Клапан для регулирования расхода горячего газа и способ его сборки
HOT GAS FLOW CONTROL VALVE AND THE ASSEMBLY METHOD

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание клапанов для регулирования расхода горячего газа, работающих на продуктах сгорания, имеющих высокое давление и температуру.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, заслонки, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием прямоугольной формы, смежные поверхности седла и заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, заслонка установлена на вал, ось которого совпадает с общей осью смежных цилиндрических поверхностей седла и заслонки, при этом заслонка в поперечном сечении выполнена в форме двух цилиндрических поверхностей, цилиндрическая поверхность заслонки, смежная с цилиндрической поверхностью седла, выполнена большего радиуса и в виде сектора, длина которого превышает длину расходного отверстия седла, обе цилиндрические поверхности заслонки соосны между собой и сопряжены плавными кривыми, вал установлен с обеих сторон от заслонки в подшипники качения, заслонка установлена на вал и соединена с ним при помощи штифтов, причем в продольном сечении заслонка выполнена с приливом, ширина которого перекрывает расходное отверстие седла с обеих сторон (Патент РФ №2684696, 2018 г., F16K 5/04, F16K 5/10, F16 K5/12).
Недостаток такой конструкции состоит в том, что из-за прогрева происходит тепловое расширение седла и заслонки, из-за чего необходимо увеличивать величину зазора между их смежными цилиндрическими поверхностями, что приводит к увеличению непроизводительного расхода продуктов сгорания.
Целью изобретения является снижение величины непроизводительного расхода продуктов сгорания.
Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, состоящем из корпуса с входным и выходным патрубками, крышки, заслонки, выполненной с приливом и закрепленной с помощью двух штифтов на валу, установленном с обеих сторон в подшипники, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием прямоугольной формы, одна из сторон которого параллельна оси вала, смежные поверхности седла и прилива заслонки выполнены в форме цилиндров с общей осью, соосной с осью вала, между смежными цилиндрическими поверхностями седла и заслонки выполнен постоянный кольцевой зазор, при этом заслонка в поперечном сечении выполнена в форме двух цилиндрических поверхностей, цилиндрическая поверхность заслонки, смежная с цилиндрической поверхностью седла, выполнена большего радиуса и в виде сектора, длина которого превышает длину расходного отверстия седла, обе цилиндрические поверхности заслонки соосны между собой и сопряжены кривыми, прилив заслонки выполнен прямоугольной формы, стороны которого параллельны сторонам прямоугольного отверстия седла и заходит внутрь его, при этом на одной из сторон прямоугольного отверстия седла, перпендикулярной оси вала, выполнена цилиндрическая выборка, соосная оси вала и расположенная с зазором относительно цилиндрической поверхности участка прилива заслонки, а смежными цилиндрическими поверхностями заслонки и седла являются цилиндрическая поверхность выборки седла и наружная цилиндрическая поверхность прилива заслонки, при этом на приливе заслонки выполнен в зоне выборки седла дополнительный цилиндрический участок, радиус которого превышает радиус цилиндрической выборки седла, а поверхность прилива заслонки, контактирующая с поверхностью прямоугольного отверстия седла, выполнена в виде цилиндрической поверхности, образующая которой параллельна стороне прямоугольного отверстия седла и сопряжена с цилиндрической поверхностью меньшего радиуса криволинейной поверхностью, не контактирующей с седлом, причем при упоре заслонки в седло величина постоянного зазора между дополнительным цилиндрическим участком прилива заслонки и наружной поверхностью седла меньше величины постоянного зазора между цилиндрической поверхностью выборки седла и наружной цилиндрической поверхностью прилива заслонки.
На фиг. 1 приведена конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа.
На фиг. 2 приведено поперечное сечение клапана для регулирования расхода горячего газа.
На фиг. 3 приведено в увеличенном масштабе исполнение взаимного расположение седла и заслонки клапана для регулирования расхода горячего газа.
На фиг. 4 приведено расположение штифтов.
На фиг. 5 и 6 приведены размеры, которые необходимы для сборки клапана для регулирования расхода горячего газа.
1
1
2
3
2
1
Клапан для регулирования расхода горячего газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, крышки 4, заслонки 5, выполненной с приливом 6 и закрепленной на валу 7, установленном с обеих сторон в подшипники 8. В выходной патрубок 3 установлено седло 9 с расходным отверстием прямоугольной формы, одна из сторон которого параллельна оси вала 7. Смежные поверхности 10 седла 9 и 11 прилива 6 заслонки 5 и седла 9 выполнены в форме цилиндров с общей осью, соосной с осью вала 7. Заслонка 5 в поперечном сечении (фиг. 2) выполнена в форме двух цилиндрических поверхностей 11 и 12. Величина радиуса «R» цилиндрической поверхности 11 заслонки 5 выполнена больше радиуса «R» цилиндрической поверхности 10 седла 9. Цилиндрическая поверхность 11 заслонки 5 выполнена в виде сектора, длина которого L (фиг. 3) превышает длину L расходного отверстия седла 9. Обе цилиндрические поверхности 11 и 12 заслонки 5 соосны между собой и сопряжены кривыми. Прилив 6 заслонки 5 выполнен прямоугольной формы, стороны которого параллельны сторонам прямоугольного отверстия седла 9 и заходят внутрь его, при этом на одной из сторон прямоугольного отверстия седла 9, перпендикулярной оси вала 7, выполнена цилиндрическая выборка 13 радиусом «R», соосная оси вала 7 и расположенная с зазором «Δ» относительно цилиндрической поверхности 11 участка прилива 6 заслонки 5 радиуса «R», а смежными цилиндрическими поверхностями заслонки 6 и седла 9 являются цилиндрическая поверхность выборки 13 седла 9 и наружная цилиндрическая поверхность 11 прилива 6 заслонки 5, при этом на приливе 6 заслонки 5 выполнен в зоне выборки 13 седла 9 дополнительный цилиндрический участок 14, радиус «R» которого превышает радиус «R» цилиндрической выборки 13 седла 9, а поверхность 15 прилива 6 заслонки 5, контактирующая с поверхностью 16 прямоугольного отверстия седла 9, выполнена в виде цилиндрической поверхности с радиусом «r», образующая которой параллельна стороне прямоугольного отверстия седла и сопряжена с цилиндрической поверхностью 12 меньшего радиуса криволинейной поверхностью 17, не контактирующей с седлом, причем при упоре заслонки 5 в седло 9 величина постоянного зазора «Δ» между дополнительным цилиндрическим участком 14 прилива 6 заслонки 5 и наружной поверхностью 18 седла 9 меньше величины постоянного зазора «Δ» между цилиндрической поверхностью выборки 13 седла 9 и наружной цилиндрической поверхностью 11 прилива 6 заслонки 5. На валу 7 выполнен уступ 19 (фиг. 5) перед подшипником 8, установленным в крышку 4. Между уступом 19 вала 7 и подшипником 8, установленным в крышку 4, расположена регулировочная прокладка 20. Крышка 4 и корпус 1 соединяются между собой по торцам 21 и 22 (фиг. 6) соответственно. Между торцом прилива 6 заслонки 5, ближайшего к торцу 21 крышки 4, контактирующего с торцом 22 корпуса 1 и торцом расходного отверстия седла 9, ближайшего к торцу 22 корпуса 1, контактирующего с торцом 21 крышки 4, выполнен зазор «δ». Заслонка 5 соединена с валом 7 при помощи двух штифтов 23 (фиг. 4), оси которых проходят через ось вала 7 и касательно к поверхности 15 заслонки 5.
Заслонка 5 и седло 9 могут изготавливаются из одной марки материала.
Благодаря тому, что заслонка 5 расположена внутри седла 9 можно уменьшить непроизводительный расход продуктов сгорания за счет того, что уменьшается величина зазора между седлом 9 и заслонкой 5.
Когда заслонка 5 расположена внутри седла 9 можно устанавливать минимальные зазоры за исключением зазора «Δ» между цилиндрической выборкой 13 седла 9 и наружной цилиндрической поверхностью 11 прилива 6 заслонки 5.
Выполнение поверхности 15 прилива 6 заслонки 5 в виде цилиндрической поверхности с радиусом «r», образующая которой параллельна стороне прямоугольного отверстия седла 9 и сопряжение ее с цилиндрической поверхностью 12 меньшего радиуса криволинейной поверхностью 17, не контактирующей с седлом 9, обеспечивает свободу движения на открытие расходного отверстия седла 9 и приводит к снижению величины газодинамической составляющей шарнирного момента.
1
Выполнение зазора «Δ» между дополнительным цилиндрическим участком 14 при упоре поверхности 15 прилива 6 заслонки 5 в поверхность 16 прямоугольного отверстия седла 9 меньше зазора «Δ» приводит к уменьшению непроизводительного расхода продуктов сгорания.
1
Благодаря тому, что заслонка 5 и седло 9 изготавливаются из одной марки материала при прогреве конструкции не происходит изменение зазоров «δ», «Δ» и «Δ», что также не приводит к увеличению величины непроизводительного расхода продуктов сгорания.
Установка штифтов 23 (заслонка 5 соединена с валом 7 при помощи двух штифтов 23, оси которых проходят через ось вала 7 и касательно к поверхности 15 заслонки 5) позволяет как при полностью закрытом расходном отверстии седла 9, так и при полностью открытом расходном отверстии седла 9 обеспечить равномерную минимальную нагрузку на штифты 23.
Таким образом, как видно из вышеизложенного обеспечивается снижение величины непроизводительного расхода продуктов сгорания и нагрузки на штифты.
Для данной конструкции клапана необходимо точно обеспечить зазор между торцами расходного отверстия седла 9 и прилива 6 заслонки 5. Для уменьшения величины непроизводительного расхода продуктов сгорания зазоры должны быть минимальными.
Известен способ сборки, в котором методика обеспечения необходимого линейного размера заключается в подборе регулировочной прокладки путем последовательной установки заранее изготовленных прокладок различной толщины (Атлас конструкций узлов и деталей машин. Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007 г. стр. 126).
Недостаток такого способа сборки заключается в том, что требуется несколько переборок клапана для подбора требуемой толщины, а получаемая в результате точность ограничена дискретностью размеров регулировочных прокладок.
Задачей изобретения является обеспечение точности установки заслонки относительно седла за счет обеспечения минимального осевого зазора между торцовыми поверхностями прилива заслонки и седла при минимальном количестве переборок.
Задача решается тем, что в способе сборки клапана для регулирования расхода горячего газа, основанном на установке регулировочной прокладки, которая с одной стороны упирается в подшипник, а с другой стороны в уступ вала, первоначально собирают крышку с подшипником и валом с установленной заслонкой, но без регулировочной прокладки, упирают вал в подшипник с установленной с заслонкой и замеряют величину «М» - расстояния от торца прилива заслонки, ближайшего к торцу крышки, контактирующего с торцом корпуса, затем собирают корпус с седлом и замеряют величину «Н» - от торца расходного отверстия седла, ближайшего к торцу корпуса, контактирующего с торцом крышки, определяют толщину «h» прокладки по формуле:
h=Н+δ-М, где
М - расстояние от торца прилива заслонки, ближайшего к торцу крышки, контактирующего с торцом корпуса;
Н - расстояние от торца расходного отверстия седла, ближайшего к торцу корпуса, контактирующего с торцом крышки;
δ - величина зазора в осевом расстоянии между торцом прилива заслонки, ближайшего к торцу крышки, контактирующего с торцом корпуса и торцом расходного отверстия седла, ближайшего к торцу корпуса, контактирующего с торцом крышки, затем вал с установленной заслонкой удаляют из крышки, собранной с подшипником, устанавливают регулировочную прокладку толщиной «h» и собирают клапан.
Сборка осуществляется следующим образом.
Первоначально собирают (фиг. 5) крышку 4 с подшипником 8 и валом 7 с установленной заслонкой 5, но без регулировочной прокладки 20, упирают в подшипник 8 вал с установленной заслонкой 5 и замеряют величину «М» - расстояние от торца прилива 6 заслонки 5, ближайшего к торцу 21 крышки 4, контактирующего с торцом 22 корпуса 1, затем собирают (фиг. 6) корпус 1 с седлом 9 и замеряют величину «Н» - расстояние от торца расходного отверстия седла 9, ближайшего к торцу 22 корпуса 1, контактирующего с торцом 21 крышки 4, определяют толщину «h» прокладки по формуле:
h=Н+δ-М, где
М - расстояние от торца прилива 6 заслонки 5, ближайшего к торцу 21 крышки 4, контактирующего с торцом 22 корпуса 1;
Н - расстояние от торца расходного отверстия седла 9, ближайшего к торцу 22 корпуса 1, контактирующего с торцом 21 крышки 4;
δ - величина зазора в осевом направлении между торцом прилива 6 заслонки 5, ближайшего к торцу 21 крышки 4, контактирующего с торцом 22 корпуса 1 и торцом расходного отверстия седла 9, ближайшего к торцу 22 корпуса 1, контактирующего с торцом 21 крышки 4.
Затем вал 7 с установленной заслонкой 5 удаляют из крышки 4, собранной с подшипником 8, устанавливают регулировочную прокладку 20 толщиной «h» и собирают клапан, обеспечивая его работоспособность.
Таким образом, обеспечивается точная установка осевого зазора при минимальном количестве переборок.
Как видно из вышеизложенного обеспечивается снижение величины непроизводительного расхода продуктов сгорания, нагрузки на штифты, газодинамической составляющей шарнирного момента и обеспечивают точность сборки при минимальном количестве переборок.