КЛАПАН УПРАВЛЯЕМЫЙ
CONTROLLED VALVE

Изобретение относится к ракетно-космической технике и предназначено для управления потоком рабочей среды по внешней команде, реализуемой подачей управляющего давления в полость управления клапана. Может быть использовано в пневмогидравлических системах различных машин.
Известен дренажно-предохранительный клапан (патент на изобретение RU 2142592), содержащий корпус с входным и выходным каналами, седло и затвор с уплотнением, шток, сильфонный узел, выполненный с внутренней и наружной полостями, при этом наружная полость сообщена с атмосферой.
Недостатком вышеописанной конструкции является недостаточная надежность вследствие негерметичности уплотнений, что может привести к потерям в потоках, управляемых клапаном, или к загрязнению указанных потоков.
Известен клапан обратный управляемый (патент на изобретение RU 2314449), содержащий корпус, выполненный с многоступенчатой цилиндрической внутренней расточкой, снабженной подводящим и отводящим каналами, расположенными в диаметрально противоположном направлении от ее оси, седло, поршень, подвижный запорный элемент со ступенчатой внутренней полостью, коническое седло, образующее при взаимодействии с запорным элементом проходное отверстие, соосно расположенные подпружиненный возвратной пружиной шток и поршень, установленные последовательно с возможностью перемещения относительно корпуса.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность работы вследствие негерметичности уплотнений и ограниченные возможности при работе его в широком диапазоне рабочих температур (криогенного порядка) в длительном режиме в широком диапазоне рабочего давления.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности работы клапана и расширение его эксплуатационных возможностей.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве клапана управляемого содержащем корпус, выполненный с многоступенчатой цилиндрической внутренней расточкой, снабженной камерой пневмопривода, подводящим и отводящим каналами, расположенными в диаметрально противоположном направлении от ее оси, поршень, подвижный запорный элемент со ступенчатой внутренней полостью, коническое седло, образующее при взаимодействии с запорным элементом проходное отверстие, соосно расположенные подпружиненный возвратной пружиной толкатель и поршень, установленные последовательно с возможностью перемещения относительно корпуса, при этом устройство снабжено сильфонами, один из которых установлен в камере пневмопривода, конец которого с одной стороны герметично закреплен в корпусе, другой - на поршне, а другой - в промежуточной полости, конец которого с одной стороны герметично закреплен в корпусе, другой - на толкателе, при этом камера пневмопривода снабжена штуцером, а подводящий и отводящий каналы расположены соосно относительно друг друга и под углом к оси корпуса, коническое седло установлено в корпусе и выполнено с фланцем со стороны большего основания конуса, опирающимся одной стороной на уступ в корпусе, а на другой его стороне выполнена фаска под уплотняющую прокладку, обжатую крепежным элементом, при этом торцевая поверхность седла со стороны меньшего основания конуса снабжена кольцевыми выступами, между которыми выполнена проточка, наружный из которых снабжен радиальными каналами, при этом кольцевые выступы взаимодействуют с торцевой поверхностью запорного элемента, установленного соосно толкателю и взаимодействующего с последним торцевой поверхностью, при этом, на наружной поверхности толкателя закреплены упор и опора с возможностью кинематической свободы для угловой самоустановки по направляющим, а толкатель с поршнем установлены так, что при подаче управляющего давления в камеру пневмопривода перемещают запорный элемент в сторону его открытия.
На чертеже представлен общий вид устройства клапана управляемого. Клапан управляемый содержит корпус 1, выполненный с подводящим каналом 2 и отводящим каналом 3, расположенными соосно относительно друг друга, в диаметрально противоположном направлении от оси многоступенчатой расточки 4 и под углом к оси корпуса 1 для снижения коэффициента гидравлического сопротивления рабочей среды.
Полость многоступенчатой расточки 4 разделена на камеры.
Камера пневмопривода 5 образована корпусом 1 и сильфоном 6, один конец которого герметично закреплен в корпусе 1, а другой - герметично закреплен на поршне 7. Камера пневмопривода 5 снабжена штуцером 8 для подвода управляющей среды и предназначена для восприятия давления управляющей среды.
Промежуточная камера 9 предназначена для исключения взаимного влияния давления в рабочей камере 10 на работу пневматического управления и наоборот, а также для осуществления раздельного контроля герметичности рабочей камеры 10 и камеры пневмопривода 5 путем измерения утечек через отверстие 11 для пробки 12 и предотвращения перетечек управляющей среды в рабочую камеру 10 и рабочей среды в камеру пневмопривода 5. В негерметичной промежуточной камере 9 установлен сильфон 13, конец которого с одной стороны герметично закреплен в корпусе 1, другой - на толкателе 14.
Рабочая камера 10 предназначена для перемещения рабочей среды из подводящего канала 2 в отводящий канал 3. Рабочая камера 10 многоступенчатой расточки 4 герметизирована от внешней среды с помощью сильфона 13.
В полости многоступенчатой расточки 4 соосно перемещается толкатель 14, на наружной поверхности которого закреплены упор 15 и опора 16 с возможностью кинематической свободы для угловой самоустановки по направляющим 17, 18. Цилиндрическая наружная поверхность опоры 16 и цилиндрическая внутренняя поверхность упора 15 обеспечивают соосность толкателя 14 относительно корпуса 1. Упор 15 дополнительно предназначен для обеспечения восприятия усилия пружины 19 с целью возвращения подвижных элементов передачи усилия в исходное положение при прекращении действия управляющего давления. Упор 15 и опора 16 дополнительно выполняют функцию ограничителей крайних положений перемещений толкателя 14.
В полости многоступенчатой расточки 4 расположено седло 20 с проходным отверстием 21 и запорный элемент 22, установленный с возможностью открытия и закрытия седла 20 и взаимодействующий с толкателем 14.
Седло 20 выполнено вставной деталью с формой, близкой к усеченному конусу, и фланцем 23 со стороны большего основания конуса. Фланец 23 седла 20 одной стороной опирается на уступ 24 в корпусе 1, а другая его сторона снабжена фаской 25, являющейся посадочным местом для уплотняющей прокладки 26, обжатой гайкой 27. Уплотняющая прокладка 26 выполнена из материала, выдерживающего требуемый диапазон температур рабочей среды, например, АД1. Торцевая поверхность седла 20 со стороны меньшего основания конуса снабжена внутренним кольцевым выступом 28 и наружным кольцевым выступом 29, разделенными проточкой 30. Внутренний кольцевой выступ 28 предназначен для герметизации разделения, а внешний кольцевой выступ 29 - для восприятия ударных нагрузок при посадке запорного элемента 22, причем наружный кольцевой выступ 29 снабжен радиальными каналами 31 для выравнивания давления в проточке 30. При затяжке гайки 27 фланец 23 седла 20 деформируется к центру силами, возникающими при деформации уплотняющей прокладки 26. В результате угол конуса седла 20 уменьшается за счет сил упругой деформации, вызывая смещение внутреннего кольцевого выступа 28 (приподнимая его относительно наружного кольцевого выступа 29).
Запорный элемент 22, допускающий перемещение в осевом направлении, выполнен в виде ступенчатого стакана, наружная поверхность которого имеет цилиндрическую часть 32 и коническую часть 33, место сопряжения которых скруглено радиусом. Цилиндрическая часть 32 укорочена, обеспечивает соосность запорного элемента 22 с посадочной поверхностью седла 20, исключая радиальные смещения запорного элемента 22, а коническая часть 33 обеспечивает угловую самоустановку запорного элемента 22 по плоскости контакта с седлом в пределах суммарных допускаемых отклонений. Во внутренней полости запорного элемента 22 расположен упругий элемент 34. Последний выполнен, например, в виде пружины 35, опирающейся через упоры 36 одним концом в корпус 1, а другим - в торец внутренней полости запорного элемента 22, и нагружающей запорный элемент 22 в сторону седла 20 для создания необходимого уплотняющего усилия, действующего на запорный элемент 22.
Клапан управляемый работает следующим образом.
При отсутствии управляющего давления в камере пневмопривода 5 под действием усилия пружины 19 подвижные элементы находятся в исходном положении. Под действием упругого элемента 34 и давления рабочей среды в рабочей камере 10 запорный элемент 22 прижат своей наружной торцевой поверхностью к седлу 20, перекрывая его проходное отверстие 21 и разъединяя тем самым подводящий канал 2 и отводящий канал 3.
При подаче управляющего давления в герметичную камеру пневмопривода 5 происходит перемещение толкателя 14. При этом рабочая среда, воздействуя на поршень 7, сжимая сильфон 6, перемещает поршень 7 в направлении запорного элемента 22. По мере заполнения камеры пневмопривода 5 управляющей средой, давление на толкатель 14 возрастает и толкатель 14, преодолевая сопротивление пружины 19, упруго деформируя сильфон 13, продолжает перемещаться в направлении запорного элемента 22 до касания торца запорного элемента 22. При давлении, равном давлению начала открытия запорного элемента 22, толкатель 14, перемещая его, образует зазор между седлом 20 и запорным элементом 22, тем самым открывается проходное отверстие 21, свободно пропускающее рабочую среду из подводящего канала 2 в отводящий канал 3.
После сброса управляющего давления толкатель 14 возвращается в исходное положение с помощью пружины 19. Торцевая поверхность запорного элемента 22 взаимодействует с внутренним кольцевым выступом 28 седла 20, обеспечивая герметичность при малых давлениях рабочей среды. Увеличивающаяся разница давлений в подводящем канале 2 и отводящем канале 3 прижимает запорный элемент 22 к седлу 20 и упруго деформирует седло 20 до тех пор, пока торцевая поверхность запорного элемента 22 не соприкоснется с наружным кольцевым выступом 29. Таким образом, наружный кольцевой выступ 29 седла 20 позволяет запорному элементу 22 воспринимать увеличивающееся до максимальной величины давление без нарушения герметичности. Клапан управляемый закрывается, обеспечивая надежную герметичность.
Преимущество предложенного устройства состоит в том, что, применяя его, обеспечивается герметичность при работе в широком диапазоне рабочих температур (криогенного порядка) в длительном режиме в широком диапазоне рабочего давления.