РАЗДЕЛИТЕЛЬ С ПРИНУДИТЕЛЬНО РАЗРУШАЕМОЙ МЕМБРАНОЙ Российский патент 2018 года по МПК F16K17/16 

Изобретение относится к области техники, связанной с управлением двигательными установками космических аппаратов. Разделитель предназначен для начальной герметизации полостей хранения компонентов топлива (топливные полости баков, мультипликаторов) до приведения ДУ в рабочее состояние.

Известны предохранительные мембранные устройства, защищающие пневмосистемы от повышенного давления и, одновременно, исключающие образование осколков при разрушении мембраны. Например, разрушаемая мембрана по патенту РФ №2018757, МПК⁶ F16K 17/40, публикация 30.08.1994, Б.И. №16.

Мембрана выполнена в форме диска с утолщением в центре и утонением по периметру утолщения в виде незамкнутого кольца с прямолинейными концевыми участками, образующими радиальную перемычку в периферийной части диска. При разрушении мембрана прорывается по кольцевому утонению и зависает на радиальной перемычке, не образуя осколков.

Разрушаемая мембрана по авторскому свидетельству СССР №496415, МПК⁶ F16K 17/16, публикация 25.12.1975, Б.И. №47, выполнена в виде сплошного диска, снабженного локализирующей накладкой с внутренним вырезом в виде лепесткового контура, что обеспечивает локальное разрушение мембраны без образования осколков.

Общими недостатками аналогов является ненадежность конструкций, обусловленная сложными конструкциями мембран (разнотолщинностью, наличием локализирующей накладки). Вследствие этого конструкции не обеспечивают стабильного давления разрушения мембраны и постоянного проходного сечения после разрушения мембраны.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является разделитель с разрушаемым элементом (а.с. СССР №945565, МПК F16K 17/40, публикация 23.07.1982, Б.И. №27) содержащий корпус с входным, выходным и командным штуцерами, подвижный уплотняющий элемент, отделяющий управляющую полость от рабочей, разрушаемый уплотнительный элемент, установленный на входе в рабочую полость и подпружиненный разрушающий орган, связанный с подвижным уплотняющим элементом, в котором, с целью повышения надежности устройства за счет исключения попадания агрессивной среды, в управляющей полости установлен нагруженный пружиной запорный орган, снабженный шариковым фиксатором, освобождаемым при перемещении подвижного уплотняющего элемента.

К недостаткам конструкции прототипа следует отнести ее ненадежность и сложность из-за наличия подвижного уплотняемого поршня, который, к тому же, при случайных ударах вдоль оси устройства (из-за отсутствия гарантированного зазора между мембраной и поршнем, ножом), может самопроизвольно срезать мембрану. Кроме того, устройство имеет в конструкции две поршневые пары, это «нож + входной штуцер» и «втулка + донышко», работа которых обеспечивается сильфоном, не гарантирующим соосность нагрузки данных поршневых групп. Сильфон, кроме того, не защищен и от продольного перемещения внутри корпуса, что, в свою очередь, с учетом неравномерности нагрузки, может привести к заклиниванию поршневых групп. Не обеспечивается стабильное давление разрушения, так как в данной конструкции отсутствует возможность регулирования положения ножа (соединенного с сильфоном) относительно мембраны.

Конструкция ножа не гарантирует стабильности расходных массовых характеристик после совершения полного рабочего хода, так как система отверстий в ноже может быть перекрыта срезанным фрагментом мембраны.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства и расширение границ его работоспособности.

Задача решается в разделителе с разрушаемой мембраной, содержащем корпус с входным, выходным и командным штуцерами, подвижный уплотняющий элемент в виде сильфона, установленного на фланце командного штуцера, и отделяющего управляющую полость от рабочей, разрушаемый уплотнительный элемент и разрушающий орган в виде полого цилиндрического ножа с режущим элементом и с отверстиями в стенках для прохода текучей среды, установленный на подвижном фланце уплотняющего элемента и снабженный фиксатором рабочего положения.

Согласно изобретению предлагается фиксатор рабочего положения выполнить в виде разрезного пружинного кольца, установленного в кольцевой наружной канавке подвижного фланца, в стенках которой выполнены отверстия для прохода текучей среды, и контактирующего с внутренней поверхностью корпуса, имеющего на этой поверхности кольцевую канавку для фиксации разрезного пружинного кольца.

Разделитель с разрушаемой мембраной может быть выполнен с фланцем командного штуцера, имеющим резьбовое соединение с корпусом с возможностью установки его в заданное положение в осевом направлении.

Кроме того, полый нож может быть выполнен с режущим элементом в виде равнобедренных треугольных пластин, обращенных углом в сторону разрушаемого элемента и закрепленных радиально на стенках ножа.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен продольный разрез разделителя с принудительно разрушаемой мембраной, на фиг. 2 - сечение по А-А в области ножа (разрушающего элемента).

Разделитель состоит из корпуса 1 на котором установлен входной штуцер 2, а между ними герметично закреплена мембрана 3 (герметизирующий разрушаемый элемент), находящаяся под давлением рабочей среды из полости А. С противоположной стороны в корпус 1 при помощи резьбового соединения, с предварительной установкой необходимого количества регулировочных шайб 4 (для обеспечения зазора h, отвечающего за настройку давления срабатывания и, соответственно, расширение границ работоспособности устройства), установлен фланец командного штуцера 5 с подвижным уплотняющим элементом в виде сильфона 6, установленного коаксиально с корпусом 1. С одной стороны, сильфон 6 жестко зафиксирован во фланце командного штуцера 5 и герметично соединен с ним и командным штуцером 7. С другой стороны на сильфоне 6 закреплены втулка 8, с установленным в ее кольцевой канавке разрезным пружинным кольцом 9, (необходимым для исключения поперечных перемещений, заклинивания и обеспечивающим гарантированную фиксацию сильфонного узла в пазу 10 после совершения рабочего хода устройства) и подвижный фланец 11 с полым ножом 12 с режущими элементами 13, 14, в виде равнобедренных треугольных пластин, и отверстиями 15 для прохода рабочего тела, конструкция которого обеспечивает необходимое разрушение (прорыв) мембраны 3, без образования фрагментов, которые могли бы повлиять на расходную характеристику устройства в целом. Сильфон 6 с неподвижным фланцем командного штуцера 5 и подвижным фланцем 11 представляет собой герметичную систему, разделяющую управляющую газовую полость Б, и рабочую полость В, в которую поступает рабочее тело (компонент) после прорыва мембраны. В стенках кольцевой канавки втулки 8 выполнены отверстия 16. Втулка 8 и подвижный фланец 11 ножа 12 образуют единую деталь. На корпусе 1 установлен выходной штуцер 17.

Разделитель с принудительно разрушаемым элементом (мембраной) работает следующим образом.

По команде из управляющей системы газ из коллектора наддува поступает в полость Б, возникает перепад давления между полостям В и Б, под действием которого полый нож 12, жестко связанный с втулкой 8 и подвижным фланцем 11, преодолевая упругие силы сильфона 6 и силы трения пружины 9 о корпус 1, перемещается в сторону герметизирующего элемента (мембраны) 3, разрушает его (создавая отверстие образованное треугольными лепестками), до совершения полного рабочего хода подвижного фланца 11, закрепленного на сильфоне 6, который заканчивается фиксацией его в корпусе 1, за счет защелкивания пружины 9 в пазу 10, при этом рабочее тело (компонент) из полости А через отверстия 15 в полом ноже 12 поступает в полость В и отверстия 16 в стенках втулки 8 к выходному штуцеру 17 и далее непосредственно на вход управляющих клапанов ЖРДМТ.

Корпус разделителя соединен с неподвижным фланцем сильфонного узла резьбовым соединением. Такое соединение позволяет проводить проверку герметичности сильфонного узла до установки его в корпус, что гарантирует установку годных сильфонов, и позволяет отслеживать качество сварных соединений, что в свою очередь исключает возможность попадания агрессивного рабочего тела в управляющую систему, т.е. повышает надежность.

Появляется возможность установки регулировочных шайб (между корпусом и фланцем сильфонного узла), при помощи которых можно обеспечить необходимый зазор между ножом и мембраной. Возможность регулировки зазора между мембраной и ножом позволяет настраивать необходимое давление разрушения мембраны (давление срабатывания устройства) и одновременно исключает самопроизвольное вскрытие мембраны при случайных ударах вдоль оси устройства.

Отсутствие фиксации сильфонного узла, при совершении обратного хода, позволяет устройству выдерживать гидравлические удары, так как конструкция ножа и толщина и диаметр мембраны рассчитаны таким образом, что мембрана совершая обратный ход (при появлении избыточного давления во входной полости) одновременно воздействует на нож сильфонного узла, сильфон сжимается не нарушая при этом целостность разрушаемого уплотнительного элемента - мембраны.

Конструкция ножа (с необходимым диаметром проходных отверстий) и наличие стопорного пружинного кольца обеспечивают необходимый массовый расход, за счет гарантированной фиксации ножа при помощи стопорного кольца, которое фиксирует положение ножа после совершения необходимого рабочего хода, защелкиваясь в паз 10, расположенный в корпусе устройства.

Изобретение относится к двигательным установкам космических аппаратов. Разделитель с принудительно разрушаемой мембраной содержит корпус с входным, выходным и командным штуцерами, подвижный уплотняющий элемент в виде сильфона, установленного на фланце командного штуцера, отделяющий управляющую полость от рабочей, разрушаемый уплотнительный элемент и разрушающий орган в виде полого цилиндрического ножа с режущим элементом и с отверстиями в стенках для прохода текучей среды, установленный на подвижном фланце уплотняющего элемента и снабженный фиксатором рабочего положения. Фиксатор рабочего положения выполнен в виде разрезного пружинного кольца, установленного в кольцевой наружной канавке подвижного фланца, в стенках которой выполнены отверстия для прохода текучей среды, и контактирующего с внутренней поверхностью корпуса, имеющего на этой поверхности кольцевую канавку для фиксации разрезного пружинного кольца. Техническим результатом изобретения является повышение надежности разделителя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Разделитель с принудительно разрушаемой мембраной, содержащий корпус с входным, выходным и командным штуцерами, подвижный уплотняющий элемент в виде сильфона, установленного на фланце командного штуцера, и отделяющий управляющую полость от рабочей, разрушаемый уплотнительный элемент и разрушающий орган в виде полого цилиндрического ножа с режущим элементом и с отверстиями в стенках для прохода текучей среды, установленный на подвижном фланце уплотняющего элемента и снабженный фиксатором рабочего положения, отличающийся тем, что фиксатор рабочего положения выполнен в виде разрезного пружинного кольца, установленного в кольцевой наружной канавке подвижного фланца, в стенках которой выполнены отверстия для прохода текучей среды, и контактирующего с внутренней поверхностью корпуса, имеющего на этой поверхности кольцевую канавку для фиксации разрезного пружинного кольца.

2. Разделитель с принудительно разрушаемой мембраной по п. 1, отличающийся тем, что фланец командного штуцера имеет резьбовое соединение с корпусом с возможностью установки его в заданное положение в осевом направлении.

3. Разделитель с принудительно разрушаемой мембраной по п. 1 или 2, отличающийся тем, что полый нож выполнен с режущим элементом в виде равнобедренных треугольных пластин, обращенных углом в сторону разрушаемого элемента и закрепленных радиально на стенках ножа.