КЛАПАН ОБРАТНЫЙ Российский патент 2023 года по МПК F16K15/02 F16K31/145 

Изобретение относится к обратным клапанам, используемым в различных системах, например, в вытеснительной системы подачи в ракетном двигателе, к которым предъявлены требования стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации, при перепадах давления рабочего тела - газа, от выхода к входу клапана, включая перепад близким к нулевому.

Известен клапан обратный (см. книгу Г.Б. Синярев и М.В. Добровольский А.И. Эдельмана «Жидкостные ракетные двигатели» государственное издательство оборонной промышленности, Москва 1955, стр. 440, 180,181, 182 Фиг. 176.), взятые за аналог изобретения, и состоящий из: корпуса с входным штуцером, тарелки клапана, пружины на упорном выступе, поджимающей тарелку клапана к седлу, установленного во входной штуцер.

Этот клапан прост в изготовлении, но недостатками известного обратного клапана являются:

- относительно низкая надежность работы клапана вследствие возможности потери герметичности в месте прилегания тарелки клапана к седлу. Для обеспечения герметичности соединения контактной пары - металлической тарелки с седлом клапана требуется обработка поверхностей притирочной пастой или суспензией, которая наносится на поверхность инструмента - притира. При транспортных вибрациях и ударах, а также проскальзывании запорного органа - тарели при посадке на седло при срабатываниях происходит износ контактной притертой поверхности и ее повреждение. На контактных поверхностях седла и запорного органа появляются риски и забоины, которые уменьшают степень герметичности вплоть до потери герметичности посадки клапана на седло;

- применение посадки тарели клапана на седло «металл-по металлу» в клапанах требуют высокие требования к чистоте.

В связи с вышесказанным все обратные клапаны с разными конструкциями запорного органа, например, шарика, пластины и т.д., образующими пару клапан-седло «металл-по металлу» имеют высокую негерметичность после первых и последующих срабатываниях.

Известен клапан обратный [SU №2744620, МПК F16K 15/04, опубл. 28.09.2021], взятый за прототип, содержащий корпус с седлом, входным и выходным отверстиями и основной камерой между ними, взаимодействующий с седлом запорный элемент, установленный в камере с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками - каналами, образованными в корпусе, запорный элемент выполнен в виде диска, прижимаемого к седлу введенным в корпус со стороны выходного отверстия и поджатого пружиной штоком со сферической поверхностью на рабочем конце, взаимодействующим с торцем запорного органа - диска сферической выемкой. Седлом служит установленная во входном отверстии фторопластовая втулка, имеющая по торцу, обращенному к диску, профилированную поверхность, контактирующую с установленной на торце диска резиновой накладкой.

Недостатком известного клапана обратного взятого за прототип является то, что

- запорный элемент в виде диска является источником колебаний, которые влияют на работу изделия;

- установленная на торце диска резиновая накладка ограничивает эксплуатацию клапана с агрессивными рабочая средами, например, с парами окислителя в вытеснительной системы подачи в ракетном двигателе;

- применение неметаллического уплотнения требует определенной величины минимального усилия поджатия уплотнения к седлу, для получения необходимой герметичности обратного клапана в закрытом положении. На минимальное усилие поджатия запорного органа к седлу влияет выбранный материал уплотнения, геометрия седла, ширина (площадь) отпечатка на уплотнении, а также величина усилия пружины. В конструкции клапана прототипа для получения герметичности минимальное усилие поджатия уплотнения осуществляется в основном при помощи усилия пружины, а это влияет на величину сопротивления клапана в сторону его увеличения;

- при многократных срабатываниях, возможно изменение площади контактирующей поверхности, на которой получена герметичность из-за ширины седла в клапане прототипе, меняется величина давления открытия клапана. Разброс по давлению открытия клапана прототипа, особенно при малых размерах площади перекрываемого отверстия из-за соизмеримости с площадью отпечатка от запорного органа может достигать до 20%, и, соответственно, клапан более герметичен и стабилен при больших проходных размерах седла. Разброс по давлению открытия обратного клапана при эксплуатации клапана в вытеснительной баллонной системе подачи наддува баков с компонентом в ракетном двигателе ведет к нестабильности величины выработки компонентов из баков;

- уменьшение давления открытия клапана прототипа ведет к негерметичности в паузах между срабатываниями при многоразовых срабатываниях ракетного двигателя, когда величина входного давления рабочего тела и перепад становятся близким к нулевому. Негерметичность обратного клапана приводит к выходу вытеснительного газа из топливного бака с парами компонента во входные магистрали, в агрегаты и узлы регулирования двигателя.

Задачей заявляемого изобретения, является повышение надежности работы: без колебаний запорного органа клапана и обеспечения стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации при наддуве топливных баков при перепадах давления рабочего тела - газа, от выхода к входу клапана, включая перепад близким к нулевому в паузах между срабатываниями.

Сущность изобретения состоит в том, чтобы обратный клапан был герметичным при перепаде давления рабочего тела - газа, от выхода к входу близким к нулевому за счет увеличения усилия, поджимающего седло к клапану - запорному органу, от величины давления рабочего тела в наддуваемом топливным баке.

Для этого в заявляемом обратном клапане - седло подвижное, а запорный орган, жестко соединен с корпусом. Седло выполнено на торце штока, имеющий осевое сквозное отверстие, и который в средней своей части герметично соединен со свободным концом сильфона при помощи диска. Диск наружной поверхностью герметично соединен с сильфоном и в центральной части со штоком, второй конец сильфона приварен к корпусу. На входе в клапан корпус имеется полость, в которую установлены демпфер трения, запорный орган которые зажаты в корпусе крышкой с входным патрубком. Часть штока с седлом, установлена в сторону входа в направляющем отверстии корпуса и далее в отверстии демпфера трения. В связи с тем, что запорный орган - клапан выполнен из неметалла, он опирается на металлическую пяту, установленную во входную крышку, полость которой через каналы, выполненные в ней, в корпусе, расположенные над демпфером трения и в опорной части запорного органа, сообщены с полостью корпуса, в которой установлен сильфон.

В полости сильфона установлена пружина между крышкой выхода и концом штока, усилием которой поджимается седло к клапану - запорному органу. Для уменьшения сопротивления пружине и уменьшения величины ее усилия жесткость сильфона выбрана минимальной - сильфон выбран со сварными гофрами.

При подаче рабочего тела во входной наконечник, оно через канал, минуя клапан и демпфер, попадает в полость расположения сильфона и, действуя на площадь диска, отжимает седло от запорного органа. Клапан открыт. При сбросе давления на входе клапан закрывается. Клапан закрыт и герметичен и при давлении в сильфоне, близкому к нулевому, при отсутствии давления на входе, т.е. при перепаде близким к нулевому, который с пружиной и обеспечивают необходимое усилие поджатия для герметизации клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг.1, где представлен общий вид обратного клапана.

Обратный клапан содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 крышками, герметично соединенные с корпусом, седло - шток 4 с диском 5, запорный орган - клапан 6, пружина 7, сильфон 8, герметично соединенный одним концом через диск 5 с подвижным штоком 4, а другим концом с корпусом 1, и демпфер трения 9. Во входной крышке 2 установлена пята 10, через которую поджаты демпфер трения 9 и запорный орган-клапан 6 к корпусу 1. В полости сильфона установлена пружина 7 в опорах 11 и 12, которые центрируются по оси с крышкой выхода 3 и подвижным штоком 4, который установлен в направляющих отверстиях корпуса и в демпфере трения 9 и поджат седлом к запорному органу - клапану 6.

При подаче рабочего тела во входной наконечник 2, оно через каналы 13, минуя клапан и демпфер, попадает в полость расположения сильфона и, действуя на площадь диска 5, сжимая сильфон, отжимает седло на торце штока 4 от запорного органа 6. Клапан открыт.Клапан открывается минимальным перепадом давления рабочего тела от входа на выход благодаря большой эффективной площади в сильфоне 8 по сравнению с проходным сечением седла. При сбросе давления на входе клапан закрывается. Клапан закрыт и герметичен при давлении в сильфоне близкому к нулю при отсутствии давления на входе, т.е. при перепаде, близким к нулевому. Пружина и мизерный перепад обеспечивают необходимое усилие поджатия для герметизации клапана, которое обеспечивается необходимой площадью диска, т.е. эффективной площадью сильфона. Однако сильфон не должен терять работоспособность от максимального давления рабочего тела в системе наддува баков.

Таким образом, конструкция клапана обратного обеспечивает герметичность, требуемую при эксплуатации, а именно повышение надежности работы без колебаний запорного органа клапана и обеспечение стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации: при многократных циклах срабатываний ракетного двигателя, при наддуве топливных баков, при перепадах давления рабочего тела - газа от выхода к входу клапана, включая перепад близкий к нулевому.

Изобретение относится к обратным клапанам, используемым в различных системах, к которым предъявлены требования стабильной герметичности при перепадах давления рабочего тела -газа, от выхода ко входу клапана, включая перепад, близкий к нулевому. В обратном клапане седло 4 выполнено подвижным, а запорный орган 6 жестко соединен с корпусом 1. Седло расположено на торце штока 4 со сквозным осевым отверстием, который герметично соединен с сильфоном 8 при помощи диска 5, а второй конец сильфона приварен к корпусу. На входе в корпусе 1 имеется полость с демпфером трения 9, который зажат в ней запорным органом 6 и пятой 10 и входной крышкой 2. Шток с седлом 4 установлен в направляющих отверстиях корпуса 1 и демпфера трения 9. Полость входной крышки каналом 13 сообщена с полостью расположения сильфона 8. В полости сильфона 8 установлена пружина 7, усилием которой поджимается седло 4 к клапану - запорному органу 6. Для уменьшения сопротивления жесткость сильфона выбрана минимальной - сильфон выбран со сварными гофрами. Все это позволяет получать надежную работу без колебаний подвижных частей клапана и обеспечивать стабильную герметичность при малых перепадах давления рабочего тела. 1 ил.

Клапан обратный, содержащий: корпус, входной и выходной наконечники, запорный орган-клапан, седло, пружину, отличающийся тем, что седло выполнено на торце штока, который имеет осевое сквозное отверстие и который в средней части при помощи диска герметично соединен со свободным концом сильфона, другой конец которого приварен к корпусу, и шток в сторону входа установлен в направляющие отверстия корпуса и демпфера трения, поджатого к корпусу запорным органом и пятой, расположенными во входной крышке, полость которой соединена каналом с полостью расположения сильфона, а в полости сильфона, закрытой крышкой выхода, соединенной с корпусом, установлена между опорой на крышке и опорой на штоке пружина, усилием которой поджато седло к запорному органу.