КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА Российский патент 1997 года по МПК F16K5/04 F16K5/12 

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 К и давлений до 10 МПа и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.

Известна конструкция шарового клапана, содержащая корпус с входными и выходными патрубками, в которых выполнены расходные отверстия. Выходной патрубок снабжен седлом с расходным отверстием, которое контактирует с поворотной заслонкой по взаимообращенным сферическим поверхностям /1/.

Недостаток этой конструкции заключается в том, что между валом привода и заслонкой имеется зазор, который приводит к увеличению люфтов, что отрицательно сказывается на характеристиках летательного аппарата, в котором используется клапан. Величина этого зазора может быть значительна, т.к. заслонка и седло прогреваются до высоких температур и отсутствие или нехватка этого зазора могут привести к заклиниванию заслонки, а следовательно, к нарушению управления летательным аппаратом.

Наиболее близким из известных по технической сущности и достигаемому результату является конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с кольцевым зазором и с возможностью вращения установлена полая цилиндрическая заслонка, на боковой поверхности которой выполнено расходное отверстие, которое может совмещаться с расходным отверстием выходного патрубка. Корпус клапана изнутри защищен от прогрева теплозащитным материалом /2/.

Недостаток этой конструкции состоит в том, что наличие кольцевого теплового зазора между заслонкой и корпусом приводит к непроизводительному расходу горячего газа и требует, в свою очередь, увеличения топлива запасов, что ухудшает характеристики летательного аппарата. Уменьшить зазор нельзя, т. к. при прогреве конструкции он может исчезнуть, а это также, как и в предыдущей конструкции приводит к заклиниванию заслонки, а следовательно, исключает регулирование расхода газа.

Задача изобретения состоит в уменьшении непроизводительного расхода горячего газа через клапан при сохранении надежности его высоты в условиях высоких: температур.

Указанный технический результат достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, опорный узел, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, между цилиндрическим регулирующим элементом и валом установлена с осевым люфтом карданная муфта, а опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные валу сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, при этом на регулирующем элементе выполнен кольцевой бурт, контактирующий с выступом опорного узла, а расстояние от торца кольцевого бурта, обращенного к выступу опорного узла наиболее удаленной кромки расходного окна регулирующего элемента больше расстояния от плоскости выступа опорного узла, контактирующего с кольцевым буртом, до наиболее удаленной кромки расходного отверстия седла не менее, чем на величину осевого люфта карданной муфты.

На приведенном чертеже изображен общий вид клапана для регулирования расхода горячего газа.

Клапан для регулирования расхода горячего газа состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, опорного узла 4, образованного цилиндрической поверхностью 5 седла 6 с расходным отверстием 7.

Седло 6 контактирует с цилиндрическим регулирующим элементом 8, в котором выполнено расходное окно 9. Регулирующий элемент 8 установлен с возможностью поворота и кинематически связан с зафиксированным от осевого перемещения валом 10, установленным в корпусе, например, через подшипники 11. Выходной конец вала уплотнен уплотнением 12 и снаружи корпуса снабжен рычагом 13. Корпус 1 может быть защищен от прогрева деталями 14 из теплозащитного эрозионностойкого материала. Между регулирующим элементом 8 и валом 10 установлена с осевым люфтом карданная муфта 15. Муфта необходима, т.к. невозможно соосно установить вал 10 в корпусе 1 и регулирующий элемент 8 в отверстиях 16 седла 6 из-за допусков на изготовление и сборку. Опорный узел 4 образован двумя выступами 17, выполненными на седле 6 с соосными валу 10 сквозными отверстиями 16, образующие цилиндрических поверхностей которых совпадают с цилиндрической поверхностью 5 седла 6. На регулирующем элементе 8 выполнен кольцевой бурт 18, контактирующий с выступом 17 опорного узла 4, а расстояние l₁ от торца кольцевого бурта, обращенного к выступу опорного узла до, наиболее удаленной кромки расходного окна 9 регулирующего элемента 8 больше расстояния l₂ от плоскости выступа опорного узла, контактирующей с кольцевым буртом 18, до наиболее удаленной кромки расходного отверстия 7 седла 6 не менее чем на величину осевого люфта карданной муфты 15. Клапан может быть выполнен с несколькими выходными патрубками, седла которых автономно перекрыты регулирующими элементами. При касании торцов седла 6 и кольцевого бурта 18 регулирующего элемента 8 кромки 19 и 20 отверстия 7 седла 6 должны находится внутри расходного окна 9 регулирующего элемента 8.

При работе горячие газы поступают через входной патрубок 2 внутрь корпуса 1 и истекают через отверстия 9 и 7 наружу, создавая необходимое управляющее усилие. Кольцевой бурт 18 исключает перемещение регулирующего элемента 8 в одну сторону, а выполнение размера l₁ больше размера l₂ на величину δ, осевого люфта карданной муфты 15 исключает перекрытие отверстия 7 седла 6 регулирующим элементом. Установка карданной муфты 15 с осевым люфтом компенсирует тепловое расширение деталей, что исключает заклинивание подвижных частей клапана. Величина люфта d как правило, превышает сумму величины тепловых расширений таких деталей, как седло 6, регулирующий элемент 8, карданная муфта 15 и вал 10. Т.к. седло и регулирующий элемент контактируют друг с другом по одинаковым и соосным цилиндрическим поверхностям, то кольцевой зазор минимален/ должно обеспечиваться только вхождение регулирующего элемента внутрь седла/, а следовательно, резко уменьшается непроизводительный расход горячего газа. При работе под действием давления корпус деформируется и увеличивается перекос осей вала 10 и отверстий 16, что не приводит к нарушению работоспособности клапана, т.к. все перекосы компенсируются карданной муфтой 15.

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: клапан состоит из корпуса с входным и выходным патрубками и опорного узла с расходным отверстием, контактирующего с цилиндрическим регулирующим элементом с расходным окном. Регулирующий элемент установлен с возможностью поворота и связан через карданную муфту с зафиксированным от осевого перемещения валом. Карданная муфта установлена с осевым люфтом. Опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные валу сквозные отверстия. Цилиндрические поверхности сквозных отверстий совпадают с цилиндрической поверхностью седла. На регулирующем элементе выполнен кольцевой бурт, контактирующий с выступом опорного узла. Расстояние от торца кольцевого бурта, обращенного к выступу опорного узла, до наиболее удаленной кромки расходного окна регулирующего элемента превышает расстояние от плоскости выступа опорного узла до наиболее удаленной кромки расходного отверстия седла не менее чем на величину осевого люфта карданной муфты. Изобретение направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 К и давлений до 10 МПа в газовой среде и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов. 1 ил.

Клапан для регулирования расхода горячего газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, опорный узел, образованное цилиндрческой поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с ципиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, отличающийся тем, что между цилиндрическим регулирующим элементом и валом установлена с осевым люфтом карданная муфта, а опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие ципиндричесних поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, при этом на регулирующем элементе выполнен кольцевой бурт, контактирующий с выступом опорного седла, а расстояние от торца кольцевого бурта, обращенного к выступу опорного узла, до наиболее удаленной кромки расходного окна регулирующего элемента больше расстояния от плоскости выступа опорного узла, контактирующей с кольцевым буртом, до наиболее удаленной кромки расходного отверстия седла не менее чем на величину осевого люфта карданной муфты.