ПНЕВМОУПРАВЛЯЕМЫЙ ЗАПРАВОЧНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2025 года по МПК B64D37/16 F16K31/126 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к системам и устройствам для заправки и слива топлива из баков.

В системах заправки баков широко используются пневмоуправляемые нормально-закрытые заправочные клапаны. В закрытом положении такой клапан удерживается силой возвратной пружины. Открывается клапан под действием управляющего давления воздуха, подаваемого в рабочую полость пневмопривода из специального источника сжатого воздуха. Закрывается клапан при сбросе управляющего давления из рабочей полости пневмопривода под действием силы возвратной пружины. Герметичность клапана обеспечивается уплотнением, расположенным между тарелью и седлом клапана.

Известен пневмоуправляемый заправочный клапан по патенту РФ 179272, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, в котором размещены седло, подпружиненная тарель с уплотнением, пневмопривод, выполненный в виде цилиндра и штока с поршнем, соединенный с тарелью клапана, сильфон, герметизирующий полости пневмопривода, принятый нами за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком известного клапана является его недостаточная герметичность для обеспечения требуемой безопасности и надежности топливной системы ракеты при ее длительном хранении.

Известно, что в клапанах, используемых в топливных системах ракетно-космической техники, уплотнение обычно выполняется из фторопласта. Степень герметичности таких клапанов составляет 1,33⋅10^-8…6,65⋅10^-6 Вт (см. книгу Технология сборки и испытаний космических аппаратов: Учебник для высших технических учебных заведений/ И.Т. Беляков, И.А. Зернов, Е.Г. Антонов и др. - М.: Машиностроение, 1990). Указанная степень герметичности клапанов, используемых для перекрытия топливных магистралей, находящихся под давлением, при длительном хранении ракет не исключает постепенного перетекания топлива из одной емкости в другую, что недопустимо по условиям надежности и безопасности эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка прототипа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение герметичности клапана, надежности и безопасности эксплуатации топливной системы ракеты при ее длительном хранении в заправленном состоянии.

Указанная задача решается и технический результат достигается тем, что к корпусу клапана со стороны тарели пристыкован мембранный узел, содержащий корпус с ближней и дальней по отношению к тарели перфорированными перегородками, с нижней стороны ближней к тарели перегородки закреплена металлическая тонкостенная прорывная мембрана, герметично отделяющая входной и выходной штуцеры клапана, нож с обращенной к мембране круговой режущей кромкой, установленный под мембраной, толкатель в виде штока, установленный на верхней стороне ближней к тарели перегородки и взаимодействующий с тарелью при ее движении на открытие клапана, упор в виде стержня, один конец которого выполнен в виде опорной пяты, контактирующей с мембраной, на другом конце упора выполнен цилиндрический хвостовик, установленный в посадочное отверстие дальней перегородки и опирающийся на перегородку кольцевым диаметральным пояском с круговой ослабляющей проточкой, выполненной на опорной поверхности пояска.

С целью повышения надежности срабатывания мембраны при открытии клапана режущая кромка ножа выполнена зубчатой, в диаметральном зазоре между хвостовиком упора и стенкой посадочного отверстия в перегородке установлена фторопластовая втулка, упор выполнен из алюминиевого сплава.

Для повышения надежности клапана при длительном хранении в составе топливной системы ракеты между толкателем и тарелью выполнен зазор, равный 2…3 мм.

Снабжение клапана мембранным узлом обеспечивает полную герметичность клапана, повышает надежность и безопасность эксплуатации топливной системы ракеты при ее длительном хранении в заправленном состоянии.

Указанная совокупность существенных отличительных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники, неочевидна для широкого круга специалистов. Предлагаемый пневмоуправляемый клапан может быть применен в системах заправки и слива топлива ракет с длительным сроком хранения. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, фиг.1, 2, на которых схематично показаны общий вид клапана и его конструктивные особенности.

Клапан содержит корпус 1 (фиг.1) с входным 2 и выходным 3 штуцерами, в котором размещены седло 4, тарель 5 с уплотнением 6, пружина 7, пневмопривод, выполненный в виде цилиндра 8 и штока 9 с поршнем 10, соединенный с тарелью 5 клапана, сильфон 11, герметизирующий полости пневмопривода. К корпусу 1 клапана со стороны тарели 5 пристыкован мембранный узел, содержащий корпус 12, в котором установлены ближняя 13 и дальняя 14 по отношению к тарели 5 перфорированные перегородки, металлическая тонкостенная прорывная мембрана 15, закрепленная с нижней стороны перегородки 13 и герметично отделяющая входной 2 и выходной 3 штуцеры клапана, нож 16 с обращенной к мембране 15 круговой режущей кромкой 17, установленный под мембраной 15, толкатель 18 в виде штока, установленный на верхней стороне перегородки 13 и взаимодействующий с тарелью 5 при ее движении на открытие клапана, упор 19 в виде стержня, верхний конец которого выполнен в виде опорной пяты 21, контактирующей с мембраной 15, на нижнем конце стержня выполнен цилиндрический хвостовик 22, установленный в посадочное отверстие 23 дальней перегородки 14 и опирающийся на перегородку 14 кольцевым диаметральным пояском 24 с круговой ослабляющей проточкой 25, выполненной на опорной поверхности пояска 24.

Для повышения надежности срабатывания мембраны 15 при открытии клапана, режущая кромка 17 ножа выполнена зубчатой (фиг.2).

Для уменьшения силы трения между упором 19 и стенкой отверстия 23 в перегородке 14 в диаметральном зазоре между хвостовиком 22 упора 19 и стенкой посадочного отверстия 23 в перегородке 14 установлена фторопластовая втулка 26.

Для уменьшения усилия разрушения опорного пояска 24 упор 19 выполнен из алюминиевого сплава.

Для исключения воздействия толкателя 18 на мембрану 15 при вибрационных колебаниях и повышения надежности клапана при длительном хранении в составе топливной системы ракеты между толкателем 18 и тарелью 5 выполнен зазор h, равный 2...3 мм (фиг.1).

Клапан по предлагаемому изобретению может быть использован в линии слива топлива из бака ракеты, для заправки и слива топлива из которого используются разные линии.

Клапан работает следующим образом. В исходном положении, при отсутствии управляющего давления воздуха, клапан закрыт, тарель 5 с уплотнением 6 прижата к седлу 4 силой пружины 7, мембрана 15 герметично отделяет входной 2 и выходной 3 штуцеры, жидкость через клапан не течет. При подаче управляющего давления воздуха в полость 27 пневмопривода сила давления воздуха отжимает пружину 7, тарель 5 отходит от седла 4 и, пройдя расстояние h, контактирует с толкателем 18. Далее толкатель 18 действует на мембрану 15, упор 19, опирающийся кольцевым опорным пояском 24 на перегородку 14. Усилием пневмопривода, приложенным к толкателю 18, опорный поясок 24 ломается по круговой ослабляющей проточке 25 и упор 19 вместе с фторопластовой втулкой 26 двигается вниз по отверстию 23 перегородки 14. Мембрана 15 доходит до режущей поверхности 17 ножа 16 и прорезается по окружности с диаметром, равным диаметру ножа 16. Клапан полностью открывается, жидкость течет через клапан.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение герметичности клапана, исключающее постепенное перетекание топлива из бака в смежные с ним полости, и, как следствие, повышение надежности и безопасности эксплуатации топливной системы ракеты при ее длительном хранении в заправленном состоянии.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Пневмоуправляемый заправочный клапан содержит корпус. К корпусу (1) клапана со стороны тарели (5) пристыкован мембранный узел, содержащий корпус (12), в котором установлены ближняя (13) и дальняя (14) по отношению к тарели (5) перфорированные перегородки, металлическая тонкостенная прорывная мембрана (15), закрепленная с нижней стороны перегородки (13) и герметично отделяющая входной (2) и выходной (3) штуцеры клапана, нож (16) с обращенной к мембране (15) круговой режущей кромкой (17), толкатель (18) в виде штока, установленный на верхней стороне перегородки (13) и взаимодействующий с тарелью (5) при ее движении на открытие клапана, упор (19) в виде стержня, верхний конец которого выполнен в виде опорной пяты (21), контактирующей с мембраной (15), на нижнем конце стержня выполнен цилиндрический хвостовик (22), установленный в посадочное отверстие (23) дальней перегородки (14) и опирающийся на перегородку (14) кольцевым диаметральным пояском (24) с круговой ослабляющей проточкой (25), выполненной на опорной поверхности пояска (24). Нож (16) установлен под мембраной (15). Достигается повышение герметичности клапана, надежности и безопасности эксплуатации топливной системы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Пневмоуправляемый заправочный клапан, содержащий корпус с входным и выходным штуцерами, в котором размещены седло, подпружиненная тарель с уплотнением, пневмопривод, выполненный в виде цилиндра и штока с поршнем, соединенный с тарелью клапана, сильфон, герметизирующий полости пневмопривода, отличающийся тем, что к корпусу клапана со стороны тарели пристыкован мембранный узел, содержащий корпус с ближней и дальней по отношению к тарели перфорированными перегородками, с нижней стороны ближней к тарели перегородки закреплена металлическая тонкостенная прорывная мембрана, герметично отделяющая входной и выходной штуцеры клапана, нож с обращенной к мембране круговой режущей кромкой, установленный под мембраной, толкатель в виде штока, установленный на верхней стороне ближней к тарели перегородки и взаимодействующий с тарелью при ее движении на открытие клапана, упор в виде стержня, верхний конец которого выполнен в виде опорной пяты, контактирующей с мембраной, на нижнем конце упора выполнен цилиндрический хвостовик, установленный в посадочное отверстие дальней перегородки и опирающийся на перегородку кольцевым диаметральным пояском с круговой ослабляющей проточкой, выполненной на опорной поверхности пояска.

2. Пневмоуправляемый заправочный клапан по п. 1, отличающийся тем, что режущая кромка ножа выполнена зубчатой.

3. Пневмоуправляемый заправочный клапан по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что между толкателем и тарелью выполнен зазор, равный 2…3 мм.

4. Пневмоуправляемый заправочный клапан по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в диаметральном зазоре между хвостовиком упора и стенкой посадочного отверстия в перегородке установлена фторопластовая втулка.

5. Пневмоуправляемый заправочный клапан по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что упор выполнен из алюминиевого сплава.