КЛАПАН ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ
SAFETY VALVE

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики, предназначенным для сброса избыточного давления газа из пневмосистем, и может быть использовано в космической технике.
Известен клапан предохранительный (патент AC SU №1765586 - аналог) содержащий: корпус с входным и выходным каналами, клапан поджатый к седлу пружиной, герметично установленный сильфон, настроечные винт и пружину, поджимающей верхний фланец сильфона, внутренняя полость которой соединена со входом.
Недостатком известного предохранительного клапана является:
- низкая точность срабатывания из-за зазора между кромкой отверстия и уплотнением клапана, который не контролируется, что приводит к нестабильности давления начала открытия;
- большая сила трения в направляющей клапана, что ведет к погрешности поддержания давления настройки.
Известен клапан предохранительный сильфонный (патент AC SU №2742856 - прототип) содержащий: корпус с входным и выходным каналами и седлом, поджатый к седлу пружиной, сильфонный узел с герметично установленным сильфоном, верхний фланец которого нагружен настроечной пружиной, а внутренняя полость сильфона соединена со входом, клапан с уплотнителем имеет винт, закрепленный в клапане посредством резьбы, для настройки холостого хода сильфона, до момента открытия клапана. Кроме этого, в боковой стенке клапана запрессован фиксирующий элемент - штифт который перемещается в прорези корпуса для предотвращения вращения клапана при срабатываниях для улучшения герметичности в закрытом положении.
Недостатком взятого за прототип предохранительного клапана является:
- низкая точность срабатывания из-за сложности конструкции клапана с уплотнителем. В ведение в конструкцию паза в корпусе для штифта для контровки резьбового соединения приводит к нестабильности при открытии. Это объясняется взаимодействием штифта со стенкой паза, которое может быть разным в предохранительном клапане от не соприкосновения до сильного трения между штифтом и стенкой.
- кроме этого для уменьшения влияния штифта в конструкции уменьшен ход клапана, что привело к применению сильфона с малым количеством у гофр, а для получения необходимой жесткости к увеличению эффективной площади сильфона и соответственно габаритов корпуса и сопрягаемых с ним деталей таких как, стакан, верхний фланец и основная настроечная пружина. Произошло увеличение веса предохранительного клапана, что ограничивает применение данной конструкции в ракетостроении.
- маленькая длина направляющей поверхности верхнего фланца приводит к его повороту, при отрыве от упора в корпус при открытии с изменением вектора движения отличном от направления движения уплотнительного клапана, что приводит к дополнительному трению и так же к нестабильным результатам.
- большой вес в виду наличия большого количества деталей над сильфоном и корпусом.
Короче - низкая точность давления срабатывания происходит из-за наличия большого количества трущихся деталей, обеспечивающих перемещение клапанной группы, а также настроечной пружины с сильфоном из-за поворота верхнего фланца при отходе его от упора в корпус клапана.
Предлагаемый предохранительный клапан направлен на возможность применения агрегата в ракетостроении - широком диапазоне двигателей последних ступеней, с технологически несложной и надежной конструкцией меньшего веса и со стабильной характеристикой.
Для чего в предохранительном клапане корпус выполнен в виде патрубка, состоящего из двух цилиндров, на цилиндрической поверхности с малым диаметром у стыка перехода на большой диаметр выполнен фланец для крепления со стаканом. В корпус установлен сильфонный узел, подвижный элемент которого изготовлен в виде штока с центральным сквозным отверстием и седлом, разделяющим подвижный элемент на две части.
Одна часть подвижного элемента - штока, выступающего из сильфона, с установленной на нем фторопластовой втулкой, находится в направляющем отверстии меньшего диаметра корпуса, на наружной поверхности которого в месте перехода диаметров имеется фланец для крепления стакана.
Другая часть подвижного элемента - штока, расположена внутри сильфона и имеет вид гильзы, поверхность которой является направляющей для установленного в гильзу клапана, перекрывающего седло, а перед седлом выполнены боковые отверстия в полость сильфона для прохода рабочего тела со входа. Установка клапана в подвижную часть исключает изменение направления клапана и движения штока в направляющем отверстии корпуса.
Внутри входного фланца установлена пружина, поджимающая уплотнительный клапан к седлу и имеется буртик, ограничивающий перемещение уплотнительного клапана совместно с сильфоном для открытия клапана.
Сущность изобретения состоит в том, что выполнение корпуса в виде патрубка с большим и малым диаметрами, в котором расположен узел сильфонный, где полость малого диаметра является направляющей для подвижной части узла сильфонного, в полости большого диаметра расположен сильфон, а также расположение седла в подвижной части узла сильфонного позволило существенно улучшить технологичность, перейти на сильфоны с меньшей эффективной площадью и увеличенным ходом и количеством гофр, что позволило уменьшить вес клапана предохранительного и перемещение уплотнительного клапана с седлом внутри штока при повышении давления рабочего тела в сильфоне и улучшить его характеристики.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен общий вид предохранительного клапана.
Предохранительный клапан содержит: корпус 1, узел сильфонный, где сильфон 2 герметично соединен с одной стороны с входным фланцем 3, который приварен к корпусу 1 и к входному наконечнику 12, а с другой стороны, сильфон герметично соединен с подвижным элементом 4, который выполнен в виде штока с центральным сквозным отверстием 15 и седлом 14, которое разделяет подвижный элемент на две части.
Одна часть подвижного элемента, которая расположена ко входу от седла, находится внутри сильфона и имеет вид гильзы, внутренняя поверхность которой, является направляющей для установленного клапана с упором, перекрывающего седло. Перед седлом в гильзе выполнены боковые отверстия 17, выходящие в полость сильфона для прохода рабочего тела со входа.
Другая часть подвижного элемента, с отверстием на выход из седла, выступает из сильфона, и на ней установлена фторопластовая втулка 5 для уменьшения трения в направляющем отверстии. Корпус выполнен в виде патрубка, имеющего две цилиндрические поверхности: в полости большого диаметра, находится сильфон, а вторая полость меньшего диаметра -направляющая для фторопластовой втулки, плотно установленной на подвижной части штока, выступающей из сильфона.
На наружной поверхности корпуса меньшего диаметра в месте перехода диаметров имеется фланец 18 для крепления стакана 9.
В стакане установлены: настроечный винт и пружина, передающая усилие через шарнир 8 на подвижный элемент 4. Внутри входного фланца установлена пружина 11, поджимающая клапан 10 к седлу 14, и имеется буртик 19, ограничивающий перемещение клапана 10 совместно с седлом для открытия клапана.
При повышении входного давления сильфон 2 начинает растягиваться, шток 10 с седлом 14 и поджатым к нему клапаном 10 с упором 20 начинает перемещаться, сжимая настроечную пружину 7. Перемещение продолжается до тех пор, пока в буртик 19 не упрется упор 20 клапана 10, и при дальнейшем повышении давления в сильфоне 2 перемещающее седло 14 отрывается от клапана 10, и через образовавшуюся щель между клапаном и седлом начнется сброс рабочего тела из сильфона 2 в выходной канал 15 и наконечник 13. Давление рабочей среды на входе в клапан предохранительный и, соответственно, в сильфоне 2 уменьшается и при снижении давления до заданного настройкой предела седло 14 под действием настроечной пружины 7 опускается на клапан 10 который поджат к буртику 19, дросселирующая щель перекрывается, сброс рабочей среды прекращается.
Кроме этого, при открытии клапана 10 усилие пружины 11, действующее на клапан 10, уменьшается, а давление рабочей среды на клапан увеличивается, герметичность улучшается, и нет сил для вращения клапана. В открытом положении клапан 10 поджат к буртику 19 и в связи с тем, что находится в направляющей гильзе 16, клапан 10 не меняет своего положения относительно оси штока 4, в котором он находится, а при закрытии (при падении давления на входе) седло садится на свой отпечаток уплотнительного элемента клапана и продолжает движение совместно с клапаном 10 до упора гильзы 16 во входной фланец 3, соединенный с корпусом 1, и поэтому характеристика предохранительного клапана остается стабильной.