Регулятор давления

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано в конструкции ракетных двигателей, преимущественно для регуляторов давления, поддерживающих постоянное давление в газовой магистрали твердотопливных источников энергии за счет сброса излишков продуктов сгорания в окружающую среду.

Известна конструкция регулятора давления, например «Разработка регулирующих пар с износостойким тугоплавким покрытием для регуляторов давления твердотопливных источников энергии», авторы к.т.н. В.Б. Вихман, А.А. Галунов, B.C. Мухамедов, В.А. Поляков, стр. 74, Труды «МИТ», научно-технический сборник, том 12, часть 1, 2012 г., Москва (прототип).

Указанный регулятор давления содержит корпус с входным и выходным патрубками и расположенные внутри корпуса регулирующую пару в виде соплового вкладыша, запираемого подвижной иглой, пружину, контактирующую с шаровой опорой иглы через опорную шайбу, направляющие качения иглы, включающие в себя сепаратор иглы и стакан, и узел настройки силы пружины.

Недостатком такой конструкции регулятора давления является то, что при воздействии перегрузки, а большинство двигателей работает при перегрузках, доходящих до 20-50 ед., ухудшается точность настройки регулятора и, соответственно, точность регулирования давления.

Например, для регулятора давления с суммарной массой подвижных частей Σm=0,14 кг, имеющего силу предварительного поджатия пружины Р_{пр н}=14 кгс при воздействии осевых перегрузок n_o=±30 ед., дополнительная погрешность регулирования давления составит:

ΔР=±Σm⋅n_o/Р_{пр н}=±(0,14⋅30/14)⋅100%=±30%, что существенно снижает точность регулирования и весовые характеристики регулируемого двигателя.

Задачей изобретения является повышение точности регулирования давления в двигателе за счет уменьшения влияния перегрузки на равнодействующую сил, приложенных к регулирующей паре.

Решение задачи достигается тем, в известном регуляторе давления, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и расположенные внутри корпуса регулирующую пару в виде соплового вкладыша, запираемого подвижной иглой, пружину, контактирующую с шаровой опорой иглы через опорную шайбу, направляющие качения иглы, включающие в себя сепаратор иглы и стакан, и узел настройки силы пружины, на корпусе со стороны свободного конца иглы закреплен полый цилиндр, внутри которого размещен подвижный в осевом направлении и установленный через дополнительный сепаратор, перемещение которого ограничивается стопорным винтом, груз, на свободном конце которого и наконечнике иглы выполнены пазы, в которых установлено коромысло, ось вращения которого расположена во втулках, установленных в цилиндре, а плечи коромысла находятся в одной плоскости с пазами, при этом масса груза подбирается с выполнением условия:

(m_гр+m_{сеп гр})L_гр=Σm⋅L_игл;

Σm=m_игл+m_ш+1/3m_пр+m_{сеп игл},

где

m_гр, m_{сеп гр} - массы груза и сепаратора груза (с шариками);

L_гр, L_игл - расстояния (плечи) от оси вращения коромысла до точек контакта в пазах груза и иглы;

m_игл, m_ш, m_пр, m_{сеп игл} - массы иглы, опорной шайбы, пружины, сепаратора иглы (с шариками).

При такой конструкции, дополнительная инерционная сила от воздействия перегрузок, приложенная к игле, компенсируется через коромысло противоположно направленной силой от действия тех же перегрузок на груз. В этом случае, погрешность регулирования давления зависит от соотношения масс подвижных частей регулятора давления и груза и длин соответствующих плеч коромысла.

Предложенная конструкция регулятора давления поясняется чертежами, на которых:

фиг. 1 - общий вид регулятора давления;

фиг. 2 - установка груза через сепаратор груза с шариками груза в стакане;

фиг. 3 - крепление оси коромысла в корпусе регулятора давления.

Регулятор давления состоит из следующих элементов:

- корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками;

- регулирующей пары, состоящей из соплового вкладыша 4, запираемого иглой 5;

- пружины 6, воздействующей через опорную шайбу 7 на шаровую опору 8 иглы 5 и опирающейся на узел настройки силы пружины 9;

- направляющих иглы, выполненных в виде закрепленного в корпусе 1 стакана 10, внутри которого установлен подвижный сепаратор иглы 11 с шариками иглы 12, контактирующими в разных сечениях иглы 5 с ее поверхностью;

- цилиндра 13, закрепленного в корпусе 1 регулятора давления со стороны свободного конца иглы 5;

- груза 14, размещенного внутри цилиндра 13 через сепаратор груза 15 с шариками груза 16 (см. фиг. 2), в котором по продольной оси иглы 5 выполнен паз 17, на наконечнике иглы 5 выполнен паз 18;

- стопорного винта 24, ограничивающего перемещение сепаратора груза;

- коромысла 19 с двумя плечами, расположенными в пазах 17 и 18;

- оси 20 коромысла 19, концы оси расположены во втулках 21, установленных в цилиндре 13.

Груз 14 закрыт кожухом 22, закрепленным на корпусе 1 и выполненным в виде стакана с упором 23 в центре по оси иглы 5 для ограничения ее перемещения. Масса груза 14 подбирается с выполнением условия:

(m_гр+m_{сеп гр})L_гр=Σm⋅L_игл;

Σm=m_игл+m_ш+1/3m_пр+m_{сеп игл},

где

m_гр, m_{сеп гр} - массы груза и сепаратора груза (с шариками);

L_гр, L_игл - расстояния (плечи) от оси вращения коромысла до точек контакта в пазах груза и иглы;

m_игл, m_ш, m_пр, m_{сеп игл} - массы иглы, опорной шайбы, пружины, сепаратора иглы (с шариками).

Регулятор давления работает следующим образом.

При подаче газа на вход регулятора давления 2 и достижении давления открытия иглы 5, игла 5 перемещается вдоль стакана 10, преодолевая сопротивление пружины 6. При этом открывается проходное сечение между сопловым вкладышем 4 и иглой 5, и излишки газа сбрасываются в окружающую среду через выходной патрубок 3.

При перемещениях иглы 5, груз 14 посредством коромысла 19 перемещается в направлении, противоположном перемещению иглы 5. При воздействии на регулятор давления осевых перегрузок появляются инерционные силы от подвижных частей регулятора давления и узла грузового блока. К подвижным частям регулятора давления относятся игла 5, опорная шайба 7, пружина 9, сепаратор иглы 11 с шариками иглы 12, а к грузовому блоку - груз 14 с сепаратором груза 15 и шариками груза 16. Инерционные силы в зависимости от знака направления перегрузок могут быть направлены в сторону открытия или в сторону закрытия регулируемого сечения. Так как действие перегрузки на грузовой блок и подвижные части регулятора давления одного знака, то благодаря коромыслу 19 моменты инерционных сил, приложенных к игле 5, уравновешиваются. При этом равнодействующая инерционных сил на игле 5 стремится к нулю и не оказывает влияния на настройку и характеристики регулятора давления. Условием обнуления инерционных сил от действия перегрузок является обеспечение равенства на коромысле 19 моментов сил от подвижных частей регулятора давления и грузового блока. Это эквивалентно обеспечению равенства произведений масс подвижных частей регулятора давления и грузового блока на соответствующие длины плеч коромысла 19:

(m_гр+m_{сеп гр})L_гр=(m_игл+m_ш+1/3m_пр+m_{сеп игл})L_игл.

Таким образом, указанная конструкция регулятора давления позволяет повысить точность регулирования давления в двигателе за счет уменьшения влияния перегрузок, доходящих до 20-50 ед. Следовательно, регулятор давления предлагаемой конструкции может быть использован в ракетном двигателе, работающем в условиях осевых и поперечных перегрузок.