ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ГАЗА Российский патент 2009 года по МПК F16K5/12 F16K5/04 

Описание патента на изобретение RU2355931C1

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций газораспределительных клапанов, работающих в условиях температур до 1900К и давлений до 8МПа и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.

Известна конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с кольцевым зазором и с возможностью вращения установлена полая цилиндрическая заслонка, на боковой поверхности которой выполнено расходное отверстие, которое совмещается с расходным отверстием выходного патрубка (патент США №3276466, НКИ 137-339, 1966 г.).

Недостаток этой конструкции состоит в наличии зазора между заслонкой и корпусом, который определяется двумя составляющими:

- наличие зазора из-за допусков на изготовление;

- наличие теплового зазора за счет прогрева конструкции.

Величина зазора может быть значительной, а это непроизводительные расходы горячего газа.

Известна конструкция газораспределительного клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, опорного узла, образованного цилиндрической поверхностью седла с расходным отверстием, контактирующего с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным осесимметричным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от перемещений валом, при этом опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные валу сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, а ширина расходного окна регулирующего элемента превышает ширину расходного отверстия седла с обеих сторон (патент РФ №2194206, кл.7 F16K 5/04, 2002 г.).

Недостаток этой конструкции заключается в том, что при использовании для регулирующего элемента графитовых, углерод-углеродных или керамических материалов, уменьшающих величину шарнирного момента за счет снижения коэффициента трения, возможно разрушение регулирующего элемента в момент полного перекрытия расходного отверстия седла по причине ослабленной стенки регулирующего элемента, в котором ось расходного отверстия седла проходит через ось его цилиндрической поверхности, а также нелинейность расходной характеристики (зависимость изменения площади седла от угла поворота вала).

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы газораспределительного клапана горячего газа при использовании регулирующих элементов, выполненных из керамических, графитовых или углерод-углеродных материалов.

Указанная цель достигается тем, что в газораспределительном клапане горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, установленный в седло по цилиндрической поверхности с возможностью поворота и кинематически связанный с валом цилиндрический регулирующий элемент, расходное отверстие седла в месте контакта с регулирующим элементом выполнено прямоугольным, две стороны расходного отверстия седла перпендикулярны оси его цилиндрической поверхности, а в регулирующем элементе выполнена выемка, которая в сечении, перпендикулярном его цилиндрической поверхности, образована радиальной поверхностью, крайние точки которой находятся на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической поверхности регулирующего элемента, а ее радиус равен , где

r - расстояние между крайними точками расходного отверстия седла в поперечном сечении регулирующего элемента,

d - величина цилиндрического диаметра регулирующего элемента,

при этом выемка на регулирующем элементе выполнена на всю длину его цилиндрической поверхности, и клапан снабжен с противоположной стороны от входного патрубка дополнительными выходным патрубком, седлом и заслонкой, выполненными одинаковыми с основными.

На фиг.1 изображен общий вид газораспределительного клапана горячего газа (в разрезе); на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3-вид Б на фиг.1; на фиг.4 - то же, что и на фиг.2, в увеличенном масштабе; на фиг.5 -вариант использования газораспределительного клапана (в разрезе).

Газораспределительный клапан горячего газа (фиг.1) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, опорного узла 4, седла 5 с расходным отверстием 6, контактирующего с цилиндрическим регулирующим элементом 7, выполненным с расходной выемкой 8. Контакт седла и регулирующего элемента происходит по цилиндрическим поверхностям. Регулирующий элемент 7 установлен с возможностью поворота и кинематически связан с валом 9. Опорный узел 4 образован двумя выступами 10, выполненными на седле 5 и имеющими соосные регулирующему элементу 7 сквозные отверстия 11, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью 12 седла 5. Ширина Н расходной выемки 8 регулирующего элемента 7 превышает ширину h расходного отверстия 6 седла 5 с обеих сторон. Корпус 1 закрыт крышкой 13 и загерметизирован уплотнительными кольцами 14 и 15. На валу 9 установлен рычаг 16. Внутренняя полость корпуса защищена от прогрева теплозащитным покрытием 17.

Выемка 8 в поперечном сечении регулирующего элемента образована радиальной поверхностью (фиг.2), крайние точки которой 18 и 19 находятся на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической поверхности регулирующего элемента, а ее радиус R равен величине , где

r - расстояние между крайними точками расходного отверстия седла в поперечном сечении,

d - величина наружного цилиндрического диаметра заслонки.

Радиальная выемка может быть выполнена на всю длину цилиндрической поверхности регулирующего элемента, контактирующей с цилиндрической поверхность седла.

Расходное отверстие седла 5 для обеспечения линейной расходной характеристики выполнено прямоугольной формы (фиг.3), при этом две из сторон прямоугольника 20 и 21 перпендикулярны оси 22 цилиндрической поверхности регулирующего элемента 7, контактирующей с цилиндрической поверхностью седла.

При работе горячие газы поступают через входной патрубок 2 внутрь корпуса 1 и истекают через отверстие 6 седла 5 наружу, создавая необходимое управляющее усилие. Выполнение выемки 8 предложенной формы в регулирующем элементе увеличивает толщину регулирующего элемента, что обеспечивает необходимую прочность при изготовлении его из керамических, графитовых и углерод-углеродных материалов. Результатами испытаний это подтверждено. При одинаковых размерах седла и регулирующего элемента, когда отверстие в регулирующем элементе было выполнено, как в прототипе, произошло его разрушение при полном закрытии расходного отверстия 6 седла 5. Предложенная конструкция не разрушилась.

Выполнение выемки и расходного отверстия седла предложенной формы обеспечивало линейное увеличение расхода горячего газа при открытии расходного отверстия седла, т.к. отсутствовало пережатие потока горячих газов.

На фиг.4 видно, что при таком выполнении выемки 8 все время идет увеличение расходной площади клапана. В случае когда R равен ∞, т.е. выемка заслонки выполнена по линии В-В, при полном открытии расходного отверстия 6 седла 5 происходит пережатие потока b<r и не происходит увеличения расходной площади клапана при дальнейшем открытии. То же происходит, когда радиальная поверхность выемки 8 при полностью открытом расходном отверстии 6 седла 5 пересекает цилиндрическую поверхность 23, образованную радиусом r.

В крайнем положении, когда полностью открыто расходное отверстие седла, радиальная поверхность выемки должна быть как максимум касательна к радиальной поверхности, образованной радиусом r - расстоянием между крайними точками расходного отверстия седла в поперечном сечении регулирующего элемента фиг.4).

Так как точно выполнить размер R невозможно, то с учетом допусков он должен быть равен

Выполнение R меньшего размера приводит к снижению прочности регулирующего элемента. Выполнение R большего размера приводит к уменьшению максимального расходного сечения клапана.

Выполнение расходного отверстия седла прямоугольной формы обеспечивает линейную расходную характеристику клапана, что упрощает систему управления.

Т.к. крайние точки выемки 8 регулирующего элемента 7 находятся на диаметрально противоположных сторонах его цилиндрической поверхности, обеспечивается максимальная толщина регулирующего элемента при закрытом положении расходного отверстия 6 седла 5, что улучшает его прочность.

Выполнение выемки на всю длину цилиндрической поверхности регулирующего элемента улучшает подвод горячего газа к расходному отверстию седла, что увеличивает коэффициент расхода.

Для обеспечения реверса тяги газораспределительный клапан (фиг.5) снабжен с противоположной стороны от входного патрубка 2 дополнительным выходным патрубком 24, седлом 25 и заслонкой 26, выполненными одинаковыми с основными. Дополнительный патрубок 24 может быть размещен под любым углом, что определяется условиями компоновки, а дополнительные выходной патрубок 24, седло 25 и заслонка 26 для упрощения изготовления выполнены одинаковыми с основными.

Выполнение их одинаковыми обеспечивает унификацию изделий и упрощает систему управления.

На фиг.5 показано положение, когда расходное отверстие одного седла полностью открыто, а другого - полностью закрыто.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, повышается надежность работы клапана за счет уменьшения величины шарнирного момента и увеличения прочности регулирующего элемента при использовании для регулирующего элемента керамических, графитовых или углерод-углеродных материалов, обеспечивается постоянное увеличение расходной площади седла и линейность его расходной характеристики (изменение расходной площади седла от угла поворота регулирующего элемента), увеличение коэффициента расхода (отношение фактической расходной площади седла к ее геометрическому значению), обеспечивается реверс тяги и упрощается система управления.

Похожие патенты RU2355931C1

название год авторы номер документа
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ГАЗА 2007
  • Соломонов Юрий Семенович
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
RU2355930C1
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН 2011
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
RU2466320C1
КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА 2010
  • Соломонов Юрий Семенович
  • Черепов Владимир Иванович
  • Громов Борис Васильевич
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
  • Цветков Антон Олегович
RU2422709C1
Регулятор расхода газа 2017
  • Домнин Кирилл Геннадьевич
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
  • Завьялов Станислав Александрович
  • Федотенко Вячеслав Михайлович
RU2669885C1
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН 2009
  • Соломонов Юрий Семенович
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
RU2407937C1
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН 2012
  • Домнин Кирилл Геннадиевич
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
  • Черепов Владимир Иванович
RU2497034C1
Способ сборки газораспределительного клапана с двумя выходными патрубками и сёдлами с расходными отверстиями, контактирующими с заслонками, установленными на приливы одного вала 2017
  • Домнин Кирилл Геннадьевич
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
  • Чекушин Александр Дмитриевич
RU2703556C2
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН 2008
  • Соломонов Юрий Семенович
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
RU2377460C1
СЕДЛО РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА 2011
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Тумановская Валентина Павловна
  • Домнин Кирилл Геннадиевич
RU2464472C1
ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН 2012
  • Черепов Владимир Иванович
  • Лобанов Олег Александрович
  • Чекушин Александр Дмитриевич
  • Тумановская Валентина Павловна
RU2498135C1

Реферат патента 2009 года ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ГОРЯЧЕГО ГАЗА

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для управления вектором тяги летательных аппаратов по каналам тангажа, рыскания и крена. Газораспределительный клапан горячего газа содержит корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом. Последний образован двумя выступами. Выступы выполнены на седле и имеют соосные с валом сквозные отверстия. Образующие цилиндрических поверхностей выступов совмещены с цилиндрической поверхностью седла. Цилиндрический регулирующий элемент установлен в седло по цилиндрической поверхности с возможностью поворота и кинематически связан с валом. Расходное отверстие седла в месте контакта с регулирующим элементом выполнено прямоугольным. Две стороны расходного отверстия седла перпендикулярны оси его цилиндрической поверхности. В регулирующем элементе выполнена выемка. Выемка в сечении, перпендикулярном его цилиндрической поверхности, образована радиальной поверхностью. Крайние точки последней находятся на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической поверхности регулирующего элемента. Ее радиус равен , где r - расстояние между крайними точками расходного отверстия седла в поперечном сечении регулирующего элемента, d - величина цилиндрического диаметра регулирующего элемента. Изобретение направлено на повышение надежности работы газораспределительных клапанов, работающих на горячем газе. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 355 931 C1

1. Газораспределительный клапан горячего газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, установленный в седло по цилиндрической поверхности с возможностью поворота и кинематически связанный с валом цилиндрический регулирующий элемент, отличающийся тем, что расходное отверстие седла в месте контакта с регулирующим элементом выполнено прямоугольным, две стороны расходного отверстия седла перпендикулярны оси его цилиндрической поверхности, а в регулирующем элементе выполнена выемка, которая в сечении, перпендикулярном его цилиндрической поверхности, образована радиальной поверхностью, крайние точки которой находятся на диаметрально противоположных сторонах цилиндрической поверхности регулирующего элемента, а ее радиус равен ,
где r - расстояние между крайними точками расходного отверстия седла в поперечном сечении регулирующего элемента;
d - величина цилиндрического диаметра регулирующего элемента.

2. Газораспределительный клапан горячего газа по п.1, отличающийся тем, что выемка на регулирующем элементе выполнена на всю длину его цилиндрической поверхности.

3. Газораспределительный клапан горячего газа по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен с противоположной стороны от входного патрубка дополнительными выходным патрубком, седлом и заслонкой, выполненными одинаковыми с основными.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2355931C1

КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА 1997
  • Соломонов Ю.С.
  • Виниченко Ю.С.
  • Григорьев В.А.
  • Лобанов О.А.
RU2194206C2
Клапан для регулирования расхода горячего газа 1999
  • Соломонов Ю.С.
  • Виниченко Ю.С.
  • Григорьев В.А.
  • Лобанов О.А.
RU2220347C2
Дроссель 1971
  • Антонов Игорь Васильевич
  • Ананко Юрий Петрович
  • Тихомиров Ювеналий Александрович
SU486175A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАБИВНОЙ СВАИ 2004
  • Ющубе С.В.
  • Самарин Д.Г.
RU2256029C1
US 1844046 A, 09.02.1932
МЕХАНИЗМ РЕВЕРСИРОВАНИЯ ХОДА СТОЛА ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО СТАНКА 0
SU335090A1

RU 2 355 931 C1

Авторы

Соломонов Юрий Семенович

Черепов Владимир Иванович

Лобанов Олег Александрович

Тумановская Валентина Павловна

Даты

2009-05-20Публикация

2007-10-16Подача