ПИРОКЛАПАН Российский патент 2023 года по МПК F16K17/14 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к запорным устройствам газовых и гидравлических систем.

Известен запорный пироклапан по а.с. №599126 с запорным органом, имеющим форму усеченного конуса, управляемый пиромеханизмом и сопрягаемый при срабатывании с уплотнительной поверхностью седла, имеющего коническую форму. Коническое седло пироклапана имеет двухслойную неразъемную структуру с различными физико-механическими свойствами каждого слоя и выполнено в виде монолитной детали. Внешняя оболочка седла выполнена из материала с повышенным сопротивлением пластической деформации, например, конструкционной стали марки 0Х18Н10Т, а внутренняя оболочка из материала, обладающего повышенной пластичностью и ударной вязкостью, например, из латуни ЛС-59-1.

Указанное устройство отличается сложностью изготовления из-за трудоемкости формирования внешнего, находящегося глубоко внутри корпуса слоя структуры конического седла с требуемой для обеспечения герметичности точностью формы, что ухудшает надежность герметичности в контактной паре (запорный орган - седло) после срабатывания пироклапана.

Известен также пироклапан по патенту РФ 2142085 для перекрытия топливных магистралей ЖРД, содержащий корпус с входным и выходными патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, с перекрывной пробкой. В корпусе у конической поверхности переходов между ступенями цилиндрического отверстия выполнен торец, на меньшей ступени выполнена коническая поверхность, перекрывная пробка выполнена цилиндрической и двухступенчатой с коническими поверхностями на большей и средней ступенях у торцов ступеней, а труба выполнена тонкостенной и пропущена через меньшие ступени пробки и отверстия с минимальным зазором, при этом диаметры средней и меньшей ступеней пробки выполнены по соотношению D/D₁=1,01-1,02, где D - диаметр средней ступени; D₁ - диаметр меньшей ступени. Пироклапан отличается тем, что на поверхность средней ступени пробки нанесен слой серебра или кадмия.

В указанном устройстве пробка, заклиниваясь средней ступенью в отверстии корпуса, пластично деформируется, упруго деформируя корпус пироклапана, тем самым обеспечивая герметичное перекрытие проходного сечения пироклапана. При этом слой серебра или кадмия, нанесенный на пробку, обеспечивает заклинивание пробки без надиров, царапин и других дефектов, являясь своего рода «смазкой» между пробкой и седлом корпуса непосредственно при перемещении пробки и не участвует в герметизации по коническим поверхностям после срабатывания пироклапана.

То, что пробка после срабатывания пироклапана пластически деформируется, указывает на сравнительно низкие прочностные характеристики материала, из которого она изготовлена. В связи с этим конструкции, разрушаемые пробкой должны быть или тонкостенными (например, тонкостенная труба), или изготовленными из материалов с низкими прочностными характеристиками, что, в свою очередь, ограничивает величину рабочего давления.

Известен также пироклапан по патенту РФ 2289746, содержащий корпус с одним впускным и, по меньшей мере, одним выпускным отверстиями, с полостью с цилиндрической расточкой, в которой размещен поршень, срезаемую мембрану, выполненную за одно целое с поршнем, коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса и разобщения впускного и выпускного отверстий, пирокамеру. Между впускным и дополнительно введенным выпускным отверстием установлена перемычка, разделяющая полость корпуса на изолированные друг от друга объемы, впускное отверстие имеет вход в цилиндрическую расточку, в которой размещен поршень, поршень снабжен штоком, на котором со стороны перемычки установлен пробойник, диаметр которого превышает диаметр штока, а коническая пробка размещена между штоком и поршнем и жестко связана со штоком, срезаемая мембрана образована путем выполнения канавок на цилиндрической и торцевой поверхностях поршня.

Недостатком данного пироклапана является то, что для эффективного разрушения перемычки и заклинивания конической пробки в коническом седле прочностные характеристики материала пробки, штока и пробойника должны быть выше прочностных характеристик корпуса и перемычки. Это накладывает существенные ограничения на величину рабочего давления пироклапана и надежность герметизации при высоких давлениях среды.

К аналогам пироклапана можно отнести также устройства по патентам RU 2619967 C2, US 4579136 A, CN 105465443 A, US 2997051 A.

Известен также пироклапан по патенту РФ 2421648, содержащий корпус с впускным и выпускными отверстиями, с разделенными перемычкой полостями, в одной из которых размещен поршень, снабженный штоком с пробойником, направленным в сторону перемычки, выполненную за одно целое со штоком коническую пробку, установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, пирокамеру, размещенную за поршнем, при этом коническая пробка выполнена с двухслойной структурой, условный предел текучести и твердость материала корпуса, штока, пробойника и внутреннего слоя структуры конической пробки в 2-3 раза выше условного предела текучести и твердости внешнего слоя структуры конической пробки, толщина верхнего слоя структуры конической пробки соразмерна глубине пластической деформации этого слоя при запирании конической пробки в коническом седле корпуса и составляет 0,05-0,1 длины образующей конической пробки.

При срабатывании пиросредства поршень приводит в движение коническую пробку с пробойником. Пробойник разрушает перемычку, коническая пробка заклинивается в ответном коническом седле, отсоединяя выпускное отверстие от впускного отверстия.

Данный пироклапан принят нами за прототип предлагаемого изобретения.

Указанное устройство отличается сложностью изготовления и высокой стоимостью из-за выполнения конической пробки с двухслойной структурой.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости изготовления и повышение надежности клапана.

Указанная задача решается и технический результат достигается тем, что коническая пробка и ответное коническое седло выполнены в виде двух усеченных конусов, расположенных друг за другом по длине пробки и корпуса соответственно, на поверхности каждого конуса пробки выполнены три круговых гребешка высотой 1,1-1,3 мм и шагом 2,0-2,2 мм между вершинами гребешков, вторые по ходу штока конус пробки и соответствующее ему седло в корпусе выполнены с большими размерами чем первые конус и седло таким образом, что отношение площадей боковых поверхностей второго и первого конусов составляет 1,25-1,30.

Выполнение конической пробки в виде двух усеченных конусов с тремя круговыми гребешками с острыми вершинами на поверхности каждого конуса, с высотой 1,1-1,3 мм и шагом 2,0-2,2 мм между вершинами гребешков, и выполнение вторых по ходу штока конуса пробки и соответствующего ему седла в корпусе с большими размерами чем первые конус и седло таким образом, что отношение площадей боковых поверхностей второго и первого конусов составляет 1,25-1,30, повышает силу заклинивания конусов пробки в ответных седлах в корпусе клапана и, соответственно, повышает надежность герметичного перекрытия газового потока высокого давления, упрощает конструкцию, снижает стоимость изготовления клапана по сравнению с прототипом.

Указанная совокупность существенных отличительных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники, неочевидна для широкого круга специалистов. Предлагаемый пироклапан может быть применен в газовых и гидравлических системах, например, ракет и ракетных двигателей.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором схематично показан общий вид клапана.

Клапан содержит корпус 1 с впускным 2 и выпускными 3, 4 отверстиями, с разделенными перемычкой 5 полостями 6, 7, в одной из которых размещен поршень 8, снабженный штоком 9 с пробойником 10, направленным в сторону перемычки 5, коническую пробку, скрепленную со штоком 9, выполненную в виде двух усеченных конусов 11, 12, и установленную с возможностью заклинивания в ответных конических седлах 13, 14, выполненных в полости корпуса 1, пирокамеру 15, размещенную за поршнем 8. На поверхности каждого конуса 11, 12, в начале узкой части конусов, выполнены три круговых гребешка 16, 17 с острыми вершинами, три круговых гребешка высотой 1,1-1,3 мм и шагом 2,0-2,2 мм между вершинами гребешков. Вторые по ходу штока конус 12 пробки и соответствующее ему седло 14 в корпусе выполнены с большими размерами чем первые конус 11 и седло 13 таким образом, что отношение площадей боковых поверхностей второго 12 и первого 11 конусов составляет 1,25-1,30.

Пироклапан работает следующим образом.

В исходном положении, до срабатывания клапана, газовый поток проходит только от впускного отверстия 2 к выпускному отверстию 3. После срабатывания пиросредства (на рисунке не показано) продукты сгорания поступают в пирокамеру 15 и воздействуют на поршень 8. Поршень 8 приводит в движение коническую пробку с конусами 11, 12 и шток 9 с пробойником 10. Пробойник 10 разрушает перемычку 5 (в ней образуется отверстие), конусы 11, 12 конической пробки заклиниваются своими гребешками 16, 17 в ответных конических седлах 13, 14, отсоединяя выпускное отверстие 3 от впускного отверстия 2, направляя газовый поток в выпускное отверстие 4. При этом гребешки 16, 17 врезаются в стенку седел 13, 14, повышая силу заклинивания конусов 11, 12 пробки в ответных седлах в корпусе клапана и, соответственно, повышая надежность работы клапана при высоких давлениях отсекаемого газового потока. Выполнение второго конуса 12 пробки с большей площадью боковой поверхности чем первый конус 11 также повышает силу заклинивания пробки в седле.

Проведенные испытания пироклапана с заявляемыми параметрами показали, что устройство герметично перекрывает газовый поток с давлением свыше 40 МПа.

Таким образом, заявляемый пироклапан работает при высоких давлениях, обладает высокой надежностью при небольших габаритно-массовых характеристиках, простоте изготовления и относительно низкой стоимости изготовления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение стоимости изготовления и повышение надежности клапана.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам газовых и гидравлических систем. В пироклапане коническая пробка и ответное коническое седло выполнены в виде двух усеченных конусов, расположенных друг за другом по длине пробки и корпуса соответственно; на поверхности каждого конуса пробки выполнены три круговых гребешка высотой 1,1-1,3 мм и шагом 2,0-2,2 мм между вершинами гребешков, вторые по ходу штока конус пробки и соответствующее ему седло в корпусе выполнены с большими размерами, чем первые конус и седло, таким образом, что отношение площадей боковых поверхностей второго и первого конусов составляет 1,25-1,30. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции, снижении стоимости изготовления и повышении надежности клапана. 1 ил.

Пироклапан, содержащий корпус с впускным и выпускными отверстиями, с разделенными перемычкой полостями, в одной из которых размещен поршень, снабженный штоком с пробойником, направленным в сторону перемычки, коническую пробку, скрепленную со штоком и установленную с возможностью заклинивания в ответном коническом седле, выполненном в полости корпуса, пирокамеру, размещенную за поршнем, отличающийся тем, что коническая пробка и ответное коническое седло выполнены в виде двух усеченных конусов, расположенных друг за другом по длине пробки и корпуса соответственно, на поверхности каждого конуса пробки выполнены три круговых гребешка высотой 1,1-1,3 мм и шагом 2,0-2,2 мм между вершинами гребешков, вторые по ходу штока конус пробки и соответствующее ему седло в корпусе выполнены с большими размерами, чем первые конус и седло, таким образом, что отношение площадей боковых поверхностей второго и первого конусов составляет 1,25-1,30.