КЛАПАН ВСКРЫТИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, конкретно, к конструкции клапана, отличающегося по функции, являющегося предохранительным, обеспечивающим длительную герметичную изоляцию текучей среды в емкости, например, топлива в баке беспилотного летательного аппарата (БПЛА), приводимого в действие в результате постороннего воздействия и являющегося проходным клапаном для жидкости или газа, например, для подачи топлива в двигатель БПЛА.
Известен нормально-закрытый клапан взрывного действия (клапан вскрытия), патент США по классу 137-70, №3, 474, 809 от 28 октября 1969 года, принятый, за прототип. Известный клапан вскрытия содержит корпус с входным и выходным отверстиями, расположенный во входном отверстии патрубок с торцевой стенкой и кольцевой проточкой в боковой стенке патрубка вблизи его торцевой стенки, закрепленный неподвижно относительно корпуса, и поршневой привод с толкателем, закрепленный на стенке корпуса и сообщенный с источником давления и пусковым устройством, при этом в стенке корпуса над торцевой стенкой патрубка выполнено отверстие, в котором размещена выходная часть толкателя. Корпус клапана за торцевой стенкой патрубка снабжен цилиндрической полостью увеличенного диаметра. Диаметр торцевой стенки патрубка увеличен и размещен в цилиндрической полости корпуса на закрепленной в корпусе оси, перпендикулярной оси патрубка и проходящей через нижнюю часть торцевой стенки, при этом конечная часть выходной части поршневого толкателя выполнена в виде клина, размещенного в кольцевой проточке боковой стенки патрубка.
Существенными признаками предлагаемого клапана вскрытия, совпадающими с признаками прототипа являются следующие - клапан вскрытия, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, патрубок с торцевой стенкой и кольцевой проточкой в боковой стенке патрубка вблизи его торцевой стенки, расположенный во входном отверстии корпуса и закрепленный относительно корпуса, и поршневой привод с толкателем, закрепленный на стенке корпуса и сообщенный с источником давления и пусковым устройством, при этом в стенке корпуса над торцевой стенкой патрубка выполнено отверстие, в котором размещена выходная часть толкателя.
Известный клапан вскрытия имеет увеличенный диаметр и длину корпуса, что затрудняет как работу конструкторов при разработке объекта с плотной компоновкой конструкции в условиях ограниченного объема, например, БПЛА, так и работу сборщиков при изготовлении объекта. Кроме того, расширение потока текучей среды в цилиндрической полости корпуса увеличенного диаметра и наличие в ней после вскрытия клапана плохообтекаемой торцевой стенки патрубка увеличивают гидравлические потери давления на клапане в процессе расхода текучей среды.
Предлагаемым устройством решается задача уменьшения длины и диаметра корпуса клапана, а также уменьшение гидравлических потерь давления на клапане при расходе текучей среды.
Для достижения названного технического результата в клапане вскрытия, содержащем корпус с входным и выходным отверстиями, патрубок с торцевой стенкой и кольцевой проточкой в боковой стенке патрубка вблизи его торцевой стенки, расположенный во входном отверстии корпуса и закрепленный относительно корпуса, и поршневой привод с толкателем, закрепленный на стенке корпуса и сообщенный с источником давления и пусковым устройством, при этом в стенке корпуса над торцевой стенкой патрубка выполнено отверстие, в котором размещена выходная часть толкателя, к стенке корпуса клапана с внешней стороны, противоположной от толкателя прикреплен коробчатый уловитель, при этом в стенке корпуса выполнено щелевое окно для прохода торцевой стенки патрубка в коробчатый уловитель. Для дополнительного уменьшения гидравлических потерь давления при расходе текучей среды коробчатый уловитель снабжен фиксатором торцевой стенки входного патрубка. Для упрощения конструкции фиксатор торцевой стенки входного патрубка выполнен в виде пластинчатой пружины, прикрепленной к боковой стенке коробчатого уловителя, при этом свободная от крепления часть пластинчатой пружины расположена вблизи торцевой стенки уловителя и отогнута под острым углом к его боковой стенке, а торцевая стенка входного патрубка снабжена кольцевым буртиком для упора свободного конца пластинчатой пружины. Для увеличения надежности фиксирования торцевой стенки входного патрубка коробчатый уловитель снабжен вторым фиксатором торцевой стенки входного патрубка, выполненным в виде пластинчатой пружины, закрепленной на противоположной стенке уловителя, при этом торцевая стенка входного патрубка содержит дополнительный кольцевой буртик для упора свободного конца пластинчатой пружины второго фиксатора.
Отличительными признаками предлагаемого клапана вскрытия является то, что к стенке корпуса клапана с внешней стороны, противоположной от толкателя прикреплен коробчатый уловитель, при этом в стенке корпуса выполнено щелевое окно для прохода торцевой стенки патрубка в коробчатый уловитель. Кроме того, дополнительно - коробчатый уловитель снабжен фиксатором торцевой стенки входного патрубка; фиксатор торцевой стенки входного патрубка выполнен в виде пластинчатой пружины, прикрепленной к боковой стенке коробчатого уловителя, при этом свободная от крепления часть пластинчатой пружины расположена вблизи торцевой стенки уловителя и отогнута под острым углом к его боковой стенке, а торцевая стенка входного патрубка снабжена кольцевым буртиком для упора свободного конца пластинчатой пружины; коробчатый уловитель снабжен вторым фиксатором торцевой стенки входного патрубка, выполненным в виде пластинчатой пружины, закрепленной на противоположной стенке уловителя, при этом торцевая стенка входного патрубка содержит дополнительный кольцевой буртик для упора свободного конца пластинчатой пружины второго фиксатора.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, упрощается компоновка клапана на объекте, например, БПЛА, как при его разработке, так и при изготовлении, уменьшаются гидравлические потери давления при подаче текучей среды, упрощается конструкция клапана, обеспечивается возможность уменьшения рабочего давления и массы источника давления, или, при сохранении его рабочего давления, уменьшить диаметр и массу поршневого привода, обеспечивается работоспособность клапана при произвольном пространственном закреплении на объекте, а также при воздействии на клапан знакопеременных перегрузок, ударов в земных условиях и в невесомости.
Предложенное техническое решение может найти применение при разработке БПЛА, которые длительно хранятся с заправленным герметичным топливным баком, а также в различных наземных резервуарах, как компактный предохранительный клапан, обеспечивающий сброс давления с большим расходом жидкости или газа.
Предлагаемый клапан вскрытия поясняется чертежом.
Представленный на чертеже клапан вскрытия содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями, расположенный во входном отверстии 2 патрубок 4 с торцевой стенкой 5 и кольцевой проточкой 6 вблизи его торцевой стенки 5. Патрубок 4 снабжен фланцем 7, посредством которого он вварен в стенку 8 топливного бака 9 и закреплен болтами 10 к фланцу 11 корпуса 1. Стенка 12 корпуса 1 соединена с гнездом 13, содержащим отверстие 14. Поршневой привод 15 с толкателем 16 закреплен в гнезде 13 посредством резьбового соединения 17 и сообщен с источником давления 18 (пиропатроном, баллоном сжатого газа, гидронасосом) и пусковым устройством 19 (электрическим воспламенителем, клапаном пуска давления) посредством отверстия 20, в котором источник давления 18 закреплен при помощи резьбового соединения 21. В стенке 12 корпуса 1 выполнено отверстие 22, в котором размещена выходная часть 23 толкателя 16. К стенке 12 корпуса 1 с внешней стороны, противоположной от толкателя 16, прикреплен коробчатый уловитель 24, при этом в стенке 12 корпуса 1 выполнено щелевое окно 25 для прохода торцевой стенки 5 патрубка 4 в коробчатый уловитель 24. Коробчатый уловитель 24 снабжен фиксатором торцевой стенки 5 патрубка 4, выполненным в виде пластинчатой пружины 26, прикрепленной к боковой стенке 27 коробчатого уловителя 24, при этом свободная от крепления часть пластинчатой пружины 26 расположена вблизи торцевой стенки 28 уловителя 24 и отогнута под острым углом к его боковой стенке 27, а торцевая стенка 5 входного патрубка 4 снабжена кольцевым буртиком 29 для упора свободного конца пластинчатой пружины 26. Коробчатый уловитель 24 снабжен вторым фиксатором торцевой стенки 5 входного патрубка 4, выполненным в виде пластинчатой пружины 30, закрепленной на боковой стенке 31 коробчатого уловителя 24 противоположной боковой стенке 27, при этом торцевая стенка 5 входного патрубка 4 содержит дополнительный буртик 32, для упора свободного конца пластинчатой пружины 30 второго фиксатора.
Клапан вскрытия работает следующим образом. От системы управления объекта (на чертеже не показана) задействуется пусковое устройство 19, при этом газ из источника давления 18 через отверстие 20 поступает к толкателю 16 поршневого привода 15. Сила от давления газа на толкатель 16 передается через его выходную часть 23 на торцевую стенку 5 патрубка 4 и в момент ее достижения значения усилия среза торцевой части 5 по ослабленному кольцевой проточкой 6 сечению боковой стенки патрубка 4 происходит срез торцевой стенки 5, при этом сила сопротивления торцевой стенки 5 на толкатель 16 через его выходную часть 23 резко уменьшается, обеспечивая ускоренное боковое движение толкателя 16 и торцевой части 5 в направлении щелевого окна 25, через которое торцевая часть 5 попадает в уловитель 24, обеспечивая сообщение входного отверстия 2 с полостью патрубка 4 и возможность подачи текучей среды по магистрали где установлен клапан вскрытия. Вследствие того, что усилие среза ~ в 1,5÷2 раза меньше усилия отрыва для открытия клапана требуется меньшее давление источника 18, что обеспечивает возможность уменьшения его массы или при сохранении массы источника 18, уменьшить диаметр и массу поршневого привода 15. Вследствие бокового движения торцевой части 5 в уловитель 24 рабочая зона клапана вскрытия минимальна и равна ширине торцевой части 5 патрубка 4, при этом для обеспечения сообщения выходного отверстия 3 с полостью патрубка 4 не требуется увеличение диаметра рабочей зоны клапана вскрытия. Минимальная длина рабочей зоны клапана вскрытия, а также отсутствие расширения и последующего сужения проходного сечения клапана вскрытия обеспечивают уменьшение его длины и гидравлических потерь давления при течении текучей среды. Уменьшение длины клапана вскрытия обеспечивает как облегчение компоновки объекта, например БПЛА, при его разработке, так и облегчение монтажа клапана при изготовлении объекта на производстве. Расположение уловителя 24 торцевой стенки 5 напротив толкателя 16 и малая длина клапана вскрытия позволяют установить его вблизи стенки 8 бака 9, что обеспечивает возможность транспортирования заправленного топливом и загерметизированного бака 9, при незначительном увеличении общей длины загерметизированного бака 9. Торцевая стенка 5 после среза удерживается в уловителе 24 под действием силы тяжести. Наличие фиксатора торцевой стенки 5 в коробчатом уловителе 24 позволяет располагать клапан вскрытия при компоновке на объекте не только с установкой уловителя 24 по направлению действия силы тяжести, но и в любом произвольном направлении. При боковом ускоренном движении в уловитель 24 торцевая часть 5 отгибает свободный конец пластинчатой пружины 26 загнутый под острым углом к боковой стенке 27 уловителя 24, обеспечивая прохождение буртика 29 к торцевой части 28, после чего свободный конец пластинчатой пружины 26, под действием силы упругости отклоняется на больший угол к торцевой стенке 27 уловителя 24 и благодаря упору в кольцевой буртик 29 торцевая часть 5 надежно удерживается в коробчатом уловителе 24, как при произвольном расположении клапана вскрытия в пространстве, например, при маневрировании летательного аппарата, так и в невесомости. Вторая пластинчатая пружина 30 второго фиксатора торцевой стенки 5, закрепленная на противоположной стенке 31 уловителя 24, обеспечивает удержание торцевой стенки 5 за счет упора ее свободного конца в кольцевой буртик 32, что увеличивает надежность работы клапана вскрытия, как при избыточной энергетике поршневого привода 15, так и при действии на клапан вскрытия увеличенных перегрузок и ударов.