ДЕМПФИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА Российский патент 2013 года по МПК F16C27/00 F16K17/196 

Изобретение относится к области техники, применяемой в космических аппаратах, и предназначено для повышения динамической устойчивости клапанов при перепуске газов в различных пневматических системах [1].

Известны устройства и механические системы [2], в которых силы вязкого трения уменьшают амплитуду вынужденных механических, аэроупругих и других видов колебаний и повышают их устойчивость при параметрическом возбуждении.

Например, в [3] использовано демпфирующее устройство надбуксового подвеса железнодорожных вагонов, в котором для гашения вибраций под шкворенной балкой устанавливают фрикционный клин, фиг.1, который при колебаниях вагона в направлении действия силы тяжести увеличивает нагрузку на фрикционный элемент амортизатора и соответственно диссипацию энергии трением.

Недостатком данного решения является нестабильность усилия трения - F, обусловленная реверсированием скорости колебаний рессорной балки: что снижает общий демпфирующий эффект амортизации.

Для опор роторов известны амортизирующие устройства по АС СССР №1555556, F16C 27/02; БИ, 13, 90 - Устройство гашения виброколебаний газодинамического подшипника. А.Н.Брагин, С.И.Сигачев; АС СССР №1684548, F16C 27/00, F16C 9/14, БИ, 38, 91 - Упругодемферная опора.

И.Д.Эскин, А.В.Сидоренко, А.В.Васюхин, Г.В.Павлов; АС РФ№2083886, F16C 21/00, БИ, 19, 97. Упругодемпферная опора. Л.А.Сидоренко, Д.Г.Василенко;

АС SU №1746080, F16C 27/02, БИ, 25, 92 - Упругодемпфирующая опора скольжения. Ю.К.Пономарев, С.В.Цих, О.Л.Кайдалов и др.

Приведенные технические решения позволяют повысить демпфирующую способность опор ротора, однако они не обеспечивают стабильности демпфирующего эффекта в связи с износом демпфирующих вкладышей.

Прототипом в заявке, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, является патент RU⁽¹¹⁾ 2258844⁽¹³⁾ С1, МПК F16C 27/00 «Демпфирующая опора», авторы: Бородин B.C., Громаковский Д.Г., Кудюров Л.В., Малышев В.П., Прилуцкий В.А., Цих С.В., в котором повышение демпфирующей способности обеспечивается трением за счет сложения нормальной и касательной составляющих виброперемещений пластин демпфера, установленных под заданным углом к оси вращений ротора.

Недостатком прототипа является необходимость увеличения габаритов изделия для установки объемного пакета пластин амортизатора, что нежелательно в космической технике, а также низкий эффект демпфирования в осевом направлении, что обусловлено большой осевой жесткостью опор. Кроме того, создаваемая нагрузка в прототипе имеет переменный характер, что в совокупности с отмеченным выше не позволяет решить техническую задачу повышения демпфирования и динамической устойчивости в дренажно-предохранительных клапанах.

Заявляемое техническое решение лишено указанного недостатка. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения демпфирующего эффекта в клапанной системе на управляющем штоке устанавливают дополнительный фрикционный элемент, нагружаемый постоянной нагрузкой, не зависящей от направления скорости колебаний, что обеспечивает стабильно высокий уровень сил трения и, тем самым, высокую поглощающую способность амортизатора, что является целью заявляемого изобретения при его реализации в дренажно-предохранительных клапанах, например фиг.2, предназначенных для использования на ракетах-носителях среднего класса повышенной грузоподъемности.

Признаки изобретения, отличающие заявляемое решение от прототипа, состоят в следующем:

- технический результат - повышение демпфирующей способности клапанной системы относительно изобретения-прототипа достигается за счет введения в конструкцию дополнительного демпфирующего фрикционного элемента, выполняемого из неметаллического материала (например, из текстолита), в виде трехвкладышевой цилиндрической втулки;

- самоустановка вкладышей фрикционного элемента осуществляется путем размещения над вкладышами натяжных колец, выполненных, например, из проволочных спиралей.

Сравнение отличительных признаков изобретения с прототипом и другими известными техническими решениями показывает, что они не являются известными и с их помощью можно решить поставленную техническую задачу повышения динамической устойчивости дренажно-предохранительных клапанов.

Графические материалы заявки содержат: фиг.1 - схема устройства демпфирующей опоры железнодорожных вагонов; фиг.2 - вариант конструкции заявляемого демпфирующего устройства на примере дренажно-предохранительного клапана.

Фрикционный элемент - 1 (фиг.2) устанавливают в корпусе клапана - 2 внутри направляющей втулки корпуса - 3. Фрикционный элемент представляет собой трехклинный цилиндр - 4, обжимающий управляющий шток - 5 клапана - 2 и создающий постоянную силу трения, прикрепленный к гайке - 7.

Прижатие фрикционного элемента - 1 к поверхности штока осуществляют путем установки упругих натяжных колец - 6, изготовленных, например, из проволочных спиралей. Сила натяга выбирается по оптимальной величине силы трения - F_TP=f·g, где f - коэффициент трения, g - усилие на фрикционном контакте, создаваемом натяжными пружинными кольцами - 6.

Демпфирующее устройство дренажно-предохранительного клапана работает следующим образом.

При открытии ДПК либо в управляемом режиме, подаваемом на поршень - 9, либо в режиме предохранительного действия, когда клапан открывается от давления в емкости, превысившем установленную норму, поток газа, выходящий из-под тарели клапана - 2, турбулизируется и создает переменную составляющую силы, что вызывает его колебания. Клапан начинает гудеть.

Установленный фрикционный трехлепестковый амортизатор, за счет прижима к управляющему штоку, пульсирующему вместе с тарелью, существенно снижает или полностью прекращает вибрационные перемещения клапана, направленные по его оси.

Экономическая эффективность использования заявляемого устройства может быть оценена по показателям безотказной и устойчивой работы клапанных систем в эксплуатации, а также за счет уменьшения объема контрольных и доводочных колебаний клапанов при их производстве.

Библиография

1. Бугаенко В.Ф. Пневмоавтоматика ракетно-космических систем. - М.: Машиностроение, 1979. - 168 с.

2. Ружачка Д.Е. Резонансные характеристики виброзащитных систем с демпфированием вязким и сухим трением. // Конструирование и технология машиностроения. 1967. №4. - С.153-168.

3. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса. Первое издание. Перевод с англ. Международная ассоциация тяжеловесного движения 2808. Форест-Хилл корт, штат Виргиния, 23454 США, - М.: Изд-во Интекст. 2002, 625 с.

Изобретение относится к области техники клапанных систем, применяемых для работы в условиях космоса. Демпфирующее устройство дренажно-предохранительного клапана (2) содержит пружинную подвеску, направляющий шток (5) и узел направляющих клапана - цилиндр на корпусе и хвостовике тарели. На направляющий шток (5) установлен дополнительный фрикционный элемент (1), выполненный в виде трехвкладышевой цилиндрической втулки (3) из неметаллического материала, например из текстолита, который прижимается к штоку (5) натяжными кольцами (6) с постоянной заданной силой. Технический результат: обеспечение демпфирования колебаний клапана и демпфирующего действия, снижение или полное прекращение вибрационных перемещений клапана. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Демпфирующее устройство дренажно-предохранительного клапана, содержащее пружинную подвеску, направляющий шток и узел направляющих клапана - цилиндр на корпусе и хвостовике тарели, трение в которых демпфирует колебания по оси клапана, отличающееся тем, что на направляющий шток тарели клапана установлен дополнительный фрикционный элемент, выполненный из неметаллического материала, например, из текстолита, который прижимается к штоку с постоянной заданной силой, что обеспечивает демпфирование колебаний клапана.

2. Демпфирующее устройство по п.1, отличающееся тем, что фрикционный элемент выполнен в форме трехвкладышевой цилиндрической втулки, что способствует ее самоустановке относительно поверхности штока, что повышает демпфирующий эффект.

3. Демпфирующее устройство по. 1, отличающееся тем, что в качестве нагружающего механизма фрикционного элемента использованы натяжные кольца, выполненные, например, из проволочных спиралей.