ПНЕВМОУПРАВЛЯЕМЫЙ КЛАПАН
PNEUMATICALLY CONTROLLED VALVE

Область техники
Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано в трубопроводных системах для управления потоками компонентов топлива в жидкостном ракетном двигателе (ЖРД).
Предшествующий уровень техники
Одной из важных и трудных задач, возникающих при создании ЖРД, является обеспечение нормального протекания переходных процессов.
Характер протекания переходных процессов во многом определяется работой агрегатов системы управления и регулирования двигателя: пусковых и отсечных топливных клапанов, электропневмоклапанов и других агрегатов автоматики.
Топливные клапаны в двигателе должны обладать малыми габаритами и небольшой массой. Кроме того, они должны исключать возможность попадания горючего и окислителя в агрегаты двигателя (газогенератор, камеру сгорания) до начала запуска и после отключения двигателя.
Известен пневмоклапан для дистанционного перекрытия магистрали, включающий в себя корпус с входным и выходным патрубками и пневмоцилиндр с установленным в нем управляющим поршнем, причем между крышкой пневмоцилиндра и поршнем размещен стакан, на наружной поверхности которого выполнен винтовой канал, связанный с патрубком, через который осуществляется подача сжатого газа в надпоршневую полость пневмоцилиндра.
Применение этого пневмоклапана позволяет уменьшить осевые и диаметральные габариты клапана. Аналог предлагаемого изобретения авт. свид. СССР №561829, МПК F16K 31/383, 1977 г.
Недостатком аналога является отсутствие в нем устройства, позволяющего осуществлять продувку жидкостной полости клапана при его закрытии.
Известен нормально закрытый клапан с пневмоприводом (см. кн. Г.Г. Гахун, «Конструирование и проектирование ЖРД», под общей ред., проф. Г.Г. Гахуна, М., Маш., 1989 г., с. 328-329, рис. 12.8), состоящий из корпуса с выходным и двумя выходными патрубками, затвора, поджатого пружиной к седлу. Затвор выполнен в виде стакана, внутри которого расположена пружина. Управляющий газ через штуцер и обратный клапан поступает внутрь стакана. Под давлением сжатого газа и действия пружины затвор плотно прижимается к седлу, чем объясняется высокая степень герметизации. Для открытия клапана стравливается давление сжатого газа из управляющей полости.
Недостатком этого клапана является отсутствие в нем устройства, позволяющего осуществлять продувку жидкостной полости клапана при его закрытии.
Известен также пневмоуправляемый клапан одностороннего действия, предназначен для управления подачей горючего в газогенератор ЖРД. Клапан содержит корпус, в котором выполнены входной и выходной патрубки, установленные под углом 90 градусов друг к другу, полый цилиндрический затвор, поджатый пружиной к седлу выходного патрубка, причем затвор выполнен за одно целое с поршнем (диаметр поршня больше диаметра затвора), установленным в управляющей полости клапана, ограниченной крышкой. Крышка имеет штуцер, через который подается управляющий сжатый газ в подпоршневую полость поршня. Управляющая и жидкостная полости отделены от атмосферы резиновыми манжетами (см. В.П. Глушко, «Альбом конструкций ЖРД», стр. 166, фиг. 419, 1989 г.).
Данное техническое решение принимаем в качестве прототипа.
Недостатки прототипа - нет устройства средств, обеспечивающих быстрое удаление горючего из жидкостной полости клапана.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание пневмоуправляемого клапана, обеспечивающего продувку жидкостной полости клапана и удаление остатков топлива из этой полости в огневую полость газогенератора после закрытия клапана.
Эта задача решена за счет того, что в пневмоуправляемом клапане, состоящем из корпуса с входным и выходным патрубками, пневмоцилиндра с установленным в нем управляющим поршнем и полого цилиндрического затвора, связанного с поршнем и поджатого пружиной к седлу, а в пневмоцилиндре образованы две управляющие полости, которые соединены с разными источниками сжатого газа, а на крышке пневмоцилиндра выполнен штуцер для продувки выходного патрубка клапана, который соединен со втулкой, установленной вдоль оси клапана, которая через осевое отверстие в управляющем поршне свободно установлена в полости полого цилиндрического затвора с осевым зазором между внутренним торцом затвора и торцом втулки, причем в полости втулки, в ее концевом участке ,расположен обратный клапан, а в торцевой внешней поверхности затвора выполнены сквозные продувочные отверстия, соединяющие полость затвора с полостью выходного патрубка.
Другими отличиями являются:
- величина осевого зазора между внутренним торцом затвора и торцом втулки должна быть не меньше хода затвора;
- уплотнение между затвором и седлом выполнено «конус по конусу»;
- затвор выполнен за одно целое с управляющим поршнем;
- внешний диаметр затвора меньше диаметра управляющего поршня;
- отделение жидкостных полостей клапана от управляющих обеспечивается уплотнительными манжетами;
- продувка полостей клапана и агрегата, на котором он установлен, осуществляется азотом или гелием.
Технический результат состоит в исключении возможности попадания горючего в газогенератор до начала запуска и после отключения двигателя и уменьшения импульса последействия за счет снижения времени догорания топлива.
На чертеже представлен продольный разрез пневмоуправляемого клапана.
Пример осуществления изобретения
Как показано на чертеже, пневмоуправляемый клапан содержит корпус 1, в котором выполнены входной 2 и выходной 3 патрубки, установленные под углом 90 градусов друг к другу, полый цилиндрический затвор 4, поджатый пружиной 5 к седлу 6 выходного патрубка 3. Затвор 4 выполнен за одно целое с поршнем 7 (его диаметр больше диаметра затвора), который установлен в управляющей полости 8 клапана, ограниченной крышкой 9. В клапане имеется штуцер 10, через который подается сжатый газ в управляющую полость 8 поршня 7. Управляющая полость 8 поршня 7 отделена от атмосферы резиновой манжетой 11, жидкостная полость 12 отделена от управляющей полости также резиновой манжетой 13. В корпусе клапана выполнена вторая управляющая полость 14, которая через штуцер 15, выполненный в корпусе, соединена со сжатым газом. В крышке корпуса клапана имеется полая втулка 16, соосно расположенная вдоль оси клапана. Выходной конец полой втулки 16 вставлен в полый затвор с некоторым осевым зазором относительно внутренней поверхности 17 затвора 4. Внутри полой втулки 16 размещен обратный клапан 18. Затвор 4 клапана и его седло 6 выполнены конической формы, а в теле затвора 4 выполнены продольные каналы 19. В крышке выполнен штуцер 20, через который осуществляется пневматическая связь полой втулки 16 с инертным газом, обеспечивающим продувку жидкостной полости клапана и газогенератора (не показано) после его закрытия.
Работа устройства
В исходном положении клапан закрыт. Входная полость 2 заполнена рабочей жидкостью. Затвор 4 прижат пружиной 5 к седлу 6.
При подводе газа с высоким давлением к штуцеру 15 и в управляющую полость 14 затвор 4 под воздействием давления газа на неразгруженную площадь затвора движется, преодолевая усилия пружины 5, и открывает клапан, соединяя входную полость 2 с выходной полостью 3.
При высоком давлении рабочей жидкости в полостях 2 и 3 затвор 4 удерживается в открытом положении за счет воздействия этого давления жидкости на неразгруженную площадь затвора, при сбросе давления газа в полости 14.
По мере снижения давления рабочей жидкости в полостях 2 и 3 затвор 4 под действием усилия пружины 5 перемещается до посадки на седло 6, закрывая клапан. После закрытия клапана к штуцеру 20 подводится газ высокого давления, который через обратный клапан 18 и отверстия 19 в затворе поступает в выходную полость 3, освобождая ее и полость газогенератора от остатков рабочей жидкости.
В клапане предусмотрена возможность в случае аварийной ситуации принудительного закрытия клапана путем подачи управляющего газа в штуцер 10 (при отсутствии в полости 14 управляющего давления). Закрытие в этом случае может осуществляться при максимальном давлении рабочей жидкости в полостях 2 и 3.
Промышленное применение
Предлагаемый пневмоуправляемый клапан найдет применение в ЖРД для управления подачей топлива в газогенератор.