Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к сфере агрегатов и механизмов газовых и гидравлических систем.
Известен блок пироклапанов. Блок пироклапанов содержит корпус с впускными отверстиями. В полости корпуса размещен шток механизма переключения. Шток снабжен срезной мембраной, разделяющей полость корпуса на изолированные объемы. Механизм переключения установлен с возможностью сообщения объемов после срабатывания пиропривода, размещенного в корпусе. Во впускных отверстиях установлены нормально открытые обратные клапаны, снабженные фиксаторами открытого положения тарелей. Фиксаторы связаны со штоком и установлены с возможностью расфиксации тарелей после срабатывания пиропривода (патент РФ 2068143 на изобретение от 29.06.93, МПК 6 F 16 К 17/14, опубликован 20.10.96).
Указанное устройство имеет сложную и достаточно громоздкую конструкцию, содержащую большое количество подвижных взаимосвязанных элементов. Надежность таких устройств, как правило, мала, а быстродействие - низко.
Из известных технических решений наиболее близким является пироклапан отсечной (патент РФ на изобретение 2068142 от 29.06.93, МПК 6 F 16 К 17/14, опубликован 20.10.96). Пироклапан отсечной содержит корпус, пирокамеру и срезную мембрану. В цилиндрической расточке корпуса размещен поршень с конической пробкой, которая установлена с возможностью заклинивания в ответном коническом седле и разобщения впускного и выпускного отверстий корпуса. Одно из отверстий выполнено в боковой поверхности седла. В месте пересечения отверстия с поверхностью седла в последнем выполнена расточка, разделяющая седло на два участка. На конической пробке выполнена проточка с возможностью сообщения ее с отверстием в боковой поверхности седла при срабатывании пироклапана. Срезная мембрана закреплена на поршне или выполнена с ним за одно целое, неподвижно соединена с корпусом с обеспечением герметичного отделения пирокамеры от цилиндрической расточки корпуса.
Основным недостатком данного пироклапана отсечного является его ограниченная функциональность, обусловленная отсутствием в нем элементов распределения газового потока. Кроме того, надежность пироклапана, вследствие пониженной степени герметичности соединения "коническая пробка - коническое седло" (из-за выполнения отверстия в боковой поверхности седла), существенно снижена.
Решаемая техническая задача предлагаемого изобретения состоит в создании надежного в работе, быстродействующего, простого в изготовлении, имеющего малые габаритно-массовые характеристики и работающего при больших давлениях пироклапана, с расширенными, по сравнению с прототипом, функциональными возможностями.
Технический результат заключается в повышении эффективности перепускания газа, в увеличении надежности и расширении функциональности пироклапана, а также в повышении быстродействия при высоких давлениях.
Технический результат достигается тем, что в пироклапане, содержащем корпус с одним впускным и, по меньшей мере, одним выпускным отверстиями, с полостью с цилиндрической расточкой, в которой размещен поршень, срезаемую мембрану, выполненную за одно целое с поршнем, коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, и разобщения впускного и выпускного отверстий, пирокамеру, между впускным и дополнительно введенным выпускным отверстием установлена перемычка, разделяющая полость корпуса на изолированные друг от друга объемы, выпускное отверстие имеет вход в цилиндрическую расточку, в которой размещен поршень, поршень снабжен штоком, на котором со стороны перемычки установлен пробойник, диаметр которого превышает диаметр штока, а коническая пробка размещена между штоком и поршнем и жестко связана со штоком, срезаемая мембрана образована путем выполнения канавок на цилиндрической и торцевой поверхностях поршня.
Поверхность конической пробки, контактирующая с поршнем, может быть выполнена сферической.
Угол конусности конического седла может быть как больше, так и меньше угла конусности конической пробки.
Прочностные характеристики материала конической пробки, штока и пробойника могут быть выше прочностных характеристик материала корпуса.
В полости корпуса со стороны торцевой канавки поршня может быть установлена втулка, ограничивающая прогиб срезаемой мембраны.
Пироклапан может быть снабжен ловителем перемычки.
То, что между впускным и дополнительно введенным выпускным отверстием установлена перемычка, разделяющая полость корпуса на изолированные друг от друга объемы, а поршень снабжен штоком, на котором со стороны перемычки установлен пробойник, позволяет (при срабатывании пироклапана) в течение короткого промежутка времени (несколько миллисекунд) перепустить газ под высоким давлением от впускного к дополнительному выпускному отверстию. Налицо - расширение функциональности устройства и увеличение его быстродействия.
То, что выпускное отверстие входит в цилиндрическую расточку, в которой размещен поршень, а коническая пробка размещена между штоком и поршнем и жестко связана со штоком позволяет при срабатывании устройства надежно, без утечек, отсоединить впускное отверстие от выпускного, обеспечивая высокую надежность работы пироклапана.
Рассмотренные выше отличительные признаки в совокупности с признаками, описывающими характер выполнения пробойника, штока и срезаемой мембраны, обеспечивают высокую эффективность и надежность перепускания газа высокого давления. В самом деле, установка на штоке пробойника, диаметр которого превышает диаметр штока, обеспечит в перемычке необходимое для эффективного пропускания газа проходное сечение, а характер разрушения мембраны поршня, обусловленный выполнением ее с помощью канавок, дает возможность придать поршню максимально возможный импульс с обеспечением, во-первых, высокой скорости перепускания газа и, во-вторых, надежной герметизации соединения "коническая пробка - коническое седло".
Выполнение поверхности конической пробки, контактирующей с поршнем, сферической позволит установить пробку соосно коническому седлу, что при срабатывании пироклапана обеспечит надежную герметизацию соединения "коническая пробка - коническое седло", а также эффективное разрушение перемычки в корпусе.
Выполнение угла конусности конического седла больше или меньше угла конусности конической пробки позволит обеспечить надежную герметичность соединения "коническая пробка - коническое седло" после срабатывания устройства.
То, что прочностные характеристики материала конической пробки, штока и пробойника выше прочностных характеристик материала корпуса позволит при минимальных габаритно-массовых характеристиках пробки, штока и пробойника выполнить в перемычке отверстие и надежно заклинить коническую пробку в ответном коническом седле, тем самым повысив степень герметичности этого соединения.
При высоких давлениях газа в цилиндрической расточке на поршень будет действовать сила, способная деформировать и даже разрушить срезаемую мембрану. Втулка, установленная со стороны торцевой канавки поршня, ограничит прогиб и разрушение мембраны, а значит расширит функциональные возможности пироклапана, повысит эффективность его работы.
Снабжение пироклапана ловителем перемычки предотвратит попадание перемычки в газовые магистрали с возможным перекрытием их пропускных сечений. Таким образом, ловитель обеспечит стабильно высокий расход газа, надежность устройства при этом повысится.
На фиг.1 представлена схема пироклапана, где:
1 - корпус;
2 - впускное отверстие;
3 - выпускное отверстие;
4 - цилиндрическая расточка;
5 - поршень;
6 - срезаемая мембрана;
7 - коническая пробка;
8 - коническое седло;
9 - пирокамера;
10 - перемычка;
11 - дополнительно введенное выпускное отверстие;
12 - шток;
13 - пробойник;
14 - канавка на цилиндрической поверхности поршня;
15 - канавка на торцевой поверхности поршня.
Пироклапан может иметь следующие параметры конструктивных элементов, обеспечивающие высокоскоростную работу пироклапана при высоких давлениях. Установленный в цилиндрической расточке 4 поршень 5 и корпус 1 могут быть выполнены из стали 12Х18Н10Т. Шток 12, пробойник 13 и размещенная между штоком 12 и поршнем 5 коническая пробка 7 могут быть выполнены из более прочной стали 14Х17Н2. Толщина срезаемой мембраны 6, образованной канавками 14 и 15, может составлять, например, 0,25 мм, а толщина перемычки 10 - 1 мм. При этом рекомендуемый диаметр поршня 5 равняется 17...25 мм, а диаметр перемычки 10 - 3...6 мм. Угол конусности конической пробки 7 может быть около 12°, а конического седла 8 около 11°.
Устройство работает следующим образом.
Перед срабатыванием устройства газовый поток проходит только от впускного отверстия 2 к выпускному отверстию 3. При высоких давлениях газа в цилиндрической расточке 4 на поршень 5 будет действовать сила, способная деформировать и даже разрушить срезаемую мембрану 6. Втулка (не показана), установленная со стороны канавки 15 поршня 5, ограничит прогиб и разрушение срезаемой мембраны 6. После подрыва пиросредства (не показано) продукты сгорания поступают в пирокамеру 9 и воздействуют на поршень 5. При этом срезается мембрана 6, поршень 5 начинает движение. Следует отметить, что за счет наличия канавок 14 и 15 мембрана 6 срезается по диаметру, меньшему, чем диаметр поршня 5. Такое разрушение исключит касание неровных поверхностей зоны срезания мембраны 6 поверхности расточки 4, а значит позволит избежать уменьшения скорости поршня 5 с возможным заклиниванием в расточке 4.
Поршень 5 приводит в движение коническую пробку 7 и шток 12 с пробойником 13. Пробойник 13 разрушает перемычку 10 (в ней образуется отверстие), коническая пробка 7 заклинивается в ответном коническом седле 8, отсоединяя выпускное отверстие 3 от впускного отверстия 2. Разрушение перемычки 10 и заклинивание конической пробки 7 будет более эффективным, если прочностные характеристики материала конической пробки 7, штока 12 и пробойника 13 будут выше прочностных характеристик материала корпуса 1. В связи с тем что диаметр пробойника 13 превышает диаметр штока 12, в перемычке 10 образуется отверстие большего диаметра, чем диаметр штока 12. За счет этого между штоком 12 и отверстием в перемычке 10 образуется зазор, по которому поток газа направляется от впускного отверстия 2 к дополнительно введенному выпускному отверстию 11. Разрушенная часть перемычки 10 задерживается в ловителе (не показан). Тем самым предотвращается попадание перемычки в газовые магистрали с возможным перекрытием их пропускных сечений.
Движение конической пробки 7 и штока 12 без каких-либо перекосов, которые могут привести к появлению изгибных напряжений с возможной потерей работоспособности устройства, можно обеспечить выполнением поверхности конической пробки 7, контактирующей с поршнем, сферической.
Таким образом, при работе устройства достигается заявленный выше технический результат, а именно: повышается эффективность перепускания газа, увеличивается надежность пироклапана, расширяются его функциональные возможности, а также повышается быстродействие при высоких давлениях.
Работоспособность заявляемого пироклапана подтверждена на макетных образцах, в результате испытаний которых было определено, что время срабатывания составляет несколько миллисекунд, давление перепускаемого газа достигает несколько сотен мегапаскаль. Утечек газа через соединение "коническая пробка - коническое седло" не было обнаружено ни с помощью галоидного течеискателя, ни пузырьковым методом.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПИРОКЛАПАН | 2022 |
|
RU2773787C1 |
ПИРОКЛАПАН | 2009 |
|
RU2421648C2 |
ПИРОКЛАПАН | 2023 |
|
RU2801877C1 |
ПИРОКЛАПАН ОТСЕЧНОЙ | 1993 |
|
RU2068142C1 |
КЛАПАН | 2010 |
|
RU2430286C1 |
КЛАПАН-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ КАНАЛОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ | 2022 |
|
RU2791170C1 |
ОТСЕЧНОЙ ПИРОКЛАПАН | 1991 |
|
RU2065115C1 |
КЛАПАН ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ (ВАРИАНТЫ) | 2017 |
|
RU2641789C1 |
БЛОК ПИРОКЛАПАНОВ | 1993 |
|
RU2068143C1 |
Запорный пироклапан | 1982 |
|
SU1096430A1 |
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к сфере агрегатов и механизмов газовых и гидравлических систем. Пироклапан содержит корпус с одним впускным и, по меньшей мере, одним выпускным отверстиями. В корпусе имеется полость с цилиндрической расточкой, в которой размещены поршень и срезаемая мембрана, выполненная за одно целое с поршнем. Срезаемая мембрана образована путем выполнения канавок на цилиндрической и торцевой поверхностях поршня. Пироклапан также содержит пирокамеру и коническую пробку, установленную с возможностью, во-первых, заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, и, во-вторых, разобщения впускного и выпускного отверстий. Между впускным и выпускным отверстиями установлена перемычка, разделяющая полость корпуса на изолированные друг от друга объемы. Выпускное отверстие имеет вход в цилиндрическую расточку, в которой размещен поршень. Поршень снабжен штоком, на котором со стороны перемычки установлен пробойник. Диаметр пробойника превышает диаметр штока. Коническая пробка размещена между штоком и поршнем и жестко связана со штоком. Изобретение позволяет повысить эффективность перепускания газа, увеличить надежность и расширить функциональность пироклапана, а также повысить быстродействие при высоких давлениях. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
ПИРОКЛАПАН ОТСЕЧНОЙ | 1993 |
|
RU2068142C1 |
Пироклапан | 1978 |
|
SU779706A1 |
Взрывной клапан | 1978 |
|
SU651165A1 |
ДРЕНАЖНЫЙ ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ КЛАПАН | 1997 |
|
RU2115052C1 |
US 3874400 A, 01.04.1975. |
Авторы
Даты
2006-12-20—Публикация
2005-04-11—Подача