ПИРОКЛАПАН
PYRO-VALVE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пироклапанам с пиротехническим приводом, предназначенным для отсечки рабочего тела, и может быть использовано при создании агрегатов автоматики жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и других энергетических установок.
В настоящее время при создании пироклапанов для перекрытия магистралей ЖРД широко применяются пироклапаны с запорным органом, выполненным в виде конической пробки, взаимодействующей с коническим седлом, образованным в выходном канале (А.И. Эдельман, Топливные клапаны ЖРД, из-во «Машиностроение», 1970, стр. 73-75). К недостаткам пироклапана можно отнести следующие.
1. Невозможность сброса управляющего давления из полости управления пневмоклапана по линии подачи компонента в газогенеротор (ГГ) при аварийном выключении многоразового ЖРД, в случае использования пироклапана в магистрали подачи управляющего давления от электропневмоклапана (ЭПК) до пневмоклапана ГГ.
2
2. Нарушение герметичности изоляции пироклапана при воздействии рабочего управляющего давления на пиропатрон (≥20 кгс/см).
Известен пироклапан (US 3332432А, F16K 31/02, от 25.07.67 г.) который содержит корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость, выполненную в виде ступенчатого отверстия с конической поверхностью, с перекрывной пробкой.
Недостатком пироклапана является невозможность сброса управляющего давления из магистрали управления от ЭПК до пневмоклапана, в которую установлен пироклапан при аварийном выключении ГГ ЖРД.
Известен пироклапан (RU 2142085, F16K 17/40, от 13.05.98 г. - прототип), содержащий корпус с входным, выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована тонкостенная труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, со ступенчатой перекрывной пробкой с отверстием, через которое пропущена тонкостенная труба.
Недостатком пироклапана, установленного в магистраль управления пневмоклапана ЭПК, является невозможность быстрого сброса управляющего газа из пневмоклапана при аварийном выключении ЖРД. При сбросе управляющего газа через ЭПК, время срабатывания которого от момента подачи напряжения равно ~0,1 с, которое в основном определяет время срабатывания пневмоклапана ГГ, что не исключает возгорания ЖРД. Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, обеспечение быстрого сброса управляющего газа из пневмоклапана ГГ при аварийном выключении ЖРД, исключение воздействия на изоляцию пироклапана рабочего управляющего давления.
Поставленная задача решается тем, что в пироклапане для перекрытия магистралей, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована тонкостенная труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, со ступенчатой перекрывной пробкой с отверстием, через которое пропущена тонкостенная труба, согласно изобретению в корпусе в боковой полости противоположно ступенчатой перекрывной пробке выполнено отверстие и ступенчатые проточки, в ступенчатой перекрывной пробке со стороны торца малой ступени по оси выполнено отверстие, соосно оси тонкостенной трубы выполнена проточка, перпендикулярно оси ступенчатой перекрывной пробки со стороны выходного патрубка клапана на расстоянии от оси отверстия трубы равном ходу ступенчатой перекрывной пробки выполнено отверстие, при этом отверстия и проточка ступенчатой перекрывной пробки сообщаются между собой, в большую проточку боковой полости корпуса установлен фильтр, а на наружную поверхность боковой полости корпуса противоположно ступенчатой перекрывной пробке установлена заглушка, на тонкостенной трубе по местам среза выполнены проточки. На цилиндрической части заглушки возле дна заглушки выполнена канавка.
На фиг. 1 изображен предлагаемый пироклапан, где:
1 - корпус;
2 - ступенчатая перекрывная пробка;
3 - боковая полость;
4 - проточка ступенчатой перекрывной пробки;
5 - отверстие пробки;
6 - тонкостенная труба;
7 - патрубок;
8 - заглушка;
9 - отверстие корпуса;
10 - фильтр;
11 - проточка;
12 - канавка.
В корпусе 1 боковая полость 3 выполнена в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, в нее установлена ступенчатая перекрывная пробка 2 с отверстием 5, через которое пропущена тонкостенная труба 6. Тонкостенная труба 6 пропущена через отверстие пробки 5 и отверстие корпуса 1 с зазором, не превышающим возможности неразрушающей деформации тонкостенной трубы при высоких давлениях управляющего газа, и герметично закреплена по торцам к корпусу 1 с помощью сварки. В ступенчатой перекрывной пробке со стороны торца малой ступени по оси выполнено отверстие, соосно оси тонкостенной трубы выполнена проточка 4, перпендикулярно ступенчатой перекрывной пробке со стороны выходного патрубка клапана на расстоянии от оси отверстия трубы, равном ходу ступенчатой перекрывной пробки, выполнено отверстие, при этом отверстия и проточка ступенчатой перекрывной пробки сообщаются между собой. Для обеспечивания стыковочных мест пироклапана к корпусу 1 приварены переходники 6.
Для исключения разрушения элементов двигателя, расположенных в зоне выброса управляющего газа из отверстия 9 корпуса, и защиты боковой полости 3 от попадания в нее посторонних частиц в большую проточку боковой полости корпуса установлен фильтр 10. На наружную поверхность боковой полости корпуса 1 противоположно ступенчатой перекрывной пробке 2 установлена заглушка 8 для исключения попадания влаги в боковую полость 3 пироклапана. Для качественного среза тонкостенной трубы, заполненной управляющим газом, по местам ее среза выполнены проточки 11. На цилиндрической части заглушки возле дна выполнена канавка 12 для среза и выброса наименьшей по массе части заглушки только дна.
Пироклапан работает следующим образом.
При подаче электрического импульса на пиропатрон, ввернутый в корпус 1, газы, образовавшиеся при его срабатывании, практически мгновенно перемещают ступенчатую перекрывную пробку 2, которая при своем движении в корпусе 1 срезает одновременно по проточкам тонкостенную трубу 6 по всему периметру. Ступенчатая перекрывная пробка 2 заклиниваясь средней ступенью в меньшей ступени отверстия корпуса, упруго деформирует корпус и герметично перекрывает проходное сечение пироклапана со стороны входа, который соединен магистралью с ЭПК, при этом срезанная часть трубы остается в отверстии 5 ступенчатой перекрыбной пробки, а отверстие ступенчатой перекрывной пробки, выполненное перпендикулярно ее оси, устанавливается напротив выхода пироклапана, и управляющий газ, находящийся в пневмоклапане ГГ, мгновенно сбрасывается через отверстия, проточку 4 в ступенчатой перекрывной пробке и отверстие 9 корпуса 1. Управляющий газ, проходя через фильтр 10, распыляется на большую площадь истечения, что исключает разрушение элементов двигателя, расположенных в зоне выброса управляющего газа, при этом дно заглушки 8 под действием давления управляющего газа отрывается по канавке заглушки, открывая проходное сечение для управляющего газа.
Время срабатывания пироклапана от момента подачи напряжения равно ~0,01 с, и в случае выброса управляющего газа из пневмоклапана ГГ позволяет исключить возгорание ЖРД. Особенно это важно при разработке блочных ЖРД, в которых при потере работоспособности одного из ЖРД, например в случае возникновения высокочастотных колебаний, задача выполняется оставшимися ЖРД.
Так как использование пироклапана планируется в ракетной технике, его детали выполнены из следующих материалов:
сталь 07X16Н6 - корпус, ступенчатая перекрывная пробка, патрубки;
сталь 12Х18Н10Т - тонкостенная труба, фильтр;
смесь резиновая 51-2072 - заглушка.
Таким образом, применение указанного изобретения позволяет обеспечить быстрый сброс управляющего газа из пневмоклапана ГГ ЖРД при аварийном выключении ЖРД.