КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела в широком диапазоне давлений, в том числе и в условиях низких температур. Изобретение может быть использовано в машиностроении, например в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, например самолетах, или в ракетной технике, например в двигательных установках.
Известен регулировочный клапан с перфорированным стаканом (заявка JP 2-53661, МПК F16K 3/32, F16K 47/02) содержащий корпус, перфорированный стакан с большим числом отверстий, запорный элемент и конический фланец, контактирующий с затвором. Запорный элемент в данной конструкции выполнен разгруженным.
Недостатками указанного клапана является повышенное значение гидравлического сопротивления при больших значениях расхода рабочего тела и сложность обеспечения высокой герметичности по месту уплотнения запорного элемента по конической поверхности фланца.
Известен клапан запорно-регулирующий отсекающий (патент RU 2386880 С1, МПК F16K 3/24, F16K 39/02, F16K 47/02) содержащий корпус с входным и выходным каналами, запорный затвор, выполненный в виде штока с поршнем, с уплотнительной поверхностью и отверстиями, запорно-регулирующий затвор, выполненный в виде ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, и седло, установленное в корпусе. Запорный элемент в данной конструкции выполнен разгруженным.
Недостатками указанного клапана являются сложность изготовления, повышенное гидросопротивление и неработоспособность агрегата в условиях низких температур.
Известен электромагнитный клапан (заявка JP 1-224580, МПК F16K 31/06), содержащий корпус, катушку электромагнита, сердечник статора, плунжер с запорным элементом (малый затвор), большой затвор в виде корпуса.
К недостаткам электромагнитного клапана следует отнести сложность изготовления, повышенное гидросопротивление, неработоспособность агрегата при низких температурах из-за расположения электромагнитного привода вблизи проточной полости агрегата.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является клапан запорно-регулирующий (патент RU 2298128 С2, МПК F16K 3/24, F16K 47/04 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным каналами, крышку, запорно-регулирующий двуступечатый затвор с ступенчатой внутренней проточкой и отверстиями, шток и привод.
К недостаткам запорно-регулирующего клапана, принятого в качестве прототипа, следует отнести сложность изготовления клапана, повышенное гидросопротивление, неработоспособность агрегата в условиях низких температур, а также высокая масса агрегата для клапанов с большим проходным сечением.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение гидросопротивления клапана, обеспечение многократного срабатывания клапана при высоких рабочих давлениях на входе, в том числе и в условиях низких температур, упрощение конструкции, снижение массы.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известном устройстве, содержащем корпус с входным и выходным каналами, крышку, затвор со ступенчатой внутренней проточкой и отверстиями, шток и привод, согласно изобретению в корпусе во входной полости выполнено седло, а в управляющей полости выполнена проточка с седлом, в корпус установлена ступенчатая втулка с центральной ступенчатой внутренней проточкой и двумя проточками большей ступени со стороны входной полости клапана, взаимодействующая наружным диаметром большей ступени с внутренним диаметром большей ступени проточки затвора, в большую проточку ступенчатой втулки установлена демпфирующая втулка, контактирующая с проходным сечением отверстий затвора, при этом диаметр большей ступени ступенчатой втулки выполнен равным или меньше среднего диаметра уплотнения затвора, в проточку корпуса установлен поршень с проточкой со штоком и торцевым уплотнением, контактирующим с седлом управляющей полости, взаимодействующий наружным диаметром поршня с внутренним диаметром проточки корпуса и меньшим диаметром штока с внутренним меньшим диаметром проточки ступенчатой втулки, в крышке выполнена проточка, в затвор установлена втулка со штоком, взаимодействующая по торцу со штоком поршня и штоком с внутренней поверхностью проточки крышки.
В меньшую проточку ступенчатой втулки со стороны входной полости установлено уплотнение в виде манжеты Г-образного сечения, на торце которого расположен уплотнительный выступ, взаимодействующее с меньшим диаметром штока и торцом ступенчатой втулки.
В проточку поршня установлено уплотнение в виде манжеты Г-образного сечения, на торце которого расположен уплотнительный выступ, взаимодействующее с внутренней поверхностью проточки корпуса и торцом поршня.
В большую проточку ступенчатой втулки установлено уплотнение в виде манжеты Г-образного сечения, на торце которого расположен уплотнительный выступ, взаимодействующее с внутренней поверхностью большей проточки затвора и торцом ступенчатой втулки.
Предлагаемый клапан представлен на рисунке фиг. 1, где:
1 - корпус;
2 - затвор;
3 - ступенчатая втулка;
4 - демпфирующая втулка;
5 - поршень с штоком;
6 - крышка;
7 - втулка с штоком;
8, 9, 10 - уплотнение;
11, 12, 13 - прорезная пружина;
14, 15, 16 - опора;
17, 18 - гайка;
19 - пружина;
А - седло;
Б - седло управляющей полости;
В - центральная ступенчатая внутренняя проточка втулки;
Г - проточки большей ступени втулки;
Д - диаметр большей ступени проточки затвора;
Е - проходное сечение отверстий затвора;
Ж - диаметр большей ступени ступенчатой втулки;
К - проточка корпуса;
Л - проточка поршня с штоком;
М - торцевое уплотнение.
Клапан содержит корпус 1 с входным и выходным каналами и проточкой К, в корпус 1 установлен затвор 2, контактирующий с седлом А, затвор выполнен с внутренними проточками, по большей из которых затвор взаимодействует со ступенчатой втулкой 3, установленной в корпус 1, по наружному диаметру ступенчатой втулки выполнена проточка Г в которую установлена манжета для герметизации входной и выходной полостей клапана, в проточку корпуса К установлен поршень со штоком 4 с торцевым уплотнением поршням, контактирующим с седлом Б, шток поршня взаимодействует с ступенчатой втулкой 3 по внутренней проточке Г, в которую установлено уплотнение для герметизации входной и выходной полостей клапана, также шток поршня взаимодействует по торцу с втулкой со штоком 7, установленной в затвор 2, а шток втулки 7 взаимодействует с внутренней проточкой в крышке 6, установленной во входной полости корпуса 1.
Клапан работает следующим образом. По команде на открытие клапана подается управляющее давление через штуцер "Рупр.", давление попадет в управляющую полость корпуса 1 и, воздействуя на эффективную площадь поршня со штоком 5, преодолевает усилие от перепада давлений на штоке, затворе 2 и усилие пружины 19, перемещает затвор 2 до посадки поршня со штоком 5 на седло А, при этом открывается проходное сечение клапана.
Для обеспечения открытия клапана при высоких давлениях затвор 2 выполнен разгруженным, для чего большая ступень проточки затвора выполнена равной или меньше среднего диаметра уплотнения затвора.
Такое положение клапана сохраняется в течение всего времени подачи управляющего давления. При закрытии клапана управляющее давление сбрасывается из штуцера "Рупр.", затвор 2 перемещается под действием усилия пружины 19 и перепада давлений рабочего тела на затворе, при этом уплотнение затвора 2 садится на седло А, закрывая проходное сечение клапана по линии "Вход-Выход". При перекрытии проходного сечения отверстий Е демпфирующей втулкой 4 давление во внутренней полости затвора падает, что обеспечивает безударную посадку затвора 2 на седло А.
Так как использование клапана планируется в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, например самолетах, или в ракетной технике, его детали выполнены из материалов: сталь 07X16H6 для корпуса 1; затвора 2; ступенчатой втулки 3; демпфирующей втулки 4; поршня с штоком 5; крышки 6; втулки с штоком 7; прорезных пружин 11, 12, 13; опор 14, 15, 16; гаек 17, 18; фторопласт - 4 для уплотнений 8-10; сталь 12Х18Н10Т для пружины.
Таким образом, применение указанного клапана позволяет снизить гидросопротивление клапана, обеспечить многократное срабатывание при высоких рабочих давлениях на входе, в том числе и в условиях низких температур, упростить конструкцию и снизить массу в изделиях машиностроения.