СИСТЕМА ПОДАЧИ РАБОЧЕГО ТЕЛА К ПЛАЗМЕННЫМ УСКОРИТЕЛЯМ Российский патент 2002 года по МПК H05H1/54 F03H1/00 

Изобретение относится к автоматическому регулированию систем подачи рабочих тел (РТ) и может быть использовано для регулирования, распределения и доставки газообразного РТ к плазменным ускорителям, например стационарным плазменным двигателям (СПД) космических аппаратов (КА), а также в наземных условиях для обеспечения функционирования технологических источников плазмы для ионно-плазменной обработки поверхности материалов в вакууме.

Известна система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, содержащая входную магистраль, управляющие электроклапаны и дроссельные устройства: регулятор расхода и анодный и катодный жиклеры [1].

Известна система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, принятая за прототип, содержащая входной электроклапан, регулятор расхода, анодный и катодный жиклеры и выходные электроклапаны, соединенные между собой при помощи трубопроводов [2].

Известные аналог и прототип имеют существенные недостатки.

Наличие большого количества магистралей, объединяющих все функциональные устройства системы подачи рабочего тела, приводит к увеличению "паразитного" внутреннего объема всего тракта, по которому проходит рабочее тело, что снижает быстродействие таких систем.

В том случае, когда вся система подачи представляет собой набор отдельно размещаемых функциональных устройств, некоторые из которых представляют собой высокоточные устройства: регулирующие и поддерживающие постоянный расход газа, а соединительные магистрали при этом достигают относительно больших длин, то при работе в условиях широкого температурного диапазона это может привести к тому, что сами магистрали начнут оказывать негативное влияние на точность поддержания требуемого анодного и катодного расходов, которые составляют относительно малые величины (для анодного расхода от 2 до 15 мг/с и выше, а для катодного расхода от 0,1 до 0,8 мг/с).

Размещение функциональных устройств в различных местах КА будет приводить к тому, что каждое устройство системы подачи будет функционировать в различных температурных условиях и они будут подвержены различным уровням вибрационных перегрузок.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы системы подачи рабочего тела к плазменным ускорителям в широком диапазоне температур и при высоких уровнях механических нагрузок в процессе эксплуатации.

Это достигается тем, что в системе подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, содержащей клапаны и дроссельные устройства, соединенные между собой, согласно изобретению продольные оси клапанов и дроссельных устройств расположены в одной плоскости размещения, при этом клапаны сгруппированы в первый ряд и их продольные оси параллельны между собой, а дроссельные устройства сгруппированы во второй ряд, с противоположных сторон ряд клапанов охватывает пара кронштейнов, которые выполнены зеркально-отраженными и на их внутренних поверхностях выполнены ложементные пазы, в которых размещены клапаны, в промежутках между клапанами в кронштейнах выполнены сквозные соосные отверстия, вторая пара аналогичных кронштейнов охватывает места соединений клапанов с дроссельными устройствами, причем толщина первой пары кронштейнов равна толщине второй пары кронштейнов, при этом наружные поверхности кронштейнов, лежащих по одну сторону относительно плоскости размещения образуют первую установочную плоскость, а поверхности противолежащих кронштейнов образуют вторую установочную плоскость.

Между кронштейнами, лежащими по одну сторону относительно плоскости размещения, выполнены перемычки, которые размещены в промежутках между местами соединений клапанов с дроссельными устройствами, причем в перемычках выполнены сквозные соосные отверстия.

Между клапаном и ложементными пазами размещены в продольном направлении по меньшей мере две эластичные прокладки.

Задача по повышению эффективности работы системы подачи решена за счет повышения быстродействия системы при помощи значительного снижения внутреннего "паразитного" объема внутреннего тракта прохождения рабочего тела.

Задача по повышению надежности решена за счет выравнивания теплового баланса между различными по назначению устройствами системы подачи при помощи объединяющих теплопроводящих кронштейнов. Кроме этого, дополнительное повышение надежности достигается за счет снижения уровня воздействия от механических нагрузок, которое достигается в результате равноудаленного размещения центров масс различных устройств относительно установочной поверхности.

Задача по повышению технологичности изготовления системы подачи решена за счет разбиения функциональных устройств на отдельные группы по типоразмеру и подобию, а также расположения их в одной плоскости размещения, что значительно упрощает доступ при выполнении сборочных и испытательных работ в процессе изготовления, а также при проведении монтажных работ и эксплуатации в наземных условиях.

Задача по повышению компактности системы подачи рабочего тела к плазменным ускорителям решена за счет выполнения системы в виде моноблока с объемом простой геометрической формы, с малыми габаритами и низкой массой, что позволяет более компактно размещать их на КА, образуя при необходимости различные варианты компоновки (например, устанавливать одну систему подачи моноблочного исполнения на другую и закреплять их совместно).

Изобретение проиллюстрировано чертежами, где
на фиг.1 изображена система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, вид в плане размещения всех функциональных устройств;
на фиг.2 изображена система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, вид А;
на фиг.3 изображена система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, вид Б;
на фиг.4 изображена система подачи с кронштейнами, связанными перемычками;
на фиг.5 изображена система подачи с кронштейнами, связанными перемычками, вид В;
на фиг. 6 изображена система подачи с закреплением клапанов с использованием эластичных прокладок, вид сбоку Б.

Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям содержит клапаны 1 и дроссельные устройства 2, соединенные между собой, причем продольные оси 3 клапанов и дроссельных устройств расположены в одной плоскости размещения 4. Ряд клапанов 1 охватывает пара кронштейнов 5 с ложементными пазами 6, в которых размещены клапаны, в промежутках между клапанами 1 в кронштейнах 5 выполнены отверстия 7, вторая пара аналогичных кронштейнов 8 охватывает места соединений 9 клапанов 1 с дроссельными устройствами 2, при этом наружные поверхности 10 и 11 кронштейнов 5 и 7, лежащих по одну сторону относительно плоскости размещения 4, образуют первую установочную плоскость 12, а поверхности 13 и 14 противолежащих кронштейнов образуют вторую установочную плоскость 15.

Кронштейны, лежащие по одну сторону относительно плоскости размещения, могут содержать перемычки 16 с отверстиями 17.

В соединение клапана 1 с ложементными пазами 6 могут быть введены эластичные прокладки 18.

Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям работает следующим образом.

Рабочее тело подается под давлением на входной клапан 1. По команде системы управления (на чертеже не показана) клапан 1, размещенный на входе системы подачи, открывается и рабочее тело поступает через место соединения 9 клапана 1 в первое по потоку РТ дроссельное устройство 2, например регулятор расхода - активное дроссельное устройство с регулируемым гидросопротивлением. В регуляторе расхода происходит понижение давления РТ и стабилизация колебаний входного давления РТ. После этого РТ через соответствующие места соединений 9 попадает в следующие дроссельные устройства 2, например анодный и катодный жиклеры - пассивные дроссельные устройства с нерегулируемыми гидросопротивлениями. В анодном и катодном жиклерах происходит окончательная стабилизация колебаний входного давления РТ и на их выходах устанавливаются соответствующие анодный и катодный расходы. После чего РТ попадает в следующие клапаны 1, размещенные на выходах системы подачи, которые по командам системы управления открываются и РТ попадает к потребителям (на чертеже не показаны): катодный расход подается в катод-компенсатор, а анодный расход - в анод. При подаче напряжений на катод и анод происходит запуск плазменного ускорителя. На КА или в двигательных блоках система подачи монтируется при помощи крепежных отверстий 7 на собственную установочную плоскость 12, образованную наружными поверхностями 10 и 11, или другую собственную установочную плоскость 15, образованную другими наружными поверхностями 13 и 14. Для повышения жесткости моноблока пары кронштейнов могут быть связаны перемычками 16 с дополнительными отверстиями 17.

Источники информации
1. Белан Н. В. и др. Стационарные плазменные двигатели. Харьков, ХАИ, 1989, с.282-284, рис.8.3.

2. Патент РФ 2032282, кл. 6 Н 05 Н 1/54 - прототип.

Изобретение относится к системе подачи рабочего тела к плазменным ускорителям и может быть использовано в системах автоматического регулирования и распределения газообразного рабочего тела к плазменным ускорителям, а также в технологических источниках плазмы. Технический результат - повышение эффективности и надежности работы системы подачи рабочего тела к плазменным ускорителям в широком диапазоне температур и при высоких уровнях механических нагрузок в процессе эксплуатации. Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям содержит клапаны и дроссельные устройства, соединенные между собой, причем продольные оси клапанов и дроссельных устройств расположены в одной плоскости размещения, клапаны охватывает пара кронштейнов с ложементными пазами, в которых размещены клапаны, в промежутках между клапанами в кронштейнах выполнены отверстия, вторая пара аналогичных кронштейнов охватывает места соединений клапанов с дроссельными устройствами, при этом наружные поверхности кронштейнов, лежащих по одну сторону относительно плоскости размещения, образуют первую установочную плоскость, а поверхности противолежащих кронштейнов образуют вторую установочную плоскость. Кронштейны, лежащие по одну сторону относительно плоскости размещения, могут содержать перемычки с отверстиями. В соединение клапана с ложементными пазами могут быть введены эластичные прокладки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям, содержащая клапаны и дроссельные устройства, соединенные между собой, отличающаяся тем, что продольные оси клапанов и дроссельных устройств расположены в одной плоскости размещения, при этом клапаны сгруппированы в первый ряд и их продольные оси параллельны между собой, а дроссельные устройства сгруппированы во второй ряд, с противоположных сторон ряд клапанов охватывает пара кронштейнов, которые выполнены зеркально-отраженными и на их внутренних поверхностях выполнены ложементные пазы, в которых размещены клапаны, в промежутках между клапанами в кронштейнах выполнены сквозные соосные отверстия, вторая пара аналогичных кронштейнов охватывает места соединений клапанов с дроссельными устройствами, причем толщина первой пары кронштейнов равна толщине второй пары кронштейнов, при этом наружные поверхности кронштейнов, лежащих по одну сторону относительно плоскости размещения образуют первую установочную плоскость, а поверхности противолежащих кронштейнов образуют вторую установочную плоскость. 2. Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям по п. 1, отличающаяся тем, что между кронштейнами, лежащими по одну сторону относительно плоскости размещения, выполнены перемычки, которые размещены в промежутках между местами соединений клапанов с дроссельными устройствами, причем в перемычках выполнены сквозные соосные отверстия. 3. Система подачи рабочего тела к плазменным ускорителям по п. 1, отличающаяся тем, что между клапаном и ложементными пазами размещены в продольном направлении по меньшей мере две эластичные прокладки.