ЖИДКОСТНЫЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР Российский патент 2015 года по МПК G05D23/00 

Изобретение относится к области автоматического регулирования расходов жидкого теплоносителя, а точнее к жидкостным терморегуляторам (ЖТР), для разделения или смешения потоков рабочей жидкости, применяемых, например, в системах терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА).

Известно гидравлическое регулирующее устройство (патент RU 2131140), содержащее корпус с патрубками входа и выхода рабочей жидкости, управляющий клапан с рабочей камерой и управляющими каналами, сильфонный регулирующий орган с сильфоном, подвижный торец которого закрыт регулирующим клапаном с осевым отверстием, в котором размещена с кольцевым зазором направляющая ось с выполненными на ней наклонными пазами или лысками, и посадочное седло.

Недостатки данного устройства заключаются в невысокой точности терморегулирования, ограниченности его функциональных возможностей из-за того, что регулирующий орган его имеет неразделенную внутреннюю полость.

В качестве прототипа выбрано гидравлическое регулирующее устройство (патент RU 2260831), содержащее корпус с тремя патрубками, один их которых смонтирован перпендикулярно к снабженным посадочными седлами двум другим патрубкам, предназначенным для входа или выхода рабочей жидкости, и размещенные в корпусе управляющий клапан с приводом, рабочей камерой и управляющими каналами, выполненный с возможностью поочередного перекрытия управляющих каналов. При этом соосно патрубкам для входа или выхода рабочей жидкости установлены направляющая ось и сильфонный регулирующий орган, имеющий жестко связанную с корпусом разделительную перегородку и два подвижных рабочих торца, соединенных между собой при помощи защитного кожуха и закрытых регулирующими клапанами с осевыми отверстиями, в которых размещены с кольцевым зазором концы направляющей оси, закрепленной своей средней частью в разделительной перегородке, делящей внутреннюю полость сильфонного регулирующего органа на две самостоятельные полости, каждая из которых сообщена управляющим каналом с рабочей камерой и далее с внутренней полостью корпуса и патрубком соответственно выхода или входа рабочей жидкости, причем на концах направляющей оси выполнены профилированные пазы или лыски, площадь поперечного сечения которых имеет возможность соответственно увеличиваться или уменьшаться по мере открытия регулирующих клапанов.

Недостаток устройства-прототипа в том, что конструкция его сложна и, как следствие этого, недостаточно надежна, тяжела, не имеет достаточно широких возможностей регулирования настройкой его работы, а значит, устройство ограничено по условиям применения, в том числе по точности терморегулирования.

Задачи предложенного решения: упрощение его конструкции, снижение массы, повышение надежности, повышение точности терморегулирования, расширение возможностей регулируемой настройки терморегулятора и условий его применения.

Задачи решены за счет того, что в предложенном жидкостном терморегуляторе, содержащем цилиндрический корпус с выходным патрубком, продольная ось которого расположена ортогонально продольной оси корпуса, и с входными патрубками соответственно для горячей и холодной жидкости, соосными с продольной осью корпуса, посадочные седла для регулирующих клапанов указанных входных патрубков и закрепленных на противоположных торцах сильфона, выполненного с перегородкой его полости на левую и правую, которая неподвижно закреплена на средней части корпуса с вертикальным расположением ее торцевых поверхностей и с неподвижными левой и правой направляющими осями для клапанов, соосными с продольной осью корпуса, канал для связи между левой и правой полостями сильфона, чувствительный термобаллон, заправленный рабочей жидкостью, например спиртом, установленный в выходном патрубке:

1) цилиндрический корпус выполнен со сквозной внутренней резьбой, посредством которой установлены входные патрубки, посадочные седла и перегородка с ее сопряжением по всему периметру корпуса, канал для связи между левой и правой полостями сильфона выполнен в виде центрального сквозного канала в направляющих осях для клапанов, герметично связанного с полостью чувствительного термобаллона, выполненной в разы большей по сравнению с полостью термосильфона, посредством другого канала, выполненного проходящим в перегородке ортогонально указанному каналу, седла для регулирующих клапанов выполнены в виде колец и расположены слева от своих регулирующих клапанов, а в их центральных проходах установлены вновь введенные пружины, торцы которых сопряжены соответственно с входным патрубком для горячей жидкости и его регулирующим клапаном и с входным патрубком для холодной жидкости и его регулирующим клапаном, выполненным разборным из самого клапана и направляющей муфты, для взаимодействия ее с правой направляющей осью и герметично соединенной своим фланцем, выполненным с диаметром, меньшим диаметра внутренней поверхности кольцевого посадочного седла, с торцом сильфона с одной стороны, а с другой - соединенным с указанным клапаном, например, посредством болта, направляющая муфта регулирующего клапана для патрубка с горячей жидкостью выполнена за одно с ним, полость корпуса разделена перегородкой на левую и правую части, каждая из которых связана своим каналом с выходным патрубком, в котором расположен заправочный штуцер чувствительного термобаллона, выполненный на его торце с противоположной стороны от корпуса;

2) чувствительный термобаллон выполнен с внешним и внутренним оребрениями, или только одним из них;

3) участки резьбового взаимодействия входных патрубков с корпусом выполнены в виде выступающих наружу тонкостенных цилиндрических оболочек, загерметизированных с их торцов сварным швом;

4) термосильфон выполнен зарезервированным по схеме термосильфон в термомосильфоне;

5) пружины выполнены зарезервированными по схеме одна цилиндрическая пружина внутри другой, выполненной с большим диаметром по сравнению с первой (из-за элементарной ясности на чертеже не показан).

На фиг.1 показан общий вид жидкостного терморегулятора в разрезе.

Предложенный жидкостный терморегулятор содержит цилиндрический корпус 1 с выходным патрубком 2, продольная ось которого расположена ортогонально продольной оси корпуса 1, и с входными патрубками 3, 4 соответственно для горячей и холодной жидкости, соосными с продольной осью корпуса 1, посадочные седла 5, 6 для регулирующих клапанов 7, 8 указанных входных патрубков 3, 4 и закрепленных на противоположных торцах сильфона 9, выполненного с перегородкой 10, разделяющей его полость на левую и правую 11, 12. Перегородка 10 неподвижно закреплена на средней части корпуса 1 с вертикальным расположением ее торцевых поверхностей и с неподвижными левой и правой направляющими осями 13, 14, соосными с продольной осью корпуса, канал 15 для связи между левой и правой полостями 11, 12 сильфона 9, чувствительный термобаллон 16, заправленный рабочей жидкостью, например спиртом, установленный в выходном патрубке 2.

В предложенном жидкостном терморегуляторе цилиндрический корпус 1 выполнен со сквозной внутренней резьбой 17, посредством которой установлены входные патрубки 3, 4, посадочные седла 5, 6 и перегородка 10 с ее сопряжением по всему периметру корпуса. Канал 15 для связи между левой и правой полостями 11, 12 сильфона выполнен в виде центрального сквозного канала 15 в направляющих осях 13, 14 для клапанов 7, 8. Канал 15 герметично связан с полостью 18 термобаллона 16, выполненной в разы большей по сравнению с полостью термосильфона 9, посредством другого канала 19, выполненного проходящим в перегородке 10 ортогонально указанному каналу 15. Седла 5, 6 выполнены в виде колец и расположены слева от своих регулирующих клапанов 7, 8. В центральных проходах седел 5 и 6 установлены пружины 20, 21, торцы которых сопряжены соответственно с входным патрубком 3 для горячей жидкости и его регулирующим клапаном 7 и с входным патрубком 4 для холодной жидкости и его регулирующим клапаном 8, выполненным разборным и состоящим из самого клапана 8 и направляющей муфты 22, для взаимодействия ее с направляющей осью 14 и герметично соединенной своим фланцем 23, выполненным с диаметром, меньшим диаметра внутренней поверхности кольцевого посадочного седла 6, с торцом сильфона 9 с одной стороны, а с другой - соединенным с указанным клапаном 8, например, посредством болта 24. Направляющая муфта 25 регулирующего клапана 7 для патрубка 3 с горячей жидкостью выполнена за одно с ним. Полость корпуса 1 разделена перегородкой 10 на левую и правую части 26, 27, каждая из которых связана своим каналом 28, 29 с выходным патрубком 2, в котором расположен заправочный штуцер 30 термобаллона 16, выполненный на его свободном торце.

Термобаллон 16 выполнен с внешним и внутренним оребрениями 31, 32, или только одним из них.

Участки резьбового взаимодействия входных патрубков 3, 4 с корпусом 1 выполнены в виде выступающих наружу тонкостенных цилиндрических оболочек 33, загерметизированных с их торцов сварным швом 34.

Сильфон 9 выполнен по схеме сильфон 9 в сильфоне 35.

Пружины 20, 21 выполнены по схеме одна цилиндрическая пружина внутри другой, выполненной с большим диаметром по сравнению с первой (из-за элементарной ясности на чертеже не показано).

Входные патрубки 3 и 4, посадочные седла 5 и 6, перегородка 10 выполнены соответственно с элементами их вращения (с цилиндрическими углублениями) 36 и 37, 38 и 39, 40 инструментом.

Предложенный терморегулятор работает следующим образом.

Терморегулятор настроен на обеспечение определенной температуры жидкости в выходном патрубке 2, например от 15 до 25°C. В зависимости от температуры жидкости, омывающей термобаллон 16 в выходном патрубке 2, меняется объем спирта в сильфоне 9, который при этом или сжимается, или расширяется. При сжатии сильфона регулирующий клапан 7 движется на открытие входного патрубка 3, а регулирующий клапан 8 движется на закрытие входного патрубка 4, и наоборот, а при расширении сильфона регулирующий клапан 7 движется на закрытие входного патрубка 3, а регулирующий клапан 8 движется на открытие входного патрубка 4. Таким образом происходит противоположно направленное регулирование расходов горячей и холодной жидкостей для смешивания их в выходном патрубке 2 и обеспечение плавного регулирования температуры жидкости в выходном патрубке 2 в заданном диапазоне.

После изготовления терморегулятор настраивают на заданный диапазон регулирования температуры жидкости в выходном патрубке, например, в диапазоне от 15 до 25°C. Для этого температуру термобаллона обеспечивают равной 15°C, при вывинченном входном патрубке 4 посадочное седло 6 устанавливают путем вращения его за цилиндрические углубления 39 с помощью штыревого ключа по резьбе корпуса до сопряжения его поверхности, обращенной к регулируемому клапану 8, с его рабочей поверхностью. Отрегулированное посадочное седло 6 жестко закрепляют на корпусе 1, например, кернением в нескольких местах взаимодействия его резьбы с резьбой корпуса 1 для исключения изменения его положения, например, при воздействии вибрации на терморегулятор. Затем устанавливают пружину 21 и завинчивают патрубок 4 до обеспечения ее усилия в пределах на уровне одного килограмма (предварительно определяют, при каком расстоянии между торцами пружины она обеспечивает заданное усилие). Требуемое усилие пружин 20, 21 подбирается экспериментальным путем в зависимости от величин и скорости изменения температур жидкостей на входных патрубках 3, 4 в процессе эксплуатации терморегулятора для исключения автоколебаний, что повышает надежность работы устройства в целом. Дополнительное повышение надежности терморегулятора обеспечено резервированием пружин 20, 21 (на чертеже не показано). После окончательной установки патрубка 4 выступающие наружу тонкостенные цилиндрические оболочки 33 подготавливают для герметизации их соединений сварным швом 34, что обеспечивает абсолютную герметичность сильфона, повышает надежность его работы. Указанная герметизация снижает температурные деформации на элементы терморегулятора при его изготовлении и тем самым повышает надежность его изготовления.

После настройки терморегулятора на полное перекрытие входного патрубка 4 для подачи холодной жидкости аналогичную настройку терморегулятора выполняют на полное перекрытие входного патрубка 3 для горячей жидкости. Указанную регулировку выполняют при обеспечении температуры термобаллона 16 на уровне 25°C.

Полость термобаллона, заполненная, например, спиртом, герметично связана посредством каналов 19, 15 с полостью сильфона 9 и выполнена в разы больше его полости, что повышает точность регулирования температуры жидкости в выходном патрубке 2 и обеспечивает ее на уровне ±0,5°C. Повышению указанной точности регулирования способствует оребрение 31, 32 термобаллона 16 путем улучшения его тепловой связи с омываемой жидкостью путем снижения инерционности его работы.

Перемещение регулирующих клапанов 7, 8 выполнено посредством взаимодействия их направляющих муфт 25, 22 с направляющими осями 13, 14 и с обеспечением связи через них для перетекания спирта между полостями 18 и 11, 12 соответственно термобаллона 16 и сильфона 9 в процессе изменения объема полости последнего. Это позволило обеспечить снижение трения между направляющими муфтами и направляющими осями, надежное удержание клапанов в процессе воздействия на них вибрационных и ударных нагрузок при выведении КА на орбиту ракетой-носителем, плотную посадку клапанов на свои посадочные седла за счет взаимодействия направляющих муфт с направляющими осями с люфтом. За счет этого повышена надежность работы терморегулятора.

Сильфон 9 герметично зарезервирован сильфоном 35, что повысило надежность работы терморегулятора.

Разборное устройство клапана 8 позволило изготовление терморегулятора предложенной конструкции, что обеспечило упрощение его конструкции, снижение массы, повышение надежности, расширение возможностей регулируемой настройки терморегулятора и условий его применения.

Предложенный терморегулятор в настоящее время находится на этапе выпуска конструкторской документации на действующий опытный образец с перспективой его применения не только в СТР КА со сроком активного существовании 15 и более лет, но и в гражданской продукции.

Изобретение относится к области автоматического регулирования расходов жидкого теплоносителя, а точнее, к жидкостным терморегуляторам (ЖТР) для разделения или смешения потоков рабочей жидкости, применяемых, например, в системах терморегулирования (СТР) космических аппаратов (КА). Жидкостный терморегулятор содержит: цилиндрический корпус с выходным патрубком, продольная ось которого расположена ортогонально продольной оси корпуса, и с входными патрубками соответственно для горячей и холодной жидкости, соосными с продольной осью корпуса, посадочные седла для регулирующих клапанов указанных входных патрубков и закрепленных на противоположных торцах сильфона, выполненного с перегородкой его полости на левую и правую части, которая неподвижно закреплена на средней части корпуса с вертикальным расположением ее торцевых поверхностей и имеющей неподвижные левую и правую направляющие оси, соосные с продольной осью корпуса, канал для связи между левой и правой полостями сильфона; термобаллон, заправленный рабочей жидкостью, например спиртом, установленный в выходном патрубке. Особенность решения заключается в том, что: цилиндрический корпус выполнен со сквозной внутренней резьбой, посредством которой установлены входные патрубки, посадочные седла и перегородка с ее сопряжением по всему периметру корпуса; канал для связи между левой и правой полостями сильфона выполнен в виде центрального сквозного канала в направляющих осях, герметично связанного с полостью термобаллона, выполненной в разы большей по сравнению с полостью сильфона, посредством другого канала, выполненного проходящим в перегородке ортогонально указанному каналу; седла для регулирующих клапанов выполнены в виде колец и расположены слева от своих регулирующих клапанов, а в их центральных проходах установлены вновь введенные пружины, торцы которых сопряжены соответственно с входным патрубком для горячей жидкости и его регулирующим клапаном, выполненным с муфтой, охватывающей конец левой направляющей оси, и с входным патрубком для холодной жидкости и его регулирующим клапаном, выполненным разборным и состоящим из самого клапана и направляющей муфты с фланцем, охватывающей конец правой направляющей оси, при этом фланец выполнен с диаметром, меньшим диаметра центрального прохода посадочного седла, и соединен с торцом сильфона с одной стороны и с указанным клапаном - с другой стороны, полость корпуса разделена перегородкой на левую и правую части, каждая из которых связана своим каналом в стенке корпуса с выходным патрубком, в котором расположен заправочный штуцер термобаллона, выполненный на его свободном торце. Технический результат заключается в упрощении его конструкции, снижении массы, повышении надежности, расширении возможностей регулируемой настройки терморегулятора и условий его применения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Жидкостный терморегулятор, содержащий: цилиндрический корпус с выходным патрубком, продольная ось которого расположена ортогонально продольной оси корпуса, и с входными патрубками соответственно для горячей и холодной жидкости, соосными с продольной осью корпуса, посадочные седла для регулирующих клапанов указанных входных патрубков и закрепленных на противоположных торцах сильфона, выполненного с перегородкой его полости на левую и правую части, которая неподвижно закреплена на средней части корпуса с вертикальным расположением ее торцевых поверхностей и имеющей неподвижные левую и правую направляющие оси, соосные с продольной осью корпуса, канал для связи между левой и правой полостями сильфона; термобаллон, заправленный рабочей жидкостью, например спиртом, установленный в выходном патрубке, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен со сквозной внутренней резьбой, посредством которой установлены входные патрубки, посадочные седла и перегородка с ее сопряжением по всему периметру корпуса; канал для связи между левой и правой полостями сильфона выполнен в виде центрального сквозного канала в направляющих осях, герметично связанного с полостью термобаллона, выполненной в разы большей по сравнению с полостью сильфона, посредством другого канала, выполненного проходящим в перегородке ортогонально указанному каналу; седла для регулирующих клапанов выполнены в виде колец и расположены слева от своих регулирующих клапанов, а в их центральных проходах установлены вновь введенные пружины, торцы которых сопряжены соответственно с входным патрубком для горячей жидкости и его регулирующим клапаном, выполненным с муфтой, охватывающей конец левой направляющей оси, и с входным патрубком для холодной жидкости и его регулирующим клапаном, выполненным разборным и состоящим из самого клапана и направляющей муфты с фланцем, охватывающей конец правой направляющей оси, при этом фланец выполнен с диаметром, меньшим диаметра центрального прохода посадочного седла, и соединен с торцом сильфона с одной стороны и с указанным клапаном - с другой стороны, полость корпуса разделена перегородкой на левую и правую части, каждая из которых связана своим каналом в стенке корпуса с выходным патрубком, в котором расположен заправочный штуцер термобаллона, выполненный на его свободном торце.

2. Жидкостный терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что термобаллон выполнен с внешним и внутренним оребрениями, или только с одним из них.

3. Жидкостный терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что участки резьбового взаимодействия входных патрубков с корпусом выполнены в виде выступающих наружу тонкостенных цилиндрических оболочек, загерметизированных с их торцов сварным швом.

4. Жидкостный терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что сильфон выполнен по схеме сильфон в сильфоне.

5. Жидкостный терморегулятор по п.1, отличающийся тем, что пружины выполнены по схеме пружина в пружине.