Результат интеллектуальной деятельности: БЛОК КЛАПАНОВ

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально открытым клапанам, содержащим подпружиненный запорный орган, привод для его перемещения и предназначенный для закрытия доступа рабочего тела из одной магистрали в другую. Оно может быть использовано в машиностроении, например, в ракетной технике.

В настоящее время в ЖРД используются магистрали для контроля натекания высокотоксичных компонентов в ЖРД при длительном хранении. При запуске ЖРД магистрали необходимо отсечь для исключения утечек компонентов, для чего используются отсечные клапаны. При этом давление компонентов в магистралях контроля от атмосферного возрастает при запуске ЖРД и может быть как низким, порядка 20 кгс/см², так и высоким - 200-600 кгс/см².

Известен отсечной клапан с электромагнитным приводом (Добровольский М.В. «Жидкостные ракетные двигатели», из-во Машиностроение 1968 г., 240-241 с.: ил. Рис.6.14), содержащий: корпус, входной штуцер 1, выходной штуцер 6, нижний клапан 3, верхний клапан 7, электромагнит 9. Недостатком указанного отсечного клапана является необходимость срабатывания отсечного клапана для контроля пробы газовой смеси в магистралях ЖРД, проводимого через определенное время в течение длительного хранения ЖРД до нескольких десятков лет, сложность конструкции и большая масса с учетом электрического кабеля для электромагнита, что еще более усугубляется для блока клапанов ЖРД, для которого число отсечных клапанов может быть 6 и более.

Известен пироклапан (Эдельман А.Н., «Топливные клапаны ЖРД», из-во Машиностроение, 1970, стр. 73-75), содержащий запорный орган, выполненный в виде конической пробки, коническое седло, выполненное в выходном канале.

Недостатками указанного пироклапана являются невозможность использования для ЖРД с топливами, которые взрываются при контакте с пороховыми газами, образующимися при сгорании порохового заряда пироэнергодатчика, и большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика.

Известно устройство отсечки и уплотнения в гидравлической магистрали (патент USA №3125108 кл. 137-68 от 17 марта 1964), содержащее цилиндр с боковыми соосными отверстиями, сквозь которые пропущена труба, силовой цилиндр и пироэнергодатчик.

Недостатками устройства являются трудоемкость получения профиля взаимодействующих поверхностей корпуса и силового цилиндра, участвующих в деформации и защемлении трубы для исключения утечек, возможность появления трещин в трубе и большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика.

Известен пироклапан (патент RU №2142085 МПК⁶F16K 17/40 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой.

Недостатком пироклапана является большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика, что еще более усугубляется для блока клапанов ЖРД, для которого число отсечных клапанов может быть 6 и более.

При использовании нормально открытого пневмоклапана, управляемого электропневмоклапаном с электрокабелем, также получаем большую массу, что затрудняет его использование.

Задачей предлагаемого изобретения является: упрощение конструкции, снижение массы и уменьшение габаритов клапана, за счет использования давления рабочего тела для привода клапана.

Поставленная задача решается тем, что в блоке клапанов, состоящем минимум из двух клапанов, содержащих корпуса с патрубками входа и выхода, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой, согласно изобретению, в корпусах выполнены бобышки с проточкой, соединенные герметично между собой по торцам, со стороны входа корпусов выполнен жиклер, по оси входа корпусов выполнены две проточки, в проточки корпусов установлены подпружиненные ступенчатые поршни, в проточки бобышек корпусов установлена ступенчатая втулка с отверстиями, образуя между малыми ступенями и проточкой бобышек проточные полости, в корпусе первого клапана выполнены каналы, соединяющие входную до жиклера и надпоршневую полости первого клапана через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость, а в корпусе второго клапана выполнен канал, соединяющий через отверстия ступенчатой втулки и проточную полость надпоршневую полость второго клапана с входной полостью первого клапана.

На поршень на большую ступень установлено уплотнение, состоящее, например, из резиновых колец с защитными уплотнительными шайбами.

На поршне по торцу меньшей ступени выполнена коническая поверхность, взаимодействующая с торцевой кромкой жиклера.

Установка в блок клапанов подпружинного ступенчатого поршня, управляемого через каналы в корпусе, отверстия в ступенчатой втулке и проточные полости входным давлением на первый клапан 200-400 кгс/см и даже при низком входном давлении на второй клапан до 20 кгс/см, позволяет надежно отсечь рабочее тело со стороны входа первого клапана и выхода второго клапана посадкой конической поверхности меньшей ступени поршня на торцевую кромку жиклера.

Предлагаемый блок клапанов представлен на фиг.1, где:

1 - корпус с патрубками входа и выхода с бобышкой первого клапана;

2 - корпус с патрубками входа и выхода с бобышкой второго клапана;

3 - ступенчатый поршень;

4 - втулка с отверстиями;

5 - резиновое кольцо;

6 - защитная фторопластовая шайба;

7 - заглушка;

8 - пружина;

А - жиклер;

Б - канал с входа корпуса до втулки с отверстиями первого клапана;

В - канал от втулки с отверстиями до надпоршневой полости первого канала;

Г - канал от втулки с отверстиями до надпоршневой полости второго канала;

Д - коническая поверхность; E - проточная полость.

На фиг. 1 показан общий вид блока клапанов в разрезе.

Блок клапанов состоит из корпуса с патрубками входа и выхода с бобышкой первого клапана 1, соединенного герметично сваркой с ним корпуса с патрубками входа и выхода с бобышкой второго клапана 2 по торцам бобышек, жиклеров А и каналов Б, В и Г корпусов клапанов, ступенчатых поршней 3 с конической поверхностью Д, установленных в проточки корпусов первого и второго клапанов, ступенчатой втулки с отверстиями 4, взаимодействующей с проточками бобышек первого и второго клапанов, образуя между малыми ступенями ступенчатой втулки и проточкой бобышек проточные полости Е, уплотнения, состоящего, например, из резиновых колец 5 и защитных фторопластовых шайб 6, установленных на большую ступень поршней 3.

Блок клапанов работает следующим образом. В исходном положении клапаны находятся в открытом положении и позволяют проводить контроль натекания высокотоксичного компонента через вход, выход первого клапана из одной полости двигателя, затем в систему газоанализа, и далее на вход, выход второго клапана в другую полость двигателя в течении всего времени длительного хранения.

При запуске ЖРД давление со стороны входа первого клапана резко растет до 200-600 кгс/см² от ТНА двигателя и на выходе второго клапана - до 20 кгс/см² от БТНА двигателя. Компонент, протекая через жиклеры А, дросселируется и сбрасывается на выход первого клапана и на вход второго клапана. По каналу Б, расположенному до жиклера, каналам В и Г, отверстиям ступенчатой втулки 4 и проточным полостям Е, компонент высокого давления 200-600 кгс/см² попадает в надпоршневые полости клапанов, при этом ступенчатые поршни 3 перемещаются, сжимая пружины 8, до посадки конических поверхностей Д на торцевую кромку жиклеров А, герметично отсекая поступление компонента высокого давления на выход первого клапана и на вход второго клапана. Такое положение клапанов сохраняется в течение всего времени работы ЖРД.

При выключении ЖРД давление компонента со стороны входа первого клапана и со стороны выхода второго клапана падает и ступенчатые поршни возвращаются в исходное положение, сообщая входные и выходные полости клапанов.

Так как использование блока клапанов предполагается в условиях высоких входных давлений, например в ракетной технике, для изготовления деталей используется сталь 07Х16Н6Ш, для пружины сталь 12Х18Н10Т. Для изготовления резиновых колец используется смесь резиновая ИРП- 1118, защитная шайба изготавливается из фторопласта-4.

Таким образом, применение указанного блока клапанов позволяет использовать давление рабочего тела для привода клапана без электрической команды управления на привод клапана, что упрощает конструкцию, снижает массу и позволяет многократное его использование при стендовой отработке ЖРД.