ГАЗОВЫЙ КЛАПАН Советский патент 1971 года по МПК F16K17/40 

Изобретение относится к газовым клапанам с разрушаемыми запорными элементами и может использоваться в тех областях техники, где требуется быстрый впуск газа, например в конструкциях инжекторов плазменных струй и плазмохимических реакторов, а также в газодинамических устройствах, осуществляющих быстрый перепуск газа из одной рабочей камеры в другую.

Известны газовые клапаны, содержащие рабочую камеру, предназначенную для впуска требуемого количества газа, подклапанную камеру, приспособленную для аккумуляции заданного количества газа, подлежащего напуску, перегородку, например диэлектрическую, отделяющую подклапанную камеру от рабочей, и средства разрушения перегородки путем механического воздействия на нее.

Иедостатками таких клапанов являются инерционность, а также имеющее место в продолжение всей фазы разрушения перегородки влияние на истечение газа из подклапанной камеры подвижного механического элемента, разрушающего, например прокалывающего, перегородку.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается реализацией в предлагаемой конструкции клапана электрогазодинамического способа высокоскоростного открытия затворов, заключающейся в выполнении подклапанной камеры в виде плазменной пущки. Согласно изобретению, подклепанная камера выполнена в виде электродной системы с внешним электродом-соплом в форме конуса, переходящего в цилиндр, и внутренним электродом-стержнем, расположенным на оси сопла в пределах его конусной части, а механизм непрерывной подачи пленки, фиксации ее на уплотнении и запирания подклапанного объема надевается на сопло и закрепляется на нем.

Для упрощения конструкции и удобства эксплуатации весь процесс управления запиранием подклапанного объема осуществляется от одной ручки управления, для чего последняя вместе с приемным барабаном для

пленки расположена на одном валу с эксцентриком, входящим в прорезь запирающей головки.

Для улучшения герметизации подклапанного объема при увеличении давления наполняющего его газа необходимое увеличение нажатия пленки па уплотнение осуществляется натяжением пленки, обеспечиваемым демпфером с пружиной, раснололсенным в корпусе клапана.

Система уплотнений запирающего меха 1изма расположена в торце цилиндрической части сопла.

Клапан дайной конструкции позволил сократить время открытия до 0,5 мк/сек и практически устранил влияние перегородки на истечение газа из подклапанного объема путем ее разрушения, испарения и выноса в столь же короткое время, как и время открытия.

На фиг. 1 изображен предлагаемый клапан, продольный разрез; на фиг. 2 - клапан, вид сверху.

Быстродействующий газовый клапан включает в себя электродную систему в виде сопла ./ и внутреннего электрода 2, закрепленных во фланцах 5 и 4 и разделенных тефлоновой листовой изоляцией 5. Уплотнительные резиновые кольца 6, полусфера 7 и стягивающий винт 8 с одной стороны, а также унлотнительное резиновое кольцо 9, пленка 10 и кольцевой выступ головки // - с другой герметично отделяют подклапанный объем от окружающей среды и рабочей камеры 2. В корпусе 13 клапана, надетом на сопло и закрепленном пинтамн 14, смонтированы кассета 15 с запасом пленки, вал с эксцентриком 16 с приемным барабаном 17 для пленки и ручкой управления 18, входящий в прорезь головки 11 демнфер 19 с пружиной, служащий для натяжения пленки, и ось 20, вокруг которой поворачивается головка. Из резервуара 21 напуск газа в нодклапанный объем осуществляется через отверстия 22 во внутреннем электроде. Батарея конденсаторов 23 через унравляемый разрядник 24 присоединена к электродной системе с помощью шин 25.

В откачанных до необходимого вакуума камере и нодклапанном объеме поворотом ручки 18 осуществляется подача пленки из кассеты на нриемный барабан. При движении середина пленки фиксируется на центре уплотнительного резинового кольца, расположенного в канавке торца цилиндрической части сопла. Головка 11, опускаясь, прижимает пленку кольцевым выступом, входящим в канавку с резиновым кольцом, и закрепляется в этом полол ении, осуществляя герметичное запирание выхода сопла. Демпфер 19 с пружиной, растягивая пленку, создает дополнительное пленки на уплотнение и тем самым усиливает герметизацию подклапанного объема, в чем может возникнуть необходимость при увеличении давления наполняющего его газа. После этого внутренняя часть сопла заполняется рабочим газом до требуемого давления, причем испытания показали надежность герметизации подклапанного объема при статическом перепаде давления на нленке 5 атм (толщина пленки в описываемой конструкции клапана 0,05 мм). В рабочей камере может быть либо вакуум, либо она быть заполнена до нужного давления исследуемым газом. Батарея конденсатора 23 от источника постоянного напрял ения заряжается до напрял ения требуемой величины, после чего осуществляется подача пускового импульса па инициирующий электрод разрядника 24. Разрядник срабатывает, в резу.чьтате иапряи ение батареи оказывается прилол енным к электродной системе клапана. Пробой происходит вблизи торца внутреннего электрода. Ток разряда батареи конденсаторов, концентрируясь в достаточно узкой области, занолняет все сечение меладу центральным электродом и сопло.м и под действием сил магнитного давления ускоренно выталкивается по направлению к выходу из сопла с образованием плазменной струи и ударной волны. Токовый фронт вместе с фронтом ударной волны действует подобно порщню, который ионизирует и захватывает находящийся впереди него нейтральный газ. При выходе на пленку 10 фронт ударной волны, давление в котором порядка нескольких тысяч атмосфер, разрущает ее,

причем она одновременно испаряется, оказываясь в зоне с температурой порядка нескольких десятков тысяч градусов Кельвина. Материал пленки в виде паров выносится со скоростью порядка скорости ударной волны.

Процесс разрущения и испарения пленки, определяющий полное время открытия клапана, длится менее 0,5 мксек при использованной батарее конденсаторов 33 мкф, напряжении 20 кв, внутренней индуктивности контура О,И мкгн и давлении газа в подклапанной камере 1 атм.

После открытия клапана в пленке образуется ровное, как бы отщтампованное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру цилиндрической части сопла. Диаметры приемного барабана и сонла подобраны так, что при повороте вала на 360° из кассеты сматывается нленка длиной, несколько большей внещнего диаметра цилиндрической части сопла.

Подача пленки на приемный барабан становится возможной только после того, как при повороте ручки 18 эксцентрик, касаясь прорези головки 11, приподнимает ее, поворачивая вокруг оси 20, укрепленной в корпусе. При этом ранее растянутая пружина демпфера 19 возвращается в исходное состояние и натяжение пленки прекращается. Для последующего впуска газа в рабочую камеру

все вышеперечисленные операции должны быть повторены. Количество пленки, содержащееся в кассете 15, рассчитано но меньщей мере на 100 пусков.

Предмет изобретения

1. Газовый клапан, содержащий рабочую камеру, нодклапанную камеру, перегородку, например диэлектрическую пленку, отделяющую рабочую камеру от подклапанной, и источник энергии, приводящий клапан в действие и состоящий из батареи конденсаторов и блока запуска, отличающийся тем, что, с целью повыщения быстродействия клапана, под