ДРЕНАЖНО-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН
DRAIN AND SAFETY VALVE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, и предназначено для сброса избыточных газов из криогенных топливных емкостей при повышении в них давления выше допустимого и может быть использовано в пневмогидросистемах различных отраслей промышленности.
Известен дренажно-предохранительный клапан (патент RU, №2142592 С1, МПК F16K 17/00, опубл. 10.12.1999 г.), содержащий корпус с входным и выходным каналами и дренажной полостью, седло и затвор с уплотнением, соединенный со штоком управляющего клапана, сильфонный узел, разъемный промежуточный корпус и регулирующее устройство. Сильфонный узел соединен с затвором и выполнен с внутренней и наружной полостями. Наружная полость сильфонного узла сообщена с атмосферой. Клапан снабжен двумя выходными и одним входным продувочными штуцерами, тягой, размещенной во внутренней полости сильфонного узла. Тяга кинематически соединяет затвор со штоком управляющего клапана посредством выполненных на ее концах шарниров и нижнего с отбортовкой и верхнего переходников. Переходники образуют зазоры в осевом направлении соответственно с внутренним торцом верхнего переходника и выполненной на торце штока управляющего клапана отбортовкой и внутренним торцом затвора и отбортовкой нижнего переходника. В разъемном промежуточном корпусе установлены входной и один выходной продувочные штуцеры. Он сообщен с выходным каналом через дренажную полость. Наружная поверхность дренажно-предохранительного клапана покрыта термоизоляционным материалом. Уплотнение управляющего клапана выполнено радиально в виде фторопластого кольца с усом, размещенного на поршне управляющего клапана. Регулирующее устройство выполнено в виде гайки и втулки с выступами и размещено в разъемном промежуточном корпусе с возможностью осевого перемещения.
Недостатком данного дренажно-предохранительного клапана является невозможность дистанционной перенастройки клапана для осуществления сброса рабочей среды при двух уровнях давления срабатывания: пониженного и повышенного.
Предлагается дренажно-предохранительный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами и дренажной полостью; седло и клапан с уплотнителем; сильфонный узел, расположенный внутри клапана и упирающийся в него сферическим выступом, промежуточный корпус с входным и выходным продувочными штуцерами, сообщенный с внутренней полостью сильфонного узла, при этом выходной продувочный штуцер сообщен с атмосферой; пневмопривод управления дренажным клапаном, расположенным во входном канале и имеющим штуцер подачи управляющего давления, отличающийся тем, что дренажно-предохранительный клапан снабжен механизмом дистанционной перенастройки клапана посредством электромагнита из режима пониженного давления срабатывания в режим повышенного давления срабатывания и обратно.
Таким образом, механизм дистанционной перенастройки позволяет обеспечить возможность сброса рабочей среды при двух уровнях давления срабатывания.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкции используются две спиральные концентрически установленные пружины. Первая пружина постоянно прижимает клапан к седлу через сильфонный узел и обеспечивает работу дренажно-предохранительного клапана в режиме пониженного давления срабатывания. Она установлена во внутренней полости сильфонного узла между дном сильфонного узла и упором, имеющим возможность осевого перемещения посредством резьбового соединения с регулировочным винтом, упирающимся своим буртом в неподвижное основание, предназначенного для настройки пружины на пониженное давление начала открытия клапана. Вторая пружина, размещенная между дном сильфонного узла и буртом втулки, в режиме пониженного давления срабатывания клапана не работает и свободно перемещается совместно с втулкой вдоль оси клапана. Она включается при переводе дренажно-предохранительного клапана в режим повышенного давления срабатывания, а именно перемещением ограничивающего упора, размещенного в промежуточном корпусе, вдоль оси клапана, посредством электромагнита, до соприкосновения с втулкой, тем самым блокируя ее. Первоначальное поджатие второй пружины, а следовательно, и настройка на срабатывание клапана от повышенного давления обеспечиваются штоком, свободно скользящим в центральном отверстии втулки и одним концом жестко связанным с дном сильфонного узла, и гайкой, расположенной в ступенчатом отверстии втулки и навинченной на свободный конец штока.
На фиг. 1 изображен продольный разрез дренажно-предохранительного клапана.
Дренажно-предохранительный клапан состоит из следующих основных частей: корпуса 1, седла 2, клапана 3, поджатого к седлу 2, электромагнита 4, пружины пониженной настройки 5, пружины повышенной настройки 6, штока электромагнита 7, ограничивающего упора 8, пружины ограничивающего упора 9, основания 10, сильфонного узла 11, винта регулировочного 12, упора 13, втулки 14, штока 15, винта 16, а также пневмопривода управления дренажным клапаном 17.
В режиме предохранительного клапана рабочая среда, попадая через входной канал дренажно-предохранительного клапана, действует на клапан 3, стремясь оторвать его от седла 2. При пониженном давлении настройки (электромагнит 4 выключен) сила от воздействия рабочей среды на клапан 3 воспринимается только пружиной пониженной настройки 5 и сильфонным узлом 11. Пружина 9 удерживает ограничивающий упор 8 в крайнем верхнем положении, создавая между ограничивающим упором 8 и винтом 16 зазор, величина которого больше, чем величина хода клапана 3, что позволяет втулке 14 с винтом 16 и пружине повышенной настройки 6, установленной между втулкой 14 и дном сильфонного узла 11, свободно перемещаться вдоль оси отверстия регулировочного винта 12. Пружина пониженной настройки 5 настраивается на заданное давление открытия (пониженное давление открытия) с помощью вращения регулировочного винта 12, размещенного в отверстии основания 10 и упирающегося в него своим буртом, и осевого перемещения упора 13, зафиксированного от вращения за счет выступа, входящего в продольный паз основания 10, посредством резьбового соединения.
Для перевода дренажно-предохранительного клапана в положение повышенного давления настройки на обмотку электромагнита 4 подается напряжение, и якорь 18 перемещается вниз, посредством штока 7, ограничивающего упор 8 до касания с винтом 16. Таким образом втулка 14, жестко соединенная с винтом 16 посредством резьбового соединения, фиксируется от осевого перемещения, создавая тем самым упор для пружины повышенной настройки 6. В результате сила воздействия рабочей среды на клапан 3 воспринимается двумя пружинами: пружиной пониженной настройки 5 и пружиной повышенной настройки 6. Пружина повышенной настройки 6 отрегулирована на заданное давление открытия (повышенное давление открытия) с помощью гайки 19, расположенной в ступенчатом отверстии втулки 14 и навинченной на резьбовой конец штока 15, противоположный конец которого жестко соединен с дном сильфонного узла 11. При вращении гайки 19 изменяется расстояние между втулкой 14 и дном сильфонного узла 11, обеспечивая тем самым изменение первоначального поджатия пружины 6. Для перевода дренажно-предохранительного клапана обратно в режим пониженного давления настройки с электромагнита 4 снимается напряжение и шток 7 с ограничивающим упором 8, под действием пружины ограничивающего упора 9, перемещается в крайнее верхнее положение.
При дальнейшем повышении давления, свыше пониженного (повышенного) давления открытия дренажно-предохранительного клапана, клапан 3 отрывается от седла 2. Через образующуюся щель рабочая среда через выходной канал сбрасывается в дренаж. За счет сброса рабочей среды давление во входной полости снижается и клапан 3, под воздействием пружины пониженной настройки 5 или совместным воздействием пружины пониженной настройки 5 и пружины повышенной настройки 6, возвращается в исходное положение. Расход рабочей среды через дренажно-предохранительный клапан прекращается.
В режиме дренажного клапана открытие клапана 3 осуществляется посредством осевого перемещения толкателя 20 при подаче управляющего давления через штуцер пневмопривода управления дренажным клапаном 17. Закрытие клапана 3 происходит при сбросе управляющего давления через штуцер пневмопривода управления дренажным клапаном 17.
Предлагаемая конструкция позволяет производить дистанционную перенастройку предохранительного клапана, входящего в дренажно-предохранительный клапан, с пониженного уровня давления настройки на повышенный и обратно с помощью электропривода: при подготовке на стартовом комплексе и в полете на участках работы двигательной установки на режиме - повышенная настройка, при полете в паузах - пониженная настройка. Снижение настройки в паузе дает возможность хранить криогенные компоненты в баках при пониженных давлениях, что уменьшает прогрев компонентов и их испарение. Пониженная настройка или приоткрытие клапана (при интенсивном испарении) позволяет вести интенсивный сброс избытка пара без принудительного периодического открытия дренажно-предохранительного клапана в режиме дренажа, что позволяет обойтись без включения двигателей системы обеспечения орбитального запуска для создания продольной перегрузки перед и в процессе дренажа.
Положительный эффект от использования изобретения в составе разгонного блока с криогенными компонентами топлива:
- снижение потерь криогенных компонентов (кислород, водород) на испарение, утечки, расхода на «раскипание» и т.д.;
- уменьшение запасов топлива в системе обеспечения орбитального запуска на работу двигателей малой тяги для создания продольной перегрузки при принудительных дренажах баков.