ДРОССЕЛЬ ТЯГИ Российский патент 2023 года по МПК F16K3/26 

Изобретение относится к пневмогидравлической автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления для регулирования расходов жидкостных потоков в составе ракетных двигателей.

Известен близкий по технической сущности к предлагаемому дросселю топливный клапан ЖРД (патент США №3367360, кл. 137-505.22, заявлено 16.07.65, опубликовано 06.02.68) - аналог, в котором регулирование расхода выполняется перемещением поршня, снабженного цилиндрической втулкой относительно седла, представленного в виде профильного тела. Перемещение поршня происходит за счет подачи давления в полость управления. Недостатками топливного клапана являются сложность конструкции с наличием большого числа уплотнительных элементов с ограниченным сроком эксплуатации, необходимость в дополнительном источнике жидкости с регулированием давления и необходимость переключения давления по полостям поршня (регулирующее и распределительное устройства должны управляться от системы управления), отсутствие непосредственного управления расходом и сложность увязки проливочных характеристик клапана с уровнями подаваемых в клапан давлений.

Известен прямоточный регулирующий дроссель (см. патент RU №2375630), содержащий корпус с патрубками входа и выхода, подвижную гильзу с зубчатой рейкой, направляющую для гильзы, неподвижные втулку и профильное тело, установленные с разных сторон гильзы, и приводной валик с шестерней, направляющая для гильзы выполнена за одно целое и соосно с профильным телом, установленным в корпусе на ребрах, и размещена внутри гильзы, перемещающейся по ней на втулке с опорами, выполненными внутри втулки, а втулка соединена с телом гильзы ребрами. Дросселирующее сечение образуется между поверхностью неподвижного профильного тела и кромкой цилиндрической втулки гильзы. Гильза перемещается поступательно посредством реечной передачи от приводного валика, который вращается приводом.

Недостатками дросселя являются:

- сложность конструкции из-за наличия утечки между корпусом и наружной поверхностью гильзы, что привело к необходимости ввести в конструкцию регулировку утечек при настройке регулировочной иглой, расположенной внутри профильного тела, увеличивая тем самым время на изготовление дросселя;

- увеличение усилия для перемещения гильзы особенно при высоких расходах рабочего тела, т.е. увеличение необходимой мощности привода из-за применения большого количества трудозатратных деталей и узлов, связанных конструктивно с расположением направляющей с опорами гильзы во внутренней проточной части полости гильзы, что так же существенно ухудшает гидравлическую характеристику;

- применение смазки на направляющей гильзы, что значительно уменьшает температурный диапазон применения дросселя при криогенных температурах.

Цель изобретения - уменьшение момента сопротивления повороту вала дросселя с упрощением конструкции, а также расширение температурного диапазона применения дросселя.

В предлагаемой конструкции внутренняя полость дросселя разделена корпусом гильзы на две части при помощи герметизации подвижного соединения подпружиненным манжетным уплотнением на полость с высоким входным давлением, которая включает полость входного патрубка плюс отверстие в гильзе до щели, образованной иглой и кромкой отверстия гильзы, и полость с низким давлением рабочего тела, которая включает полость, в которой расположены зубчатая рейка и приводной валик с шестерней, и полость выходного патрубка. Для этого на входной части гильзы выполнен тонкостенный цилиндрический участок, установленный в направляющее отверстие в стенке корпуса. Цилиндрический участок гильзы выходит через стенку корпуса в полость входного патрубка, приваренного к корпусу, и своей наружной поверхностью образует с поверхностями: с торцом входного патрубка, а также цилиндрической и плоской стенкой корпуса - кольцевую полость, в которую установлена пружина, поджимающая манжетное уплотнение. Подпружиненная манжета герметизирует подвижное соединение гильза-корпус и отделяет входную полость с высоким давлением рабочего тела от полости с низким давлением. Кроме этого, наружный диаметр тонкостенного цилиндрического участка гильзы равен внутреннему диаметру цилиндрической поверхности гильзы над иглой, в результате чего гильза в осевом направлении почти разгружена от перепада давлений рабочего тела. Так высокое давление, действующее на торец цилиндрического участка гильзы, почти уравновешено давлением рабочего тела, ограниченного внутренним диаметром, перед иглой из-за равенства наружного и внутреннего диаметров гильзы.

Усилия, действующие на соответствующие торцевые поверхности гильзы в полости низкого давления рабочего тела, также уравновешены благодаря сквозным равномерно расположенным отверстиям на боковых поверхностях опорного буртика, которые выравнивают давления в полости с рейкой и в полости выходного патрубка дросселя.

В предлагаемом дросселе отсутствуют утечки, имеющие место в дросселе-прототипе, и не требуется дополнительных конструктивных мер по устранению их влияния на характеристику дросселя, что упрощает предлагаемую конструкцию и делает дроссель более технологичным при изготовлении.

Все выше примененное в дросселе уменьшает момент сопротивления повороту вала дросселя, расширяет температурный диапазон применения дросселя и упрощает конструкцию.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид дросселя тяги.

Дроссель тяги, содержащий корпус 1, подвижную гильзу 2, зубчатую рейку 3, приводной валик с шестерней 4, иглу - профильное тело 5, поводок 6, манжетную пару 7, которая уплотняет подвижное соединение и отделяет полость высокого давления (от патрубка входа до иглы) и полость низкого давления (от стенки корпуса 13 до выходного патрубка выхода), пружину 8, входной патрубок 9 и выходной патрубок 10. Кроме этого на гильзе имеется цилиндрический участок 11 наружный диаметр, которого равен внутреннему диаметру гильзы над иглой 5. Цилиндрический участок 11 установлен в направляющее отверстие стенки 13 корпуса, которая является передней опорной поверхностью гильзы, а вторая опорная поверхность на гильзе выполнена в виде буртика 12, установленного в направляющее отверстие корпуса. Буртик имеет сквозные отверстия на боковых поверхностях для прохода рабочего тела в полость, где находится рейка и приводной валик 4.

Привод для управления дросселем крепится на фланце прилива корпуса дросселя и соединяется через муфту с приводным валиком 4.

Дроссель, управляется приводом, который вращает приводной валик 4 дросселя по часовой стрелке или против часовой стрелки. При одном направлении вращения гильза 2 приближается к игле 5, возрастает гидравлическое сопротивление дросселя и уменьшается расход рабочего тела через дроссель. При другом направлении вращения гильза 2 удаляется от иглы 5, уменьшается гидравлическое сопротивление дросселя, возрастает расход рабочего тела через дроссель.

Вышеизложенные меры упростили конструкцию дросселя по сравнению с прототипом, а также уменьшили момент сопротивления повороту вала дросселя и расширили температурный диапазон применения дросселя, что позволило применять его в составе ракетных двигателей с криогенным рабочим телом.

Наиболее целесообразно применять дроссель в составе ракетных двигателей.

Изобретение относится к пневмогидравлической автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления для регулирования расходов жидкостных потоков в составе ракетных двигателей. Дроссель тяги содержит корпус с двумя направляющими для гильзы, выполненными соосно, подвижную гильзу с зубчатой рейкой, приводной валик с шестерней, иглу - профильное тело и поводок. На подвижной гильзе выполнена дополнительная цилиндрическая поверхность, установленная в направляющее отверстие в стенке корпуса, и на которой установлено подпружиненное манжетное уплотнение. Манжетное уплотнение герметизирует подвижное соединение и отделяет полость высокого давления от полости низкого давления, что упрощает конструкцию и настройку дросселя при изготовлении. Диаметр наружной цилиндрической поверхности равен диаметру внутренней поверхности гильзы, поэтому усилия, действующие на соответствующие торцевые поверхности гильзы в полостях низкого и высокого давления рабочего тела также уравновешены, в конструкции отсутствуют детали в проточной части - в отверстии гильзы, а также материалы, не работающие при криогенных температурах. Изобретение направлено на уменьшение момента сопротивления повороту вала дросселя, расширение температурного диапазона применения дросселя и упрощение конструкции. 1 ил.

Дроссель тяги, содержащий корпус с патрубками входа и выхода, подвижную гильзу с зубчатой рейкой, приводной валик с шестерней и поводком, иглу - профильное тело, отличающийся тем, что на входной части гильзы выполнен тонкостенный цилиндрический участок, установленный в направляющее отверстие в стенке корпуса и выходящий в полость входного патрубка, образующий наружной поверхностью и поверхностями: торцом патрубка, цилиндрической и плоской стенкой корпуса - кольцевую полость, в которую установлена пружина и манжетное уплотнение, которое герметизирует подвижное соединение корпус - гильза, отделяя входную полость с высоким давлением рабочего тела от полости с низким давлением, в которой расположены зубчатая рейка и валик, и которая соединена с выходным патрубком сквозными равномерно расположенными отверстиями на боковых поверхностях буртика, выполненного на наружной поверхности гильзы, установленной в направляющее отверстие корпуса, при этом наружный диаметр тонкостенного цилиндрического участка гильзы равен внутреннему диаметру цилиндрической поверхности гильзы.