КЛАПАН (варианты)
VALVE (OPTIONS)

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам для пуска и отсечки рабочего тела, уменьшающего засорение уплотнения затвора и седла корпуса посторонними частицами, находящимися в компоненте при открытии и закрытии клапана. Оно может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике.
Известен отсечной клапан (Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, издательство «Машиностроение», 1968, стр. 239, рис. 6.12а), содержащий корпус с патрубками входа и выхода, седло с уплотняющей прокладкой, затвор.
Недостатком указанного отсечного клапана является попадание посторонних частиц, находящихся в компоненте, на прокладку по месту посадки затвора в момент закрытия клапана, что приводит при многократном срабатывании клапана к повышению утечек компонента через клапан.
Известен отсечной клапан с электромагнитным приводом (Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, издательство «Машиностроение», 1968, стр. 241, рис. 6.14), содержащий входной и выходной штуцеры, нижний и верхний клапаны, уплотняющий поясок, шток.
Недостатком отсечного клапана с электромагнитным приводом является засорение уплотняющего пояска посторонними частицами, находящимися в управляющем газе по месту уплотнения нижнего и верхнего клапанов, что приводит к увеличению утечек управляющего газа.
Известна сливная пробка (Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, издательство «Машиностроение», 1968, стр. 244, рис. 6.19в), содержащая корпус, тарелку клапана, седло.
Недостатком сливной пробки является засорение седла посторонними частицами, находящимися в компоненте по месту посадки тарелки клапана на седло, что приводит к повышенным утечкам компонента.
Известен клапан (патент США №4844411 от 04.07.1989 г., МПК F16K 41/04), содержащий корпус, седло клапана, запорный диск, крышку и шток.
Недостатком клапана является попадание посторонних частиц, находящихся в компоненте, между седлом клапана и запорным диском в момент закрытия клапана, что приводит к повышенным утечкам компонента.
Известен клапан (патент РФ №2489626 от 20.02.2012 г., МПК F16K 1/12, F16K 15/02 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, седло клапана, затвор с уплотнением, с внутренней проточкой.
К недостаткам клапана, принятого в качестве прототипа, следует отнести склонность к засорению торцевой поверхности уплотнения посторонними частицами, находящимися в компоненте, в момент посадки затвора на седло.
Целью предлагаемого изобретения является уменьшение засорения торцевых поверхностей уплотнения и седла корпуса посторонними частицами, находящимися в компоненте, в момент открытия и закрытия клапана и тем самым повысить герметичность клапана по месту посадки затвора на село корпуса.
Поставленная задача решается тем, что в известном клапане, содержащем корпус с входным, выходным патрубками и седло, затвор с уплотнением, с обоймой, закрепленной штифтом, с внутренней проточкой, согласно изобретению в затворе по внутренней проточке и наружной поверхности выполнены канавки и отверстия, в обойме на наружной поверхности выполнены канавки и ребра, на внутренней поверхности выполнены канавки и отверстия, на обойму установлена с зазором наружная оболочка с гибким усиком и козырьком с цилиндрической поверхностью, контактирующей с минимальным зазором с наружной поверхностью седла корпуса, при этом во внутреннюю проточку затвора установлен фильтрующий элемент, канавки и отверстия затвора и обоймы сообщены с полостью зазора между обоймой и наружной оболочкой.
Вторым вариантом клапана поставленная задача решается тем, что в известном клапане, содержащем корпус с входным, выходным патрубками и седло, затвор с уплотнением, с внутренней проточкой, согласно изобретению в затворе по внутренней проточке и наружной поверхности выполнены канавки, отверстия и ребра, на затвор установлена с зазором наружная оболочка с гибким усиком и козырьком с цилиндрической поверхностью, контактирующей с минимальным зазором с наружной поверхностью седла корпуса, при этом во внутреннюю проточку затвора установлен фильтрующий элемент, канавки и отверстия затвора сообщены с полостью зазора между затвором и наружной оболочкой.
Предлагаемый клапан по первому варианту представлен на фигурах 1 и 2 и по второму варианту на фигурах 3 и 4, где:
1 - корпус;
2 - седло корпуса;
3 - наружная поверхность седла корпуса;
4 - затвор;
5 - уплотнение;
6 - фильтрующий элемент;
7 - канавки затвора;
8 - отверстия затвора;
9 - оболочка наружная;
10 - козырек оболочки;
11 - цилиндрическая поверхность козырька;
12 - гибкий усек оболочки;
13 - ребра обоймы;
14 - канавки обоймы;
15 - отверстие обоймы;
16 - обойма;
17 - штифт.
Клапан содержит корпус 1, седло корпуса 2, наружную поверхность седла корпуса 3, затвор 4, уплотнение 5, фильтрующий элемент 6, установленный в проточку затвора, канавки затвора 7, соединенные отверстиями затвора 8, наружную оболочку 9, имеющую козырек оболочки 10 и цилиндрическую поверхность козырька 11. На наружной оболочке 9 выполнен гибкий усик оболочки 12 для стопорения наружной оболочки 9 относительно затвора 4.
Для запрессовки уплотнения 5 установлена обойма 16 с канавками 14 и отверстиями 15. Для улучшения центрирования наружной оболочки 9 на обойме выполнены ребра 13. Стопорение обоймы 16 относительно затвора проводится штифтом 17. По второму варианту клапана ребра 13 выполнены на затворе 4.
Клапан работает следующим образом. При открытии клапана затвор 4 вместе с наружной оболочкой 9, цилиндрической поверхностью козырька 11, которая контактирует с минимальным зазором с наружной поверхностью седла корпуса 3, перемещается от седла корпуса 2, при этом под воздействием перепада давлений компонента на затворе 4 компонент проходит через фильтрующий элемент 6, канавки и отверстия затвора 4 и обоймы 16, попадает в полость, образованную наружной оболочкой 9 и обоймой 16.
Для клапана по второму варианту компонент проходит через фильтрующий элемент 6, канавки и отверстия затвора 4, попадает в полость, образованную наружной оболочкой 9 и затвором 4.
Отфильтрованный компонент, направляемый козырьком оболочки 10, попадает на торцы седла корпуса 2 и уплотнения 5 и очищает их от посторонних частиц фильтрованным компонентом.
При дальнейшем перемещении затвора 4 и наружной оболочки 9 от седла корпуса 2 цилиндрическая поверхность козырька 11 оболочки 9 теряет контакт с наружной поверхностью седла корпуса 3, перепад давлений компонента на затворе уменьшается. Уменьшенный расход компонента через фильтрующий элемент 6, направляемый козырьком оболочки 10, омывает торец уплотнения 10, препятствуя прилипанию посторонних частиц к торцу уплотнения 5. Такое положение затвора 4 сохраняется в течение всего времени работы ЖРД.
При выключении ЖРД затвор 4 возвращается в исходное положение. Возрастающий перепад давлений компонента, на затворе протекая через фильтрующий элемент 6, очищает торец уплотнения 5 от посторонних частиц и перед полным закрытием клапана, когда цилиндрическая поверхность козырька 11 наружной оболочки 9 входит в контакт с наружной поверхностью седла корпуса 3, очищает торцы седла корпуса 2 и уплотнения 5 от посторонних частиц. Так как использование клапана планируется в ракетной технике, его детали выполнены из следующих материалов:
сталь 07X16H6 - для корпуса 1, затвора 2, обоймы 16, штифта 17;
сталь 12Х18Н10Т - для наружной оболочки 9,
фторопласт-4 - для уплотнения 5,
смесь резиновая ИПР-1319 - для уплотнения 5 (для клапана по второму варианту).
Таким образом, применение указанного изобретения позволяет уменьшить засорение торцевых поверхностей уплотнения 5 и седла корпуса 2 посторонними частицами, находящимися в компоненте в момент открытия и закрытия клапана, и тем самым повысить герметичность клапана по месту посадки уплотнения 5 затвора 4 на седло корпуса 2.