ПИРОКЛАПАН Российский патент 1999 года по МПК F16K17/40 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании агрегатов автоматики жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и других энергетических установок.

В настоящее время при создании пироклапанов для перекрытия топливных магистралей ЖРД с высокой степенью герметичности широко применяются клапаны с запорным органом, выполненным в виде конической пробки, взаимодействующей с коническим седлом, образованным в выходном канале (А.И. Эдельман, Топливные клапаны ЖРД, изд-во Машиностроение, 1970, стр. 73-75).

Однако подобные конструкции пироклапана имеют несколько недостатков:
1) невозможность использования для ЖРД с теми видами топлива, которые взрываются при контакте с пороховыми газами высокого давления, образующимися при сгорании пироклапана;
2) нарушение герметичности изоляции пиропатрона при воздействии высокого рабочего давления топлива на пиропатрон (≥ 20 кгс/см²).

Известно устройство отсечки и уплотнения в гидравлической магистрали по патенту US 333232 A, F 16 K 31/02 от 25.07.67 (прототип), содержащее корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, перекрывную пробку.

Недостатками устройства являются:
1) возможное появление трещин в трубе при перекрытии ее силовым цилиндром, что снижает надежность получения высокой герметичности по клапану;
2) возникновение дополнительного гидроудара из-за изменения объема жидкости при деформации трубы в момент перекрытия ее силовым цилиндром, что требует повышенной прочности подводящей магистрали с ее агрегатами;
3) низкая прочность незакрепленной части трубы по месту взаимодействия с силовым цилиндром, что усложняет применение устройства при высоких рабочих давлениях;
4) трудоемкость получения профиля взаимодействующих поверхностей корпуса и силового цилиндра, участвующих в деформации и защемлении трубы.

Задачей изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, повышение надежности получения высокой герметичности отсечки по клапану, исключение дополнительного гидроудара, закрепление трубы по месту взаимодействия с силовым цилиндром.

Поставленная задача решается тем, что в пироклапане для перекрытия топливных магистралей ЖРД, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, с перекрывной пробкой, согласно изобретению в корпусе у конической поверхности перехода между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец, на меньшей ступени выполнена коническая поверхность, перекрывная пробка выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большей и средней ступенях у торцов ступеней, а тонкостенная труба пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, при этом диаметры средней и меньшей ступеней пробки выполнены по соотношению:
D/D₁ = 1,01 - 1,02, где
D - диаметр средней ступени;
D₁ - диаметр меньшей ступени,
расстояния между коническими поверхностями средней ступени пробки и меньшей ступени отверстия и большими ступенями пробки и отверстия выполнены соответственно по соотношениям:
S = (0,2 - 0,5) • d
S₁ = (1,3 - 2,0) • d, где
d - диаметр тонкостенного цилиндра,
а длины средней ступени пробки и меньшей ступени отверстия выполнены по соотношению:
L/L₁ = 1,05 - 1,1, где
L - длина средней ступени пробки;
L₁ - длина меньшей ступени отверстия.

Для предотвращения надиров по месту отсечки топлива на поверхность средней ступени пробки нанесен слой серебра.

На чертеже изображен пироклапан, где
1 - корпус,
2 - перекрывная пробка,
3 - переходник,
4 - тонкостенная труба,
5 - винт.

В корпусе 1 боковая полость выполнена в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями. Перекрывная пробка 2 выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большей и средней ступенях у торцов ступеней. Тонкостенная труба 4 пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, не превышающим возможности неразрушающей деформации цилиндра при высоких рабочих давлениях, и герметично закреплена по торцам к корпусу с помощью сварки. Для обеспечения стыковочных мест пироклапана к корпусу приварены переходники 3. После проверки герметичности между корпусом и перекрывной пробкой резьбовое отверстие в корпусе глушится винтом 5, герметизируемым по буртику сваркой. В корпусе у конической поверхности перехода между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец, на меньшей ступени выполнена коническая поверхность.

Пироклапан работает следующим образом.

При подаче электрического импульса на пироклапан, ввернутый в гнездо A, газы, образовавшиеся при его срабатывании, практически мгновенно перемещают пробку 2, которая при своем движении в корпусе 1 срезает одновременно тонкостенную трубу 4 по всему периметру. Пробка 2, заклиниваясь средней ступенью в меньшей ступени отверстия корпуса, пластично деформируется, упруго деформируя корпус и герметично перекрывает проходное сечение пироклапана.

Диаметры средней и меньшей ступеней пробки выполнены по соотношению:
D/D₁ = 1,01 - 1,02, где
D - диаметр средней ступени;
D₁- диаметр меньшей ступени.

Средняя ступень пробки покрыта слоем пластичного металла, например серебром или кадмием, что обеспечивает заклинивание пробки без надиров, царапин и других дефектов заклинивающихся поверхностей корпуса и пробки.

Плавная заходная коническая поверхность меньшей ступени отверстия с углом при вершине ≈ 30^o также обеспечивает вхождение конической поверхности средней ступени пробки с углом при вершине ≈ 60^oC без надиров, царапин и других дефектов.

Все это способствует повышению герметичности запирания проходного сечения пироклапана.

В конце хода пробка конической поверхностью с углом при вершине ≈ 10^o большей ступени заклинивается по конической поверхности с углом при вершине ≈ 15^o большей ступени отверстия, обеспечивая надежное удержание пробки по месту заклинивания. Для снижения динамического воздействия перемещающихся деталей на корпус на заклинивающейся поверхности пробки выполнена нарезка типа "ерш".

Срезанная часть тонкостенной трубы 4 с находящейся в ней частью рабочего тела остается в полости пробки 2, поэтому при срабатывании пироклапана возникает гидроудар только за счет останова потока рабочего тела.

Применение предложенного пироклапана данной конструкции позволяет повысить герметичность запирания рабочего тела при практически неограниченном его давлении за счет пластичной деформации пробки и упругой деформации корпуса.

Пироклапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, боковую полость с перекрывной пробкой, трубу. Входной и выходной патрубки расположены на одной оси. При этом между ними герметично вмонтирована труба. Боковая полость выполнена в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями. В корпусе у конической поверхности перехода между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец. При этом на меньшей ступени выполнена коническая поверхность. Перекрывная пробка выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большой и средней ступенях у торцов ступеней. Труба выполнена тонкостенной и пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, при этом отношение диаметра средней ступени D к диаметру меньшей ступени D₁ находится в пределах от 1,01 до 1,02. На поверхность средней ступени пробки нанесен слой серебра. Пироклапан позволяет повысить герметичность запирания рабочего тела, также надежность и безопасность конструкции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пироклапан для перекрытия топливных магистралей ЖРД, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, с перекрывной пробкой, отличающийся тем, что в корпусе у конической поверхности переходов между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец, на меньшей ступени выполнена коническая поверхность, перекрывная пробка выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большей и средней ступенях у торцов ступеней, а труба выполнена тонкостенной и пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, при этом диаметры средней и меньшей ступеней пробки выполнены по соотношению D/D₁ = 1,01 - 1,02, где D - диаметр средней ступени; D₁ - диаметр меньшей ступени. 2. Пироклапан по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность средней ступени пробки нанесен слой серебра.