ПИРОКЛАПАН Российский патент 2019 года по МПК F16K17/14 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к клапанам с разрушаемым запорным элементом, предназначенных для применения в пневмогидравлических системах для открытия постоянного сообщения полостей заправочно-дренажных магистралей и может быть использовано в машиностроении.

Известен запорно-пусковой пироклапан (патент RU 2159889 С1 F16K 17/40), который содержит корпус с входным и выходным каналами, камеру с пиропатроном, соединяющий входной и выходной каналы при срабатывании пиропатрона разрывной запорный орган с ослабляющей кольцевой выточкой, расположенной между двумя его частями с одинаковыми наружными диаметрами. Одна часть запорного органа выполнена в виде втулки. Втулка неподвижно закреплена относительно корпуса. Другая часть запорного органа выполнена в виде поршня с полым хвостовиком. Окружающая выточку полость загерметизирована и соединена каналом с камерой пиропатрона. Соединяющий камеру пиропатрона с полостью выточки канал расположен под углом к оси входного канала корпуса. Ослабляющая выточка имеет поперечное сечение в виде прямоугольной трапеции. Меньшее основание прямоугольной трапеции образовано внутренним диаметром выточки. Угол наклона наклонной стороны прямоугольной трапеции поперечного сечения выточки равен углу наклона оси канала, соединяющего камеру пиропатрона с полостью выточки. Внутренний диаметр втулки равен внутреннему диаметру выточки.

Недостатком данной конструкции является отсутствие фиксации поршня после разрушения запорного органа, в результате чего поршень может вернуться на исходную позицию и помешать нормальному течению рабочей среды между входным и выходным каналами. Кроме этого к недостаткам следует отнести попадание пирогазов в рабочую полость, что может вызвать нарушение химического состава рабочей среды, химическую реакцию и даже возгорание в случае горючей рабочей среды.

Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, взятый за прототип, является пироклапан (патент RU 2362078 С2 F16K17/14), состоящий из корпуса и пиропривод (пиропатрон) с управляющей полостью и входным и выходным патрубками (штуцерами) канала подачи рабочего тела, причем входной патрубок выполнен в виде стакана с ослабленным сечением в донной части, а в управляющей полости установлен поршень с толкателем, расположенный перпендикулярно к стакану с донной частью, соосно донной части установлено средство защиты канала подачи рабочего тела. В боковой полости установлен дополнительный поршень с глухим радиальным каналом, в донную часть которого упирается донная часть входного патрубка с ослабленным сечением, причем на боковой поверхности указанного поршня выполнена лыска, плоскость которой совпадает или находится ниже ослабленного сечения. Гаситель удара в боковой полости выполнен в виде заглушки с пружинным фиксатором, а на дополнительном поршне имеется ответный хвостовик.

Недостатком данной конструкции является негерметичность пироклапана после срабатывания пиросредства по резьбе пиропривода с корпусом и негерметичность по резьбе уплотнительного поршневого кольца с хвостовиком поршня. Кроме этого к недостаткам следует отнести недостаточную надежность заклинивания конической части поршня в конусе управляющей полости корпуса, что делает возможным попадание рабочей среды в управляющую полость, ухудшая ее герметизацию.

Сущность изобретения заключается в том, что в пироклапане, состоящем из корпуса с входным и выходным штуцерами канала подачи рабочей среды, пиропатрона с управляющей полостью, поршня, размещенного в канале корпуса, корпус выполнен в виде трубы с боковым отводом, с одной стороны которой установлен выходной штуцер с внутренним проходным отверстием с раструбом в виде конуса, с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации, а со стороны бокового отвода установлен входной штуцер, причем поршень герметично установлен в канал корпуса после раструба, с возможностью перекрытия бокового отвода, а после бокового отвода в канале корпуса выполнено сужение и установлена направляющая гайка, опирающаяся на торец, образованный за счет сужения канала корпуса, далее в корпусе выполнен штуцер с установленным в нем пиропатроном с управляющей полостью соединенной с каналом корпуса, перекрытым штоком поршня, а напротив пиропатрона установлен срезной винт, удерживающий поршень, при этом головка поршня имеет форму усеченного конуса, а гнездо фиксации выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами, при этом угол при вершине конуса на головке поршня меньше, угла при вершине конуса в гнезде фиксации, но при этом наибольший диаметр поперечного среза наконечника головки поршня больше меньшего диаметра гнезда фиксации. А также выходной штуцер выполнен в виде крепежного фланца с уплотнительными канавками и крепежными отверстиями.

Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение гарантированной герметичности пироклапана после срабатывания пиросредства посредством обеспечения высокой надежности заклинивания конической части поршня в конусе гнезда фиксации и предотвращения возвращения поршня в исходное положение.

На фиг. 1 изображен общий вид пироклапана.

На фиг. 2 изображен пироклапан после срабатывания пиросредства.

На фиг. 3 изображена коническая часть поршня в конусе гнезда фиксации после срабатывания пиросредства.

Конструкция пироклапана состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами канала подачи рабочей среды 4, пиропатрона 5 с управляющей полостью 6 и установленным поршнем 7 в канале корпуса 8, а сам корпус 1 является направляющей частью поршня 7. Корпус 1 выполнен в виде трубы с боковым отводом 9, с одной стороны которой установлен выходной штуцер 3 с внутренним проходным отверстием с раструбом 10 в виде конуса, а с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации 11 с заглушкой 12, а со стороны бокового отвода 9 установлен входной штуцер 2. Поршень 7 герметично установлен в канал корпуса 8 после раструба 10, таким образом, что боковой отвод 9 перекрывается посредством ввернутого на шток 13 поршня 7 со стороны выходного штуцера 3 наконечника штока 14, диаметр которого равен диаметру канала корпуса 8, при этом наконечник штока 14 уплотнен кольцом 15 по диаметру. После бокового отвода 9 выполнено сужение канала корпуса 8 и установлена направляющая гайка 16, опирающаяся на торец А, образованный за счет сужения канала корпуса 8. В полости между штоком 13 поршня 7 и каналом корпуса 8 в месте сужения установлен уплотнительный элемент 17. Поршень 7 упирается своим торцом Б в торец В корпуса 1 и фиксируется в этом положении срезным винтом 18. Срезной винт 18 ввернут в отверстие корпуса 1, а своим хвостовиком 19 входит в отверстие поршня 7 и фиксирует поршень от перемещения. Напротив срезного винта 18 в корпусе 1 выполнен штуцер 20, в который установлен пиропатрон 5, управляющая полость 6 которого соединена с каналом корпуса 8, перекрытым поршнем 7, который уплотнен кольцом 21 по корпусу 1. Головка 22 поршня 7 со стороны гнезда фиксации 11 имеет форму усеченного конуса. Гнездо фиксации 11 выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами 23, обеспечивающими клин. Угол при вершине конуса а на поршне 7 меньше, чем угол при вершине конуса β в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Выбор угла производился экспериментальным путем. При этом наибольший диаметр D₁ головки штока 22 больше меньшего диаметра D₂ отверстия гнезда фиксации 11 (см. фиг. 3). Выходной штуцер 3 выполнен в виде крепежного фланца 24 с уплотнительными канавками 25 и крепежными отверстиями 26. Герметичность пиропатрона 5 обеспечивает алюминиевая прокладка 27. Пироклапан работает следующим образом.

После срабатывания пиропатрона 5 газ высокого давления, воздействуя на торец Г поршня 7, отсекает срезной винт 18 и на большой скорости перемещает поршень 7 в гнездо фиксации 11 (см. фиг. 2), где головка 22 поршня 7 надежно фиксируется за счет демпфирующих эластичных ребер 23, обеспечивающих клин, и за счет того, что угол а при вершине конуса на поршне 7 меньше, чем угол β при вершине конуса в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Наконечник штока 14 перемещается в сторону направляющей гайки 16, открывая канал для рабочей среды 4 от входного штуцера 2 к выходному штуцеру 3. При этом наконечник штока 14, уплотненный кольцом 15 по диаметру и вместе с уплотнительным элементом 17 около направляющей гайки 16 образуют двойной барьер уплотнения, герметично разделяя канал для рабочей среды 4 с одной стороны и управляющую полость 6 пиропатрона 5 с каналом корпуса 8 от пирогазов с другой стороны.

Таким образом, предложенная конструкция пироклапана обеспечивает:

- высокую герметичность после срабатывания пиропатрона 5 между каналом для рабочей среды 4 с одной стороны и управляющей полостью 6 пиропатрона 5 с каналом 8 от пирогазов с другой стороны, что обеспечивается благодаря двойному уплотнению резинового кольца 15 на наконечнике штока 14 по диаметру и уплотнительного элемента 17 между поршнем 7 и корпусом 1;

- высокую надежность заклинивания конической части поршня 7 в конусе гнезда фиксации 11 за счет демпфирующих эластичных ребер 23, обеспечивающих клин, и за счет того, что угол а при вершине конуса на поршне 7 меньше, чем угол β при вершине конуса в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Заклинивание предотвращает возвращение поршня 7 в исходное положение и закрытие канала для рабочей среды 4.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к клапанам с разрушаемым запорным элементом. Пироклапан состоит из корпуса с входным и выходным штуцерами канала подачи рабочей среды, пиропатрона с управляющей полостью, поршня, размещенного в канале корпуса. Корпус выполнен в виде трубы с боковым отводом, с одной стороны которой установлен выходной штуцер с внутренним проходным отверстием с раструбом в виде конуса, с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации, а со стороны бокового отвода установлен входной штуцер. Поршень герметично установлен в канал корпуса после раструба с возможностью перекрытия бокового отвода, а после бокового отвода в канале корпуса выполнено сужение и установлена направляющая гайка, опирающаяся на торец, образованный за счет сужения канала корпуса. Далее в корпусе выполнен штуцер с установленным в нем пиропатроном с управляющей полостью, соединенной с каналом корпуса, перекрытым штоком поршня, а напротив пиропатрона установлен срезной винт, удерживающий поршень. Головка поршня имеет форму усеченного конуса, а гнездо фиксации выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами, при этом угол при вершине конуса на головке поршня меньше угла при вершине конуса в гнезде фиксации, но при этом наибольший диаметр поперечного среза наконечника головки поршня больше меньшего диаметра гнезда фиксации. Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение гарантированной герметичности пироклапана после срабатывания пиросредства посредством обеспечения высокой надежности заклинивания конической части поршня в конусе гнезда фиксации и предотвращения возвращения поршня в исходное положение. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пироклапан, состоящий из корпуса с входным и выходным штуцерами канала подачи рабочей среды, пиропатрона с управляющей полостью, поршня, размещенного в канале корпуса, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде трубы с боковым отводом, с одной стороны которой установлен выходной штуцер с внутренним проходным отверстием с раструбом в виде конуса, с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации, а со стороны бокового отвода установлен входной штуцер, причем поршень герметично установлен в канал корпуса после раструба с возможностью перекрытия бокового отвода, а после бокового отвода в канале корпуса выполнено сужение и установлена направляющая гайка, опирающаяся на торец, образованный за счет сужения канала корпуса, далее в корпусе выполнен штуцер с установленным в нем пиропатроном с управляющей полостью, соединенной с каналом корпуса, перекрытым штоком поршня, а напротив пиропатрона установлен срезной винт, удерживающий поршень, при этом головка поршня имеет форму усеченного конуса, а гнездо фиксации выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами, при этом угол при вершине конуса на головке поршня меньше угла при вершине конуса в гнезде фиксации, но при этом наибольший диаметр поперечного среза наконечника головки поршня больше меньшего диаметра гнезда фиксации.

2. Пироклапан по п. 1, отличающийся тем, что выходной штуцер выполнен в виде крепежного фланца с уплотнительными канавками и крепежными отверстиями.