ПНЕВМОКЛАПАН
PNEUMATIC VALVE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах газоснабжения, включая оборудование ракетно-космических комплексов.
Из общедоступных информационных источников известно большое количество пневмоклапанов, обеспечивающих дистанционное открытие пневматических магистралей для выдачи сжатых газов потребителю.
Основными характеристиками таких пневмоклапанов являются рабочее давление, проходное сечение и время срабатывания от момента выдачи команды на открытие пневмоклапана до момента полного его открытия. При использовании пневмоклапанов в системах и агрегатах ракетно-космических комплексов зачастую приоритетной характеристикой становится время срабатывания пневмоклапана в связи с наличием быстротекущих процессов при старте ракеты.
Известны клапаны, выполненные на основе разрывных устройств, которые описаны, например, в книге «Системы газоснабжения и устройства пневмоавтоматики ракетно-космических комплексов» (Ю.Л. Арзуманов, Р.А. Петров, Е.М. Халатов, г.Москва «Машиностроение» 1997 г., УДК 624.074, стр.133). Такие клапаны, как правило, состоят из корпуса, мембраны, разделяющей входную и выходную полости клапана, штока, соединенного с мембраной, поршня, навинченного на шток, дно поршня обращено в сторону каморы, в которую установлен пиропатрон. Поршень имеет конусную поверхность, которая, при срабатывании клапана, контактирует с корпусной поверхностью в корпусе клапана, тем самым предотвращается попадание пороховых газов в газовую полость клапана.
у
Описанные клапаны обеспечивают полное открытие за время около 0,008c при достаточно большом проходном сечении (Д 10 мм и более).
Однако этот клапан обладает следующими недостатками:
1. Клапан обеспечивает одно срабатывание, после чего утилизируется, или с использованием деталей отработавшего клапана изготавливается новый клапан.
2. Надежность клапана недостаточна вследствие установки одного пиропатрона. Для повышения надежности на практике устанавливается второй клапан параллельно основному. Возможен вариант установки в камору двух пиропатронов, однако этот вариант в клапанах не используется, т.к. в этом случае необходима установка специального буфера, обеспечивающего срабатывание клапана от одного пиропатрона и гашение избыточной энергии при срабатывании двух пиропатронов.
Свободным от указанных недостатков является электропневмоклапан АЭ-044 (прототип) («Арматура электропневмоавтоматики. Каталог», Центр научно-технической информации «Поиск» г.Москва, 1971, стр.150).
Электропневмоклапан состоит из корпуса, подпружиненного клапана, установленного со стороны входного штуцера, седла контактирующего с клапаном и электромагнита, якорь которого взаимодействует с клапаном, смещая его от седла, тем самым освобождается прохождение сжатого газа, поданного во входной штуцер.
Электропневмоклапан обеспечивает многократное открытие клапана и довольно малое время срабатывания, около 0,03 с.
у
Недостатками указанного электропневмоклапана, является малое проходное сечение (Д 0,5 мм). Для увеличения проходного сечения необходимо увеличивать мощность электромагнита, т.к. при открытии клапана необходимо преодолеть усилие пружины, поджимающей клапан к седлу, и усилие от поданного на вход сжатого газа, равное давлению, умноженному на площадь седла.
Учитывая особенности электромагнитов, применение их в быстродействующих клапанах с большим проходным сечением ограничено, т.к. дальнейшее увеличение проходного сечения приводит к необходимости применения мощных электромагнитов с неприемлемыми габаритами и величинами потребляемого тока, которые растут пропорционально площади проходного сечения клапана.
у
Задачей настоящего изобретения является обеспечение многократного применения пневмоклапана с обеспечением быстродействия при большом проходном сечении (не менее Д 10 мм).
В соответствии с изобретением поставленная задача достигается тем, что в заявленном пневмоклапане уплотняющая поверхность седла расположена со стороны, противоположной входному штуцеру, клапан является опорой двуплечего рычага, одно плечо которого шарнирно соединено с подпружиненным штоком, а другое, в закрытом положении клапана, зафиксировано шепталом, шарнирно закрепленным на корпусе пневмоклапана и застопоренного чекой, при этом шептало установлено с возможностью контакта со штоком пиропривода, закрепленного на корпусе пневмоклапана и состоящего из цилиндра с заглушкой, двух последовательно установленных поршней, которые образуют две разобщенные рабочие полости, каждая из которых сообщается с отдельной каморой, оснащенной пиропатроном, причем при срабатывании пиропатронов любой или обеих камор, поршень пиропривода взаимодействует с шепталом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид пневмоклапана, а на фиг.2 - его разрез.
Заявляемый пневмоклапан состоит из корпуса 1 с входным и выходным штуцерами, внутри корпуса соосно с входным штуцером крепится направляющая 2, в которой перемещается клапан 3, взаимодействующий с седлом.
К корпусу 1 крепится пружинный блок, состоящий из цилиндра 4, пружины 5, шайбы 6 и гайки 7, удерживающей пружину в поджатом состоянии. В отверстии цилиндра 4 размещается шток 8, на который навинчена гайка 9, а второй конец штока выполнен в виде проушины, соединенной осью 10 с двуплечим рычагом 11, короткий конец рычага 11 фиксируется шепталом 12, вращающимся на оси 13.
Рычаг 11 через регулируемый упор 14 взаимодействует с клапаном 3 и пружина 5, поджатая гайкой 9, прижимает клапан к седлу с усилием, обеспечивающим герметичность пары седло-клапан.
Открытие пневмоклапана осуществляется пироприводом 15, который выполнен быстросъемным и крепится к корпусу пневмоклапана двумя невыпадающими болтами.
Пиропривод состоит из цилиндра 16 с заглушкой 17, удерживаемой гайкой 18, заднего поршня 19, переднего поршня 20. Передний поршень 20 имеет цилиндрический стержень, взаимодействующий с шепталом 12. Гайкой 21 в цилиндре крепится упор 22 с буфером 23, выполненным, например, из алюминия, в виде полутора.
Между поршнем 19 и заглушкой 17 и поршнями 19 и 20 образованы две изолированные друг от друга рабочие полости, соединенные каналами с каморами, в которые ввинчены пиропатроны 24.
Для закрытия пневмоклапана необходимо свинтить гайку 9, исключив ее контакт с шайбой 6, тем самым пружина 5 отключается. Затем поджать рычагом 11 клапан 3 к седлу и зафиксировать рычаг шепталом 12.
Для герметизации пары седло-клапан необходимо поджать пружину 5, навинчивая на шток 8 гайку 9, затем установить пиропривод 15 на корпус пневмоклапана. Клапан закрыт и готов к работе.
Открытие клапана производится путем подачи электрического тока на спирали пиропатронов 24, происходит сгорание зарядов и пороховые газы из каморы попадают в рабочие полости или в одну из полостей, в случае срабатывания только одного пиропатрона. Далее поршень 20 в любом случае толкает шептало 12, освобождая рычаг 11, и под действием поданного на вход пневмоклапана сжатого газа пневмоклапан открывается. Для приведения пневмоклапана в рабочее закрытое состояние необходимо его закрыть, как описано выше, разобрать пиропривод, удалить продукты сгорания пороховых зарядов, собрать и установить его на место.
Заложенные в конструкцию заявляемого пневмоклапана технические решения обеспечивают многократное его использование, быстродействие, исчисляемое несколькими тысячными секунды, и достаточное проходное сечение.
у
В соответствии с заявленным изобретением в настоящее время разработаны и изготовлены два пневмоклапана, которые испытаны при температурах ±40°C, в результате при проходном сечении Д 12 мм время полного открытия клапана от момента подачи электрического тока на пиропатроны не превысило 0,008 c.
Таким образом, проведенные испытания на заводе-изготовителе подтвердили эффективность и возможность получения, при осуществлении изобретения, вышеупомянутого технического результата.