БЛОК КЛАПАНОВ Российский патент 2016 года по МПК F16K17/40 

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально открытым клапанам, содержащим подпружиненный запорный орган, привод для его перемещения и предназначенный для закрытия доступа рабочего тела из одной магистрали в другую. Оно может быть использовано в машиностроении, например, в ракетной технике.

В настоящее время в ЖРД используются магистрали для контроля натекания высокотоксичных компонентов в ЖРД при длительном хранении. При запуске ЖРД магистрали необходимо отсечь для исключения утечек компонентов, для чего используются отсечные клапаны. При этом давление компонентов в магистралях контроля от атмосферного возрастает при запуске ЖРД и может быть как низким, порядка 20 кгс/см², так и высоким - 200-600 кгс/см².

Известен отсечной клапан с электромагнитным приводом (Добровольский М.В. «Жидкостные ракетные двигатели», из-во Машиностроение 1968 г., 240-241 с.: ил. Рис.6.14), содержащий: корпус, входной штуцер 1, выходной штуцер 6, нижний клапан 3, верхний клапан 7, электромагнит 9. Недостатком указанного отсечного клапана является необходимость срабатывания отсечного клапана для контроля пробы газовой смеси в магистралях ЖРД, проводимого через определенное время в течение длительного хранения ЖРД до нескольких десятков лет, сложность конструкции и большая масса с учетом электрического кабеля для электромагнита, что еще более усугубляется для блока клапанов ЖРД, для которого число отсечных клапанов может быть 6 и более.

Известен пироклапан (Эдельман А.Н., «Топливные клапаны ЖРД», из-во Машиностроение, 1970, стр. 73-75), содержащий запорный орган, выполненный в виде конической пробки, коническое седло, выполненное в выходном канале.

Недостатками указанного пироклапана являются невозможность использования для ЖРД с топливами, которые взрываются при контакте с пороховыми газами, образующимися при сгорании порохового заряда пироэнергодатчика, и большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика.

Известно устройство отсечки и уплотнения в гидравлической магистрали (патент USA №3125108 кл. 137-68 от 17 марта 1964), содержащее цилиндр с боковыми соосными отверстиями, сквозь которые пропущена труба, силовой цилиндр и пироэнергодатчик.

Недостатками устройства являются трудоемкость получения профиля взаимодействующих поверхностей корпуса и силового цилиндра, участвующих в деформации и защемлении трубы для исключения утечек, возможность появления трещин в трубе и большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика.

Известен пироклапан (патент RU №2142085 МПК⁶F16K 17/40 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой.

Недостатком пироклапана является большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика, что еще более усугубляется для блока клапанов ЖРД, для которого число отсечных клапанов может быть 6 и более.

При использовании нормально открытого пневмоклапана, управляемого электропневмоклапаном с электрокабелем, также получаем большую массу, что затрудняет его использование.

Задачей предлагаемого изобретения является: упрощение конструкции, снижение массы и уменьшение габаритов клапана, за счет использования давления рабочего тела для привода клапана.

Поставленная задача решается тем, что в блоке клапанов, состоящем минимум из двух клапанов, содержащих корпуса с патрубками входа и выхода, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой, согласно изобретению, в корпусах выполнены бобышки с проточкой, соединенные герметично между собой по торцам, со стороны входа корпусов выполнен жиклер, по оси входа корпусов выполнены две проточки, в проточки корпусов установлены подпружиненные ступенчатые поршни, в проточки бобышек корпусов установлена ступенчатая втулка с отверстиями, образуя между малыми ступенями и проточкой бобышек проточные полости, в корпусе первого клапана выполнены каналы, соединяющие входную до жиклера и надпоршневую полости первого клапана через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость, а в корпусе второго клапана выполнен канал, соединяющий через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость надпоршневую полость второго клапана с входной полостью первого клапана.

На поршень на большую ступень установлено уплотнение, состоящее, например, из резиновых колец с защитными уплотнительными шайбами.

На поршне по торцу меньшей ступени выполнена коническая поверхность, взаимодействующая с торцевой кромкой жиклера.

Установка в блок клапанов подпружинного ступенчатого поршня, управляемого через каналы в корпусе, отверстия в ступенчатой втулке и проточные полости входным давлением на первый клапан 200-400 кгс/см и даже при низком входном давлении на второй клапан до 20 кгс/см, позволяет надежно отсечь рабочее тело со стороны входа первого клапана и выхода второго клапана посадкой конической поверхности меньшей ступени поршня на торцевую кромку жиклера.

Предлагаемый блок клапанов представлен на фиг.1, где:

1 - корпус с патрубками входа и выхода с бобышкой первого клапана;

2 - корпус с патрубками входа и выхода с бобышкой второго клапана;

3 - ступенчатый поршень;

4 - втулка с отверстиями;

5 - резиновое кольцо;

6 - защитная фторопластовая шайба;

7 - заглушка;

8 - пружина;

А - жиклер;

Б - канал с входа корпуса до втулки с отверстиями первого клапана;

В - канал от втулки с отверстиями до надпоршневой полости первого канала;

Г - канал от втулки с отверстиями до надпоршневой полости второго канала;

Д - коническая поверхность; E - проточная полость.

На фиг. 1 показан общий вид блока клапанов в разрезе.

Блок клапанов состоит из корпуса с патрубками входа и выхода с бобышкой первого клапана 1, соединенного герметично сваркой с ним корпуса с патрубками входа и выхода с бобышкой второго клапана 2 по торцам бобышек, жиклеров А и каналов Б, В и Г корпусов клапанов, ступенчатых поршней 3 с конической поверхностью Д, установленных в проточки корпусов первого и второго клапанов, ступенчатой втулки с отверстиями 4, взаимодействующей с проточками бобышек первого и второго клапанов, образуя между малыми ступенями ступенчатой втулки и проточкой бобышек проточные полости Е, уплотнения, состоящего, например, из резиновых колец 5 и защитных фторопластовых шайб 6, установленных на большую ступень поршней 3.

Блок клапанов работает следующим образом. В исходном положении клапаны находятся в открытом положении и позволяют проводить контроль натекания высокотоксичного компонента через вход, выход первого клапана из одной полости двигателя, затем в систему газоанализа, и далее на вход, выход второго клапана в другую полость двигателя в течении всего времени длительного хранения.

При запуске ЖРД давление со стороны входа первого клапана резко растет до 200-600 кгс/см² от ТНА двигателя и на выходе второго клапана - до 20 кгс/см² от БТНА двигателя. Компонент, протекая через жиклеры А, дросселируется и сбрасывается на выход первого клапана и на вход второго клапана. По каналу Б, расположенному до жиклера, каналам В и Г, отверстиям ступенчатой втулки 4 и проточным полостям Е, компонент высокого давления 200-600 кгс/см² попадает в надпоршневые полости клапанов, при этом ступенчатые поршни 3 перемещаются, сжимая пружины 8, до посадки конических поверхностей Д на торцевую кромку жиклеров А, герметично отсекая поступление компонента высокого давления на выход первого клапана и на вход второго клапана. Такое положение клапанов сохраняется в течение всего времени работы ЖРД.

При выключении ЖРД давление компонента со стороны входа первого клапана и со стороны выхода второго клапана падает и ступенчатые поршни возвращаются в исходное положение, сообщая входные и выходные полости клапанов.

Так как использование блока клапанов предполагается в условиях высоких входных давлений, например в ракетной технике, для изготовления деталей используется сталь 07Х16Н6Ш, для пружины сталь 12Х18Н10Т. Для изготовления резиновых колец используется смесь резиновая ИРП- 1118, защитная шайба изготавливается из фторопласта-4.

Таким образом, применение указанного блока клапанов позволяет использовать давление рабочего тела для привода клапана без электрической команды управления на привод клапана, что упрощает конструкцию, снижает массу и позволяет многократное его использование при стендовой отработке ЖРД.

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально открытым клапанам, и может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике. Блок клапанов состоит минимум из двух клапанов, содержащих корпуса с патрубками входа и выхода, затворы, поршни, установленные в проточки корпусов. В корпусах выполнены бобышки с проточками, соединенные герметично между собой по торцам. Со стороны входа корпусов выполнены жиклеры. По оси входа корпусов выполнены две проточки. Установленные в проточки корпусов затворы и поршни выполнены в виде подпружиненных ступенчатых поршней. В проточки бобышек корпусов установлена ступенчатая втулка с отверстиями, образуя между малыми ступенями и проточкой бобышек проточные полости. В корпусе первого клапана выполнены каналы, соединяющие входную до жиклера и надпоршневую полости первого клапана через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость. В корпусе второго клапана выполнен канал, соединяющий через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость надпоршневую полость второго клапана с входной полостью первого клапана. Применение указанного блока клапанов позволяет использовать давление рабочего тела для привода клапана без электрической команды управления на привод клапана, что упрощает конструкцию, снижает массу и позволяет многократное его использование. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Блок клапанов, состоящий минимум из двух клапанов, содержащих корпуса с патрубками входа и выхода, затворы, поршни, установленные в проточки корпусов, отличающийся тем, что в корпусах выполнены бобышки с проточками, соединенные герметично между собой по торцам, со стороны входа корпусов выполнены жиклеры, по оси входа корпусов выполнены две проточки, а установленные в проточки корпусов затворы и поршни выполнены в виде подпружиненных ступенчатых поршней, в проточки бобышек корпусов установлена ступенчатая втулка с отверстиями, образуя между малыми ступенями и проточкой бобышек проточные полости, в корпусе первого клапана выполнены каналы, соединяющие входную до жиклера и надпоршневую полости первого клапана через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость, а в корпусе второго клапана выполнен канал, соединяющий через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость надпоршневую полость второго клапана с входной полостью первого клапана.

2. Блок клапанов по п. 1, отличающийся тем, что на поршень на большую ступень установлено уплотнение.

3. Блок клапанов по п. 1, отличающийся тем, что на поршне по торцу меньшей ступени выполнена коническая поверхность, взаимодействующая с торцевой кромкой жиклера.