Клапан газовый гидроуправляемый Российский патент 2023 года по МПК F16K31/122 F16K47/04 

Изобретение относится к топливным клапанам ЖРД.

В системах автоматики ЖРД многократного включения нашли широкое применение гидроуправляемые нормально открытые клапаны, срабатывающие при достижении необходимого для их закрытия рабочего давления одного из компонентов топлива на выходе из насоса ТНА.

Клапан такого типа, принятый за прототип изобретения, (см. А.И. Эдельман Топливные клапаны жидкостных ракетных двигателей. Издательство «Машиностроение» Москва 1970. Рис. 1.4. и Рис. 2.12.), используется в системе запуска двигателя разгонного блока «Фрегат» - нормально открытый клапан газовый 0011-0, (см. схему в журнале «ВЕСТНИК НПО имени С.А. Лавочкина 1/22 2014 г.» стр. 43). Клапан подводит продукты горения из газогенератора к пусковому сопловому аппарату турбины ТНА и закрывается управляющим давлением жидкого рабочего тела - компонента топлива, отбираемого с выхода из насоса ТНА, для выхода двигателя на стационарный режим работы после его закрытия. Клапан газовый состоит из корпуса с седлом, тарели клапана, малого клапана со штоком, поршня с уплотнительными кольцами, штуцеров, пружины и крышки.

Недостатком такого клапана является невозможность использовать его при изменении величины управляющего давления на выходе из насоса ТНА, которое выявляется по результатам испытаний его в составе изделия. Давление закрытия этого клапана газового жестко связано с величиной площади поршня, усилием сжатия пружины и ходом тарели, а изменение давления закрытия ведет к изменению габаритов корпуса, диаметра поршня и габаритов пружины, т.е. требуется изготавливать новые детали и необходима новая отработка клапана.

Предлагаемый газовый нормально открытый клапан дает возможность использовать его в более широком диапазоне величин управляющих давлений без изготовления новых деталей и узлов; применять его в ракетных двигателях с высокой величиной управляющего давления компонентов на выходе из насоса ТНА. Для этого в клапане газовом выполнен делитель давления, состоящий из канала, выходящего из управляющей полости через отверстия в штоке и дроссельную шайбу, установленную в дренажную полость, а также дроссельного устройства во входном патрубке управляющей полости, состоящего из двух дроссельных шайб с отверстиями, равнорасположенными от оси, и установленных пакетом.

При подаче управляющего давления компонента из насоса ТНА на вход в управляющую полость клапана происходит дросселирование давления рабочего тела и давление в управляющей полости значительно ниже давления на входе, а расход через вторую дроссельную шайбу в дренаж поддерживает его низким в процессе закрытия клапана. Таким образом, эти дроссельные шайбы на входе и выходе в дренаж создают делитель давления для получения необходимого низкого давления в управляющей полости для закрытия клапана при высоком давлении на выходе из ТНА.

Кроме этого, в клапане предусмотрена регулировка при изменении управляющего давления на выходе из ТНА для сохранения необходимого расчетного давления в управляющей полости для закрытия газового клапана. Это достигается изменением расхода рабочего тела в управляющую полость при изготовлении клапана газового вращением на некоторый угол одной из шайб, меняя площадь проходного сечения пакета дроссельного устройства и тем самым получая необходимое давление для закрытия газового клапана.

Таким образом, при изменении давления на выходе из ТНА в сторону его повышения, нет необходимости в изготовлении новых деталей с изменением габаритов и веса газового клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид газового клапана. Клапан газовый состоит из корпуса с седлом 1, штока 2, тарели 3, поршня 4 с манжетой 5, пружины 6, шайб 7, 16 и 17, крышки 8, дроссельного устройства 9, сальника 10, патрубков газовых входа 11 и выхода 12, 15, патрубка входа управления 13 и патрубка дренажного 14.

Под действием усилия пружины 6 клапан нормально открыт.Поступающий через патрубок газовый входа 11 горячий газ из ГГ поступает через патрубки 12 и 15 на пусковое сопло и режимные сопла турбины ТНА. Возрастающее за насосом ТНА давление горючего поступает через патрубок 13 и дроссельное устройство 9 и дросселируется в управляющую полость газового клапана и через дроссельную шайбу 7 делителя давления уходит в дренаж. Необходимое низкое расчетное давление в управляющей полости воздействует на поршень 4 с фторопластовой уплотнительной манжетой 5, и поршень, преодолевая усилие пружины 6, перемещает шток 2 и тарель 3, которая, уплотняясь на седле корпуса 1, при достижении заданного давления горючего, прекращает поступление газа через патрубок газовый входа 11 на пусковое сопло турбины ТНА через патрубок 12. Газ продолжает поступать через патрубок 15 на режимное сопло турбины ТНА. Горючее при прохождении через отверстие в штоке 2 и шайбу 7 омывает и охлаждает детали газового клапана, в том числе и сальник 10, разделяющий газовую и жидкостную полости газового клапана, и через патрубок дренажный 14 сливается в магистраль горючего на входе в ТНА. При останове работы двигателя с уменьшением давления горючего в управляющей полости через патрубок 13 до заданного значения, газовый клапан вновь открывается усилием пружины 6, открывая доступ газу через патрубок 12 на пусковое сопло турбины ТНА на следующий пуск двигателя. Настройка газового клапана на заданное давление закрытия проводится при помощи дроссельного устройства, состоящего из дроссельных шайб 16 и 17, изменением проходного сечения шайб с помощью вращения одной шайбы относительно другой, при изготовлении клапана газового.

В готовом клапане дроссельные шайбы 16 и 17 поджаты одна к другой без возможности перемещения друг относительно друга.

Изобретение относится к системам автоматики ЖРД многократного включения, где нашли широкое применение гидроуправляемые нормально открытые клапаны газовые, срабатывающие при достижении необходимого для их закрытия рабочего давления одного из компонентов топлива на выходе из насоса ТНА. В клапане газовом выполнен делитель давления, состоящий из канала, выходящего из управляющей полости через отверстия в штоке и установленную дроссельную шайбу в дренажную полость, а также дроссельного устройства во входном патрубке управляющей полости, состоящего из двух дроссельных шайб с отверстиями, равнорасположенными от оси, и установленных пакетом. Изобретение направлено на возможность использования клапана газового гидроуправляемого в более широком диапазоне управляющих давлений, без изготовления новых деталей и узлов, и применения его в ракетных двигателях с высокой величиной управляющего давления компонентов на выходе из насоса ТНА. 1 ил.

Клапан газовый гидроуправляемый, содержащий корпус с газовой полостью, на которой расположены входной и выходные патрубки, разделенные седлом, и жидкостную полость, разделенную поршнем на полость управления с входным патрубком и дренажную с установленной в ней пружиной, действующей на поршень, жестко связанный со штоком, проходящим в газовую полость через направляющее отверстие корпуса и кинематически соединенный с тарелью, и отличающийся тем, что в клапане газовом выполнен делитель давления, состоящий из канала, выходящего из управляющей полости через отверстия в штоке и установленную дроссельную шайбу в дренажную полость, а также дроссельного устройства во входном патрубке управляющей полости, состоящего из двух дроссельных шайб с отверстиями, равнорасположенными от оси, и установленных пакетом.