РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 1997 года по МПК G05D7/00 

Изобретение относится к ракетной технике и может найти широкое применение при создании агрегатов регулирования, в частности ЖРД.

В настоящее время при создании агрегатов регулирования находят применение регуляторы, исключающие гидродинамические силы, воздействующие на плунжер. Это достигается тем, что конец плунжера, образующий дросселирующую щель между собой и выходным отверстием седла корпуса, выполнен цилиндрическим и пустотелым с внутренней конической поверхностью, образующей с наружной поверхностью плунжера по торцу острую кромку (авт. свид. N 221445).

Исключение торцевой поверхности на дроссельной части плунжера значительно уменьшает силы от реакции потока в осевом направлении плунжера.

Перпендикулярно оси плунжера возникают силы от неравномерности потока вследствие отклонения от правильной формы цилиндрической поверхности плунжера, направляющих поверхностей плунжера, профильной поверхности корпуса и отклонения от соосности всех перечисленных поверхностей.

Неравномерность потока приводит к вибрации плунжера. Наибольшая неравномерность потока возникает при максимальном перепаде между входом и выходом регулятора расхода, когда пропускная способность регулятора приближается к наименьшей.

Возникающие при работе регулятора вибрации плунжера приводят к простому механическому износу пар трения и к развитию особого вида повреждения поверхностей, получившего название фреттинг-коррозии, возникающего на направляющих поверхностях корпуса и плунжера при относительном колебательном движении плунжера. При фреттинг-коррозии значительно ухудшается качество поверхностей деталей, что может привести к нарушению подвижности плунжера.

Известен регулятор расхода прототип, содержащий корпус с направляющими поясками, коаксиально которым установлен цилиндрический полый плунжер с поршнем, острая кромка одного из торцов плунжера образует с профилированным отверстием седла корпуса дросселирующую щель, седло с мягким уплотнителем под острую кромку плунжера, упор с концевой уплотнительной поверхностью под острую кромку направляющего пояска корпуса, установленный со стороны другого торца плунжера.

Недостатком регулятора расхода является то, что при "посадке" острой кромки плунжера на седло с мягким уплотнителем и уменьшении расхода компонента через регулятор возрастает перепад между входом и выходом регулятора, при этом увеличиваются силы перпендикулярно оси плунжера от неравномерности дросселируемого потока, что приводит к вибрации плунжера.

При длительной работе регулятора на данном режиме в зоне "посадки" острой кромки плунжера на седло с мягким уплотнителем возникают простой механического износ мягкого уплотнителя и фреттинг-коррозия, приводящие к уплотнению мягкого уплотнителя в месте контакта с острой кромкой плунжера, эрозии и, как следствие, к появлению зазора между торцом острой кромки плунжера и канавкой в мягком уплотнителе, созданной колебательными движениями плунжера, удерживаемого упором, установленным со стороны другого торца плунжера. Ввиду перечисленного значительно возрастают утечки через регулятор на данном режиме, что затрудняет его применение при многогратном использовании.

Целью изобретения является устранение указанного недостатка.

Это достигается тем, что в профилированном отверстии седла корпуса выполнена проточка, в которую установлено подпружиненное в радиальном направлении разрезное кольцо, взаимодействующее по торцу с мягким уплотнителем и по внутреннему диаметру с цилиндрической поверхностью плунжера, при этом диаметр проточки выполнен по соотношению D=d+(2-5)S,
где d диаметр разрезного кольца, подпружиненного в радиальном направлении;
S зазор между направляющими поясками корпуса и плунжером,
а на внутреннем диаметре разрезного кольца выполнена коническая поверхность.

На фиг.1 показан регулятор; на фиг.2 узел l на фиг.1.

В корпус 1 с направляющими поясками 2 разного диаметра и профильным седлом 3 установлены седло с мягким уплотнителем 4, подпружиненный пружиной 5 плунжер 6, упор 7. В проточку профильного седла 3 установлено разрезное кольцо 8, подпружиненное в радиальном направлении пружинами 9.

При запуске двигателя компонент подается на вход корпуса 1 и через дросселирующую щель между профильным седлом корпуса 3 и плунжером 6 на выход регулятора.

При повышении перепада давления между входом и выходом усилие от давления компонента на эффективную площадь плунжера, образованную разницей диметров направляющих поясков корпуса 1, преодолевает усилие пружины 5 и плунжер перемещается, перекрывая проходное сечение регулятора по заданному закону, в зависимости от увеличения перепада давления на плунжере, до посадки упора 7 на острую кромку направляющего пояска корпуса 1 с одновременным вводом колеблющейся кромки плунжера в коническую поверхность разрезного кольца, и далее в посадочный диаметр разрезного кольца с внедрением острой кромки плунжера в мягкий уплотнитель седла 4.

При этом положении регулятор закрывается расход через него прекращается. Такое положение регулятора сохраняется в течение всего времени работы изделия на номинальном режиме.

Колебательные движения плунжера на номинальном режиме не вызывают снижения герметичности через закрытый регулятор расхода, потому что разрезное кольцо по торцу плотно прижимается к мягкому уплотнителю а по внутреннему диаметру к цилиндрической поверхности плунжера, так как внутренний диаметр разрезного кольца, сжатого пружинами 9, до соприкосновения стыков по месту разреза выполнен с обеспечением минимального зазора между ним и плунжером. Это позволяет даже при износе мягкого уплотнителя обеспечивать достаточно высокую и стабильную герметичность за счет плотного прилегания разрезного кольца по торцу к седлу и минимального зазора между разрезным кольцом и плунжером.

При снижении перепада давлений на плунжере в случае дросселирования или выключении изделия плунжер перемещается в исходное положение.

Создание регулятора расхода данной конструкции позволяет получить высокую и стабильную герметичность отсечки через закрытый регулятор при максимальном перепаде давления на плунжере в течение всего времени работы изделия на номинальном режиме.

Использование: в ракетной технике. Сущность изобретения: регулятор расхода для заданного перепуска расхода от перепада давлений на регуляторе содержит корпус с направляющими поясками, коаксиально которым установлен цилиндрический полый плунжер с поршнем, седло с мягким уплотнителем под острую кромку плунжера, упор с концевой уплотнительной поверхностью под острую кромку направляющего пояска корпуса, установленный со стороны торца плунжера. Другая острая кромка плунжера образует с профилированным отверстием седла корпуса дросселирующую щель. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор расхода, содержащий корпус с направляющими поясками, коаксиально которым установлен цилиндрический подпружиненный полый плунжер, образующий с профилированным отверстием седла корпуса дросселирующую щель, а также седло с мягким уплотнителем под острую кромку плунжера, и упор с концевой уплотнительной поверхностью под острую кромку направляющего пояска корпуса, отличающийся тем, что регулятор снабжен подпружиненным в радиальном направлении разрезным металлическим кольцом, на внутреннем диаметре которого выполнена коническая поверхность, установленным в проточке, выполненной в профилированном отверстии седла корпуса, и взаимодействующим по торцу с мягким уплотнителем, а по внутреннему диаметру с цилиндрической поверхностью корпуса. 2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что диаметр проточки, выполненной в профилированном отверстии седла корпуса, выполнен по соотношению D d + (2 5)S, где d диаметр разрезного кольца, подпружиненного в радиальном направлении, S зазор между направляющими поясками корпуса и плунжером.