размещенном фланце; и на фиг.3 частичный продольный разрез сферического торца осесимметричного сосуда высокого давления, содержащего другой вариант уплотнительного горловинообразного элемента жесткости, согласно изобретению.
На фиг.1 представлен частичный продольный разрез скругленного, предпочтительно, сферического торца осесимметричного сосуда 10 высокого давления. Сосуд 10 состоит из армированного волокном корпуса 12 и неметаллической внутренней футеровки 14. Уплотнительный элемент 16 жесткости в виде имеющей горловину бобышки, согласно настоящему изобретению, выступает наружу из сосуда 10 высокого давления через центральное отверстие 18, выполненное в наружном корпусе 12. В уплотнительном горловинообразном элементе 16 жесткости имеется центральное впускное отверстие 20 для создания высокого рабочего давления в сосуде 10 путем подачи рабочей среды (например газа или жидкости) под высоким давлением во внутреннюю полость сосуда 10 высокого давления. Следует отметить, однако, что идея настоящего изобретения может быть также успешно использована в сосудах высокого давления с так называемыми неполярными впускными отверстиями. В частности, согласно настоящему изобретению, уплотнительный горловинообразный элемент жесткости может быть размещен в впускном отверстии, выполненном в совершенно сферическом сосуде давления. Между корпусом 12 (наружной оболочкой), уплотнительным горловинообразным элементом 16 жесткости и футеровкой 14 размещен тонкий промежуточный слой 22, предназначенный для ограничения действия напряжений сдвига на указанные выше конструктивные узлы сосуда на участках их взаимного сопряжения и, следовательно, для предотвращения возможности повреждения корпуса 12 или внутренней футеровки 14 в процессе создания высокого рабочего давления во внутренней полости сосуда 10. О конструктивном выполнении этого защитного слоя 22 будет говориться более подробно в дальнейшем описании изобретения.
Корпус 12 выполнен в виде единого, хорошо известного армированного конструктивного узла, изготовленного из композиционного материала, а именно из волокнистого армирующего материала, залитого в связующий материал в виде синтетической, например, полимерной смолы. Волокнистый материал может представлять собой стекловолокно, арамидное волокно (то есть волокно из ароматического полиамида), углеродное, графитовое волокно или любой другой общеизвестный волокнистый армирующий материал. В качестве связующего материала на основе смолы (полимеров) может быть использована эпоксидная смола, полиэфирная смола, виниловый полимер, термопластичный или любой другой подходящий материал, содержащий смолу, который способен обеспечить то высокое сопротивление разрушению, которое необходимо для надежной работы сосуда высокого давления в условиях заданного эксплуатационного режима.
Внутренняя оболочка или футеровка 14 может изготавливаться из эластопласта или других эластомеров прессованием, пневмоформованием, литьевым формованием или любым другим общеизвестным способом. Уплотнительный горловинообразный элемент 16 жесткости изготавливается, предпочтительно, из алюминиевого сплава, стали, никеля или титана, хотя, как это очевидно, для изготовления элемента 16 подходят и другие металлы и неметаллические материалы, например, композиционные материалы. Тонкий слой 22 может изготавливаться из пластмассы или другого неметаллического материала формованием или просто вырезанием листа нужных размеров из листовой заготовки.
Как показано на фиг.1, предлагаемый, согласно настоящему изобретению, уплотнительный горловинообразный элемент жесткости 16 имеет выступающую наружу из сосуда высокого давления горловину 24 с сужающимся вниз на конус горлышком 26, проходящим через центральное отверстие 18, выполненное в корпусе 12. Конусность сужения горлышка 26 выбрана с таким расчетом, чтобы горлышко 26 образовывало вогнутый периферийный (кольцевой) паз в виде желоба, в который входит корпус 12, выполненный из волокнистого материала, залитого в связующее в виде смолы. Такое сопряжение корпуса 12 с горлышком 26 и, следовательно, с уплотнительным горловинообразным элементом 16 жесткости обеспечивает фиксацию элемента 16 и, таким образом, предотвращает его смещение внутрь сосуда 10 или в направлении наружу из сосуда 10.
Прямо внутри сосуда высокого давления 10 радиально с горловиной 24 размещен кольцеобразный опорный фланец 28 с наружной поверхностью 30, которая позволяет равномерно распределять нагрузки, возникающие при создании высокого рабочего давления в полости сосуда 10, по периметру центрального отверстия 18, выполненного в изготовленной из композиционного материала корпусе 12. Ширина W1 опорного фланца 28 выбрана с таким расчетом, чтобы общий диаметр фланца 28 был достаточно большим для предотвращения возможного повреждения корпуса 12 при создании высокого рабочего давления в полости сосуда 10.
Кроме того, тонкий предохранительный слой 22 частично проложен между опорным фланцем 28, футеровкой 14 и корпусом 12 с тем, чтобы в еще большей степени уменьшить риск возможного повреждения сосуда 10, когда в последнем создают высокое рабочее давление. Следует отметить, что создание высокого рабочего давления во внутренней полости сосуда 10 высокого давления приводит к весьма значительной деформации скругленного (приближенно сферического) торца сосуда 10 высокого давления, в результате чего может происходить относительное скольжение в зоне между внутренней поверхностью корпуса 12 и прилегающими к ней участками футеровки 14 и опорного фланца 28. В целях устранения негативного влияния указанного выше относительного скольжения, а также для ослабления влияния напряжений сдвига, так или иначе возникающих на названных выше участках взаимного сопряжения корпуса 12, футеровки 14 и опорного фланца 28, промежуточный предохранительный слой 22 проложен внутри скругленного торца сосуда 10 высокого давления (по плоскости взаимного сопряжения конструктивных узлов 12, 14 и 28) на участке, длина которого примерно равна диаметру D1 кольцевой, а точнее цилиндрической части сосуда 10 высокого давления.
Кольцеобразный соединительный фланец 32 выступает в радиальном направлении наружу за пределы опорного фланца 28 на расстояние W2. При этом наружная поверхность 34 соединительного фланца 32 смещена внутрь относительно наружной поверхности 30 опорного фланца 28 на расстояние Т1, а внутренняя поверхность 36 соединительного фланца 32 смещена наружу относительно внутренней поверхности 38 опорного фланца 28 на расстояние Т2. Это означает в других словах, что толщина Т3 опорного фланца 28 вполне достаточная для ограничения изгибных напряжений в уплотнительном элементе жесткости 16 до приемлемого уровня в процессе создания высокого рабочего давления в сосуде.
Уплотнительный элемент 16 жесткости согласно настоящему изобретению снабжен двумя кольцевыми фиксирующими канавками 40 и 42, из которых одна канавка, а именно 40, выполнена на внешней поверхности 34 соединительного фланца 32, а вторая канавка 42 выполнена на внутренней поверхности 36 фланца 32. Футеровка 14 снабжена выступами 44 и 46, которые входят в фиксирующие канавки 40 и 42, соответственно.
Фиксирующая канавка 40 своей открытой частью обращена наружу, а ее донная стенка 48 расположена между двумя взаимно скошенными боковыми стенками 50. Другими словами, это означает, что канавка 40 имеет поперечное сечение в виде ласточкина хвоста. Вполне очевидно, что в соответствии с предметом настоящего изобретения могут быть предусмотрены и другие возможные формы профиля поперечного сечения фиксирующих канавок или пазов, обеспечивающие надежную механическую фиксацию внутренней оболочки к уплотнительному элементу жесткости.
Фиксирующая канавка 42 выполнена на внутренней поверхности 36 соединительного фланца 32, а донная стенка 52 канавки 42 расположена между двумя взаимно скошенными боковыми стенками 54. Поперечное сечение фиксирующей канавки 42 имеет, таким образом, также форму ласточкина хвоста (то есть трапецеидальную форму). Благодаря тому, что профиль поперечного сечения выполненных на футеровке 14 выступов 44 и 46 соответствует профилю поперечного сечения взаимодействующих с ними фиксирующих канавок 40 и 42, соответственно (при этом профиль поперечного сечения канавок 40 и 42 определяется наклоном скошенных боковых стенок 50 и 54, соответственно), обеспечиваются надежное зацепление и надежная фиксация футеровки 14 на уплотнительном элементе 16 жесткости, что в свою очередь предотвращает возможность того, что будет происходить утечка находящейся под давлением среды через промежуток между футеровкой 14 и корпусом 12.
Поскольку соединительный фланец 32 выполнен со смещением относительно опорного фланца 28, а именно наружная поверхность 34 соединительного фланца 32 смещена внутрь относительно наружно поверхности 30 опорного фланца 28 на расстояние Т1, а внутренняя поверхность 36 соединительного фланца 32 смещена наружу относительно внутренней поверхности 38 опорного фланца 28 на расстояние Т2, уменьшается вероятность того, что футеровка 14 будет выталкиваться из зацепления с уплотнительным элементом 16 жесткости под действием высокого рабочего давления в сосуде 10. Риск выхода оболочки 14 из зацепления с уплотнительным элементом 16 жесткости снижается, в частности благодаря тому, что за счет указанного выше смещения наружной и внутренней поверхностей соединительного фланца 32 обеспечивается достаточно большая площадь поверхности взаимного герметичного сопряжения футеровки 14 с соединительным фланцем 32. Это герметичное соединение футеровки 14 с соединительным фланцем 32 исключает возможность утечки среды из сосуда 10 во время создания в нем высокого давления.
На фиг.2 показан другой вариант выполнения уплотнительного элемента жесткости согласно настоящему изобретению. В этом варианте футеровка 14 фиксируется только в одной кольцевой фиксирующей канавке 40, выполненной на наружной поверхности 34 соединительного фланца 32. В представленном на фиг.2 варианте осуществления изобретения внутренняя оболочка 14 снабжена только одним кольцеобразным выступом 44, взаимодействующим с уплотнительным элементом 16 жесткости.
На фиг. 3 показан еще один вариант выполнения уплотнительного элемента жесткости, а именно элемента 56, предназначенного для размещения в сосуде 58 высокого давления, изготовленном из намоточного волокнистого композиционного материала. Сосуд высокого давления 58 имеет корпус 60, изготовленный из армирующего волокнистого композиционного материала, и футеровку 62 из неметаллического материала. Внутренняя оболочка 62 предпочтительно изготавливается из полученного пневмоформованием (то есть формованием раздувом) полиэтилена высокой плотности (сокращенно ПЭВП). Уплотнительный элемент 56 жесткости имеет трубчатую горловину 64, выходящую аксиально наружу из сосуда 58 высокого давления через центральное отверстие 66, выполненное в наружной обшивке 60. Горловина 64 имеет центральное впускное отверстие 68 ступенчатого профиля поперечного сечения, через которое рабочая среда (газ или жидкость) может нагнетаться под высоким давлением во внутреннюю полость сосуда 58.
Радиально снаружи горловины 64 размещен находящийся непосредственно внутри сосуда 58 кольцеобразный опорный фланец 70 с наклонной наружной поверхностью 72 и с имеющей противоположный наклон внутренней поверхностью 74. Это означает, что поверхности 72 и 74 фланца 70 сходятся друг с другом у периферийной части фланца 70. Наружная поверхность 72 обеспечивает распределение нагрузок, вызванных созданием высокого рабочего давления в полости сосуда 58, по периметру центрального отверстия 66, выполненного в изготовленном из композиционного волокнистого материала корпусе 60, в целях предотвращения возможного ее повреждения, когда в сосуде 58 создают высокое давление. Внутренняя поверхность 74 имеет выемку 75, расположенную вблизи впускного отверстия 68, и паз 77, обращенный своей открытой частью аксиально внутрь сосуда 58. О назначении выемки 75 и паза 77 будет говориться подробнее несколько ниже.
Между корпусом 60, уплотнительным элементом жесткости 56 и внутренней оболочкой 62 размещен тонкий слой 76, предназначенный для ограничения влияния касательных напряжений и, следовательно, для предотвращения возможности повреждения корпуса 60 или футеровки 62 при создании высокого рабочего давления в сосуде 58. Конструктивно этот защитный или компенсационный слой 76 выполнен в виде двух взаимно расходящихся листовых прокладок 78 и 80, из которых прокладка 78 проложена между наружной поверхностью 72 опорного фланца 70 и внутренней поверхностью футеровки 60, а листовая прокладка 80 размещена между внутренней поверхностью 74 опорного фланца 70 и наружной стороной внутренней оболочки 62. Слой 76 для компенсации влияния напряжений сдвига изготавливается, предпочтительно, из материала, способного ослаблять действие напряжений сдвига, вызванных относительным скольжением и возникающих, так или иначе, на участках взаимного сопряжения опорного фланца 70, футеровки 62 и корпуса 60, когда в сосуде 58 создают высокое давление. Было установлено, что для изготовления слоя 76 с желаемыми характеристиками для компенсации касательных напряжений лучше всего подходят полученные литьем под давлением термопластичные эластомеры, например такие, как термоэлатопласт (термопластичный каучук).
Футеровка 62 прикреплена к уплотнительному элементу 56 жесткости с помощью осесимметричного крепежного элемента 82 сопряжения, который изготавливается предпочтительно из полученного литьевым формованием полиэтилена высокой плотности (ПЭВП). Полиэтилен этого типа при охлаждении дает усадку точно по форме уплотнительного элемента 56 жесткости, как это показано на фиг.3. А более точно, такой полиэтилен высокой плотности, затвердевая, образует удлиненную втулку 84, расположенную во впускном отверстии 68, и радиально направленный буртик или заплечик 86, входящий в выемку 75 на внутренней поверхности 74 опорного фланца 70. Полиэтилен высокой плотности затекает в паз 77 и, таким образом, образует фиксирующий или стопорный выступ 88, который по своей форме повторяет форму поперечного сечения паза 77, тем самым обеспечивается надежная взаимная фиксация крепежного элемента 82 и центрально расположенным уплотнительным элементом 56 жесткости. В тех случаях практического применения, когда требуется более прочное крепление элемента 82 сопряжения к уплотнительному элементу 56 жесткости, перед литьем полиэтилена высокой плотности на уплотнительный элемент 56 предварительно наносят покрытие из связующего материала. После надежного прикрепления крепежного элемента 82 сопряжения к уплотнительному элементу 56 жесткости производится соединение футеровки 62 с крепежным элементом 82 по общему соединительному сварному шву 90. Для надежного соединения футеровки 62 из полиэтилена высокой плотности с крепежным элементом 82 сопряжения можно успешно использовать известные способы сварки термопластиков, например, способ сварки горячей прижимной плитой.
Надежность фиксации крепежного элемента 82 сопряжением можно повысить с помощью контргайки 92, которую вводят через впускное отверстие 68 в уплотнительном элементе 56 жесткости и затягивают для обеспечения надежной фиксации периферийного конца удлиненной втулки 84 у внутренней ступенчатой боковой стенки 93 горловины 64. При этом уплотнительное кольцо 94 оказывается зажатым между контргайкой 92 и крепежным элементом 82.
Выполненный согласно фиг. 3 уплотнительный элемент 56 жесткости весьма эффективно снижает возможность утечки среды из внутренней оболочки 62 благодаря тому, что основной путь возможной утечки, то есть участок сопряжения, на котором периферийный конец втулки 84 крепежного элемента 82 упирается в уплотнительный элемент 56 жесткости (в бобышку 56), в этом варианте осуществления изобретения как бы перемещен в горловину сосуда высокого давления и далее в зону за контргайкой 92. А это означает, что указанный выше участок сопряжения не подвергается воздействию высокого давления, созданного в сосуде 58, благодаря чему снижается вероятность утечки среды из сосуда 58. Более того, показанный на фиг.3 вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает изоляцию уплотнительного элемента 56 жесткости от воздействия на него находящихся в сосуде 58 сред и, следовательно, предотвращает возможность загрязнения содержимого в сосуде 58 посторонними примесями и коррозию элемента 56.
Совершенно очевидно, что настоящее изобретение может осуществляться в других вариантах, не нарушающих его основных принципов. Приведенные выше примеры практического осуществления изобретения следует, поэтому, рассматривать во всех отношениях как служащие для целей иллюстрации, а не как ограничивающие возможные рамки осуществления изобретения. Кроме того, настоящее изобретение не следует ограничивать применением только тех деталей и конструктивных элементов, которые указаны в данном описании.
Формула изобретения: 1. Уплотнительный элемент жесткости для сосуда высокого давления, имеющий наружную оболочку из намоточного волокнистого материала и внутреннюю оболочку из неметаллического материала, причем система состоит из бобышки, имеющей трубчатую горловину, выступающую наружу через отверстие в наружной оболочке, и кольцеобразного фланца, расположенного радиально в направлении конца горловины внутри сосуда, при этом кольцеобразный фланец имеет наружную поверхность для усиления периметра отверстия в оболочке, отличающийся тем, что имеется первая фиксирующая канавка, выполненная в форме ласточкина хвоста, в наружной поверхности кольцеобразного фланца, вторая фиксирующая канавка, выполненная в форме ласточкина хвоста, во внутренней поверхности кольцеобразного фланца, при этом оболочка разъединена в кольцеобразном фланце с наружной частью снаружи кольцеобразного фланца и внутренней частью внутри кольцеобразного фланца, первый, выполненный в форме ласточкина хвоста, выступ на наружной части оболочки для фиксации в первой фиксирующей канавке в наружной поверхности кольцеобразного фланца, и второй, выполненный в форме ласточкина хвоста, выступ на внутренней части оболочки для фиксации во второй фиксирующей канавке во внутренней поверхности кольцеобразного фланца.
2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что между наружной поверхностью кольцеобразного фланца и внутренней поверхностью наружной оболочки расположен слой, обеспечивающий снижение напряжений сдвига, отдельный от оболочки, для уменьшения относительного смещения между ними во время создания высокого давления в сосуде.
3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что включает слой, обеспечивающий снижение напряжений сдвига, расположенный между наружной поверхностью кольцеобразного фланца и внутренней поверхностью внешней оболочки для уменьшения относительного смещения между ними во время создания высокого давления в сосуде.
4. Элемент по п. 2 или 3, отличающийся тем, что слой, обеспечивающий снижение напряжений сдвига, выполнен из термореактивного эластомера.
5. Элемент по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что включает соединительный фланец, расположенный в радиальном направлении от кольцеобразного фланца и имеющий наружную поверхность, отстоящую от наружной оболочки, причем первая, выполненная в форме ласточкина хвоста, фиксирующая канавка находится в наружной поверхности соединительного фланца.
6. Элемент по п. 5, отличающийся тем, что соединительный фланец имеет внутреннюю поверхность, которая смещена от внутренней поверхности кольцеобразного фланца.
7. Элемент по п. 6, отличающийся тем, что вторая, выполненная в форме ласточкина хвоста, фиксирующая канавка находится во внутренней поверхности соединительного фланца.
8. Элемент по любому из пп.5 7, отличающийся тем, что наружная поверхность соединительного фланца смещена от наружной поверхности кольцеобразного фланца.
9. Элемент по любому из пп.1 8, отличающийся тем, что бобышка состоит из материала, выбранного из группы, включающей сплавы алюминия, стали, никеля и титана или из композиционных материалов.
10. Уплотнительный элемент жесткости для сосуда высокого давления, содержащий трубчатую горловину и кольцеобразный фланец, расположенный радиально в направлении от боковой стенки горловины внутри сосуда, при этом трубчатая горловина выступает наружу через отверстие в скругленном торце наружной оболочки сосуда, наружная оболочка выполнена из намоточного волокнистого композиционного материала и в области отверстия расположена со стороны наружной поверхности кольцеобразного фланца, а со стороны соосной последней внутренней поверхности в кольцеобразном фланце выполнена фиксирующая канавка, причем внутренняя оболочка сосуда высокого давления выполнена из неметаллического материала и снабжена выступом, расположенным в фиксирующей канавке, и форма поперечного сечения выступа соответствует форме поперечного сечения фиксирующей канавки, а со стороны внутренней поверхности наружной оболочки в зоне ее скругленного торца размещен обеспечивающий снижение напряжений слой сдвига, отличающийся тем, что кольцеобразный фланец снабжен дополнительной фиксирующей канавкой, расположенной со стороны его наружной поверхности, а внутренняя оболочка выполнена с дополнительным выступом, расположенным в дополнительной фиксирующей канавке, причем поперечное сечение дополнительного выступа по форме соответствует поперечному сечению дополнительной фиксирующей канавки.