ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН Российский патент 1997 года по МПК F16K17/04 G05D7/00 

Изобретение относится к техническим средствам гидроавтоматики и может быть использовано в системах автоматического управления энергоустановками, в частности ЖРД.

Известен переливной клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостью, в котором установлен подпружиненный плунжер с дном и подплунжерной полостью, сообщенной каналом слива с полостью низкого давления. При этом в качестве полости низкого давления используется выходная полость корпуса [1]
Недостатком упомянутого переливного клапана является то, что при изменении величины выходного давления нарушается настройка по давлению открытия переливных окон. Кроме того, в клапане отсутствуют элементы для дистанционного управления величиной сливаемого расхода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является переливной клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостью, в котором установлен подпружиненный плунжер с дном и подплунжерной полостью, сообщенной каналом слива с полостью низкого давления и каналом, выполненным в дне плунжера, с выходной полостью [2]
Недостатком указанного переливного клапана является ограниченные возможности управления расходом слива из-за того, что в нем реализуется только один вид функциональной зависимости расхода слива от величины входного давления. Эта зависимость определяется характеристикой установленного в дне плунжера, имеющего неизменную геометрию. Указанная функциональная зависимость не отвечает многообразию требований, предъявляемых к параметрам сливного клапана в процессе управления энергетическими установками, например ЖРД. Кроме того, в клапане отсутствуют элементы, необходимые для дистанционного управления расходом слива.

Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков известного переливного клапана, заключающихся в ограниченных возможностях управления расходом слива.

Этот технический результат достигается тем, что в переливном клапане, содержащем корпус с входной и выходной полостью и полостью низкого давления, в котором установлен подпружиненный плунжер с дном с образованием подплунжерной полости, сообщенной каналом слива с полостью низкого давления и каналом, выполненным в дне плунжера, с входной полостью, в корпусе установлены кинематически связанные между собой шток с тарелью и управляющий валик, причем один конец штока установлен в подплунжерной полости, второй конец штока с тарелью размещен в канале дна плунжера, а управляющий валик установлен в корпусе перпендикулярно его оси, при этом стенка канала в дне плунжера выполнена конической с расширением в сторону входной полости.

С целью уменьшения влияния производственных отклонений на точность воспроизведения расходной характеристики переливной клапан снабжен направляющими в дне плунжера, а шток выполнен составным из контактирующих между собой частей, одна из которых, со стороны тарели, установлена в направляющих плунжера и подпружинена относительно направляющих.

Для повышения точности воспроизведения гидравлической характеристики независимо от величины давления во входной полости в переливном клапане, на штоке с тарелью, соосно установлена полая гильза с окнами, кромки которых взаимодействуют с кромками окон, выполненных на стенке канала дна плунжера и сообщающими входную и подплунжерную полости.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема клапана с цельным штоком; на фиг. 2 клапан с составным штоком; на фиг.3 вид 1 на фиг.2, где шток снабжен полой гильзой, которая находится в положении "закрыто"; на фиг.4 гильза в положении "открыто".

Переливной клапан состоит из корпуса 1, в котором установлены пружина 2 и плунжер 3, перекрывающий проходное сечение корпуса, образованное окнами 4.

Подплунжерная полость 5 сообщена каналом слива 6 с полостью низкого давления 7.

В дне 8 плунжера выполнен канал 9. Поверхность 10 канала выполнена профилированной, например конической, и заканчивается кромкой 11.

В подплунжерной полости 5 установлен шток 12, сопряженный прецизионными зазорами с направляющими 13 корпуса.

На торце штока выполнена тарель 14, взаимодействующая кромкой 15 с профилированной поверхностью 10 канала 9. Шток 12 кинематически связан, например, зубчатым зацеплением с управляющим валиком 16. Конец валика 16 выведен из внутренней полости корпуса 1 через герметичное уплотнение и снабжен наконечником для соединения с электроприводом системы дистанционного управления.

Полость 18 является входной, полость 19 выходной.

В клапане (фиг.2) шток выполнен из контактирующих между собой частей 20 и 21, при этом часть штока 20 (со стороны тарели 14) установлена в направляющих 22, выполненных на плунжере 3, и снабжена возвратной пружиной 23.

В клапане (фиг.3, 4) на штоке 20 смонтирована полая гильза 24 с окнами 25, кромки 26 которых взаимодействуют с кромками 27 окон 28, выполненных на стенке канала дна плунжера и сообщающих входную и подплунжерную полости.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

При отсутствии давления во входной полости 18 плунжер 3, под действием пружины 2 находится в исходном положении на упоре, перекрывая проходное сечение окон 4.

При нарастании давления рабочей жидкости, поступающей во входную полость 18 (в процессе запуска энергетической установки) между полостями 18 и 7 возникает перепад давлений, который за вычетом гидравлического сопротивления жиклера, установленного в канале 6 действует на площадь дна 8 плунжера 3. При этом возникает сила, уравновешиваемая силой сжатой пружины 2.

При нарастании давления во входной полости 18 перепад давлений между полостями 18 и 7, а следовательно, и сила, действующая на плунжер, увеличивается. Эта сила сжимает пружину 2, перемещения плунжер 3. Проходное сечение окон открывается, и сливаемый из полости 18 в полость 19 расход увеличивается.

Необходимая функциональная зависимость величины сливаемого расхода от давления во входной полости 18 (расходная характеристика) достигается профилированием поверхности 10 канала 9 (в большинстве случае профиль достаточно выполнить коническим).

Профиль поверхности 10 взаимодействует с кромкой 15 тарели и регламентирует по ходу плунжера 3 закон изменения проходного сечения канала 9, выполненного в дне плунжера, и следовательно, достигается необходимый закон изменения перепада давления, действующего на дно 8 плунжера.

В конце хода плунжер 3 зависает в положении, при котором кромка 15 тарели начинает взаимодействовать с кромкой 11 плунжера 3, и дальнейшего раскрытия окон 4 при нарастании входного давления и неподвижном штоке 12 практически не происходит. Назовем это взаимное расположение кромок 11 и 15 положением "слежения" плунжера 3 за штоком 12.

Если по какой-либо причине плунжер 3 перемещается, например, в сторону открытия окон 4, то кромка 11 смещается относительно кромки 15 и проходное сечение жиклера, образованного кромками 11 и 15, интенсивно увеличивается. Перепад давления, действующий на дно 8 плунжера, уменьшается, и под действием пружины 2 плунжер 3 возвращается в положение "слежения".

Если по какой-либо причине плунжер 3 перемещается, например, в сторону закрытия окон 4, то кромка 11 смещается относительно кромки 15, уменьшая проходное сечение канала 9. Перепад давлений, действующий на дно 8 плунжера, увеличивается, и плунжер 3 сжимая пружину 2, возвращается в положение "слежения".

Дальнейшее раскрытие окон 4 и регулирование их проходного сечения, производится дистанционно с помощью электропривода системы управления.

По командам системы управления электропривод вращает валик 16, перемещая шток 12 с тарелью 14.

Плунжер 3 "следит" за положением тарели, открывая или закрывая проходное сечение окон 4.

Профилированием окон 4 достигается заданный вид характеристики:
F=f(α),
где F площадь проходного сечения окон 4.

α угол поворота управляющего валика 16.

С целью исключения влияния производственных отклонений на точность воспроизведения расходной характеристики шток выполнен из двух контактирующих между собой частей 20 и 21 (фиг.2), при этом часть штока 20 со стороны тарели 14 установлена в направляющих 22, выполненных на плунжере 3, чем исключается влияние производственных отклонений, возникающих при изготовлении направляющих 13 корпуса 1 на величину эксцентриситета взаимного расположения кромки 15 и профилированной поверхности 10.

Клапан фиг.2 работает аналогично клапану фиг.1 (описание работы которого приведено выше), при этом синхронное перемещение частей 20 и 21 штока (при вращении валика 16) достигается за счет их контакта под действием возвратной пружины 23.

Для повышения точности воспроизведения характеристики F=f(α) независимо от величины давления, во входной полости 18 на штоке 20 (фиг.3) соосно смонтирована полая гильза 24 с окнами 25, кромки которых 26 взаимодействуют с кромками 27 окон 28, выполненных на стенке канала 9 дна 8 плунжера и сообщающих входную 18 и подплунжерную 5 полости.

Клапан фиг. 3 работает аналогично клапану фиг.1, при этом в исходном и промежуточных положениях штока 20 окна 28 перекрыты стенкой гильзы 24 и переток рабочей жидкости через окна 28 практически отсутствуют.

При достижении штока 20 положения "слежения", изображенного на фиг.4 к действию кромок 11 и 15 добавляется действие открывающихся окон 28. Последнее обеспечивает дополнительный приток рабочей жидкости в подплунжерную полость 5, за счет чего повышается точность "слежения" плунжера 3 за положением тарелки 14. Дополнительный приток рабочей жидкости изображен на фиг.4 стрелками.

Использование: в системах автоматического управления энергоустановками. Сущность изобретения: в корпусе установлены кинематически связанные между собой шток с тарелью и управляющий валик. Один конец штока установлен в подплунжерной полости параллельно оси корпуса. Второй конец штока с тарелью размещен в канале дна плунжера. Валик закреплен в корпусе перпендикулярно его оси. Стенка канала в дне плунжера выполнена конической с расширением в сторону входной полости. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Переливной клапан, содержащий корпус с входной и выходной полостями и полостью низкого давления, в котором установлен подпружиненный плунжер с дном с образованием подплунжерной полости, сообщенной каналом слива с полостью низкого давления и каналом, выполненным в дне плунжера, с входной полостью, отличающийся тем, что в корпусе установлены кинематически связанные между собой шток с тарелью и управляющий валик, причем один конец штока расположен в подплунжерной полости параллельно оси корпуса, другой конец штока с тарелью размещен в канале дна плунжера, а валик закреплен в корпусе перпендикулярно к его оси, при этом стенка канала в дне плунжера выполнена конической с расширением в сторону входной полости. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что он снабжен направляющими в дне плунжера, а шток выполнен составным из контактирующих между собой частей, одна из которых со стороны тарели, установлена в направляющих плунжера и подпружинена относительно направляющих. 3. Клапан по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на штоке с тарелью соосно установлена полая гильза с окнами, кромки которых взаимодействуют с кромками окон, выполненных на стенке канала дна плунжера и сообщающих входную и подплунжерную полости.