ПНЕВМОУПРАВЛЯЕМЫЙ КЛАПАН Российский патент 2016 года по МПК F16K31/122 

Область техники

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в трубопроводных системах для управления потоками компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе (ЖРД).

Предшествующий уровень техники

Одной из важных и трудных задач, возникающих при создании ЖРД, является обеспечение нормального протекания переходных процессов.

Характер протекания переходных процессов во многом определяется работой агрегатов системы управления и регулирования двигателя: пусковых и отсечных топливных клапанов, электропневмоклапанов и других агрегатов автоматики.

Топливные клапаны в двигателе должны обладать малыми габаритами и небольшой массой. Кроме того, они должны исключать возможность попадания горючего и окислителя в агрегаты двигателя (газогенератор, камеру сгорания) до начала запуска и после отключения двигателя.

Известен пневмоклапан для дистанционного перекрытия магистрали, включающий в себя корпус с входным и выходным патрубками и пневмоцилиндр с установленным в нем управляющим поршнем, причем между крышкой пневмоцилиндра и поршнем размещен стакан, на наружной поверхности которого выполнен винтовой канал, связанный с патрубком, через который осуществляется подача сжатого газа в надпоршневую полость пневмоцилиндра.

Применение этого пневмоклапана позволяет уменьшить осевые и диаметральные габариты клапана. Аналог предлагаемого изобретения авт. свид. СССР №561829, МПК F16K 31/383, 1977 г.

Недостатком аналога является отсутствие в нем устройства, позволяющего осуществлять продувку жидкостной полости клапана при его закрытии.

Известен нормально закрытый клапан с пневмоприводом (см. кн. Г.Г. Гахун, «Конструирование и проектирование ЖРД», под общей ред., проф. Г.Г. Гахуна, М., Маш., 1989 г., с. 328-329, рис. 12.8), состоящий из корпуса с выходным и двумя выходными патрубками, затвора, поджатого пружиной к седлу. Затвор выполнен в виде стакана, внутри которого расположена пружина. Управляющий газ через штуцер и обратный клапан поступает внутрь стакана. Под давлением сжатого газа и действия пружины затвор плотно прижимается к седлу, чем объясняется высокая степень герметизации. Для открытия клапана стравливается давление сжатого газа из управляющей полости.

Недостатком этого клапана является отсутствие в нем устройства, позволяющего осуществлять продувку жидкостной полости клапана при его закрытии.

Известен также пневмоуправляемый клапан одностороннего действия, предназначен для управления подачей горючего в газогенератор ЖРД. Клапан содержит корпус, в котором выполнены входной и выходной патрубки, установленные под углом 90 градусов друг к другу, полый цилиндрический затвор, поджатый пружиной к седлу выходного патрубка, причем затвор выполнен за одно целое с поршнем (диаметр поршня больше диаметра затвора), установленным в управляющей полости клапана, ограниченной крышкой. Крышка имеет штуцер, через который подается управляющий сжатый газ в подпоршневую полость поршня. Управляющая и жидкостная полости отделены от атмосферы резиновыми манжетами (см. В.П. Глушко, «Альбом конструкций ЖРД», стр. 166, фиг. 419, 1989 г.).

Данное техническое решение принимаем в качестве прототипа.

Недостатки прототипа - нет устройства средств, обеспечивающих быстрое удаление горючего из жидкостной полости клапана.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание пневмоуправляемого клапана, обеспечивающего продувку жидкостной полости клапана и удаление остатков топлива из этой полости в огневую полость газогенератора после закрытия клапана.

Эта задача решена за счет того, что в пневмоуправляемом клапане, состоящем из корпуса с входным и выходным патрубками, пневмоцилиндра с установленным в нем управляющим поршнем и полого цилиндрического затвора, связанного с поршнем и поджатого пружиной к седлу, а в пневмоцилиндре образованы две управляющие полости, которые соединены с разными источниками сжатого газа, а на крышке пневмоцилиндра выполнен штуцер для продувки выходного патрубка клапана, который соединен со втулкой, установленной вдоль оси клапана, которая через осевое отверстие в управляющем поршне свободно установлена в полости полого цилиндрического затвора с осевым зазором между внутренним торцом затвора и торцом втулки, причем в полости втулки, в ее концевом участке ,расположен обратный клапан, а в торцевой внешней поверхности затвора выполнены сквозные продувочные отверстия, соединяющие полость затвора с полостью выходного патрубка.

Другими отличиями являются:

- величина осевого зазора между внутренним торцом затвора и торцом втулки должна быть не меньше хода затвора;

- уплотнение между затвором и седлом выполнено «конус по конусу»;

- затвор выполнен за одно целое с управляющим поршнем;

- внешний диаметр затвора меньше диаметра управляющего поршня;

- отделение жидкостных полостей клапана от управляющих обеспечивается уплотнительными манжетами;

- продувка полостей клапана и агрегата, на котором он установлен, осуществляется азотом или гелием.

Технический результат состоит в исключении возможности попадания горючего в газогенератор до начала запуска и после отключения двигателя и уменьшения импульса последействия за счет снижения времени догорания топлива.

На чертеже представлен продольный разрез пневмоуправляемого клапана.

Пример осуществления изобретения

Как показано на чертеже, пневмоуправляемый клапан содержит корпус 1, в котором выполнены входной 2 и выходной 3 патрубки, установленные под углом 90 градусов друг к другу, полый цилиндрический затвор 4, поджатый пружиной 5 к седлу 6 выходного патрубка 3. Затвор 4 выполнен за одно целое с поршнем 7 (его диаметр больше диаметра затвора), который установлен в управляющей полости 8 клапана, ограниченной крышкой 9. В клапане имеется штуцер 10, через который подается сжатый газ в управляющую полость 8 поршня 7. Управляющая полость 8 поршня 7 отделена от атмосферы резиновой манжетой 11, жидкостная полость 12 отделена от управляющей полости также резиновой манжетой 13. В корпусе клапана выполнена вторая управляющая полость 14, которая через штуцер 15, выполненный в корпусе, соединена со сжатым газом. В крышке корпуса клапана имеется полая втулка 16, соосно расположенная вдоль оси клапана. Выходной конец полой втулки 16 вставлен в полый затвор с некоторым осевым зазором относительно внутренней поверхности 17 затвора 4. Внутри полой втулки 16 размещен обратный клапан 18. Затвор 4 клапана и его седло 6 выполнены конической формы, а в теле затвора 4 выполнены продольные каналы 19. В крышке выполнен штуцер 20, через который осуществляется пневматическая связь полой втулки 16 с инертным газом, обеспечивающим продувку жидкостной полости клапана и газогенератора (не показано) после его закрытия.

Работа устройства

В исходном положении клапан закрыт. Входная полость 2 заполнена рабочей жидкостью. Затвор 4 прижат пружиной 5 к седлу 6.

При подводе газа с высоким давлением к штуцеру 15 и в управляющую полость 14 затвор 4 под воздействием давления газа на неразгруженную площадь затвора движется, преодолевая усилия пружины 5, и открывает клапан, соединяя входную полость 2 с выходной полостью 3.

При высоком давлении рабочей жидкости в полостях 2 и 3 затвор 4 удерживается в открытом положении за счет воздействия этого давления жидкости на неразгруженную площадь затвора, при сбросе давления газа в полости 14.

По мере снижения давления рабочей жидкости в полостях 2 и 3 затвор 4 под действием усилия пружины 5 перемещается до посадки на седло 6, закрывая клапан. После закрытия клапана к штуцеру 20 подводится газ высокого давления, который через обратный клапан 18 и отверстия 19 в затворе поступает в выходную полость 3, освобождая ее и полость газогенератора от остатков рабочей жидкости.

В клапане предусмотрена возможность в случае аварийной ситуации принудительного закрытия клапана путем подачи управляющего газа в штуцер 10 (при отсутствии в полости 14 управляющего давления). Закрытие в этом случае может осуществляться при максимальном давлении рабочей жидкости в полостях 2 и 3.

Промышленное применение

Предлагаемый пневмоуправляемый клапан найдет применение в ЖРД для управления подачей топлива в газогенератор.

Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в трубопроводных системах для управления потоками компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе. Пневмоуправляемый клапан состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, пневмоцилиндра с установленным в нем управляющим поршнем и полого цилиндрического затвора, связанного с поршнем и поджатого пружиной к седлу. В пневмоцилиндре образованы две управляющие полости, которые соединены с разными источниками сжатого газа. На крышке пневмоцилиндра выполнен штуцер для продувки выходного патрубка клапана, который соединен со втулкой, установленной вдоль оси клапана. Указанная втулка через осевое отверстие в управляющем поршне свободно установлена в полости полого цилиндрического затвора с осевым зазором между внутренним торцом затвора и торцом втулки. Причем в полости втулки, в ее концевом участке, расположен обратный клапан. В торцевой внешней поверхности затвора выполнены сквозные продувочные отверстия, соединяющие полость затвора с полостью выходного патрубка. Технический результат состоит в исключении возможности попадания горючего в газогенератор до начала запуска и после отключения двигателя и уменьшения импульса последействия за счет снижения времени догорания топлива. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пневмоуправляемый клапан, состоящий из корпуса с входным и выходным патрубками, пневмоцилиндра с установленным в нем управляющим поршнем и полого цилиндрического затвора, связанного с поршнем и поджатого пружиной к седлу, отличающийся тем, что в пневмоцилиндре образованы две управляющие полости, которые соединены с разными источниками сжатого газа, а на крышке пневмоцилиндра выполнен штуцер для продувки выходного патрубка клапана, который соединен со втулкой, установленной вдоль оси клапана, которая через осевое отверстие в управляющем поршне свободно установлена в полости полого цилиндрического затвора с осевым зазором между внутренним торцом затвора и торцом втулки, причем в полости втулки, в ее концевом участке, расположен обратный клапан, а в торцевой внешней поверхности затвора выполнены сквозные продувочные отверстия, соединяющие полость затвора с полостью выходного патрубка.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что величина осевого зазора между внутренним торцом затвора и торцом втулки должна быть не меньше хода затвора.

3. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение между затвором и седлом выполнено «конус по конусу».

4. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что затвор выполнен за одно целое с управляющим поршнем.

5. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что внешний диаметр затвора меньше диаметра управляющего поршня.

6. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что отделение жидкостных полостей клапана от управляющих обеспечивается уплотнительными манжетами.

7. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что продувка полостей клапана и агрегата, на котором он установлен, осуществляется азотом или гелием.