ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
BACK PRESSURE VALVE

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано в составе пороховых баллистических установок и пиромеханических устройств в качестве узла для управления газоперетоком между смежными объемами.
6
Известен обратный клапан (патент РФ №2143626, МПК F16K 15/06, опубл. 27.12.99 г., бюл. №36). Обратный клапан содержит корпус с входным и выходным каналами, в котором установлены с возможностью осевого перемещения запорный орган (запирающий элемент) с головкой и цилиндрическим хвостовиком и втулка, соосно охватывающая хвостовик запорного органа и снабженная боковыми сквозными отверстиями для прохода среды. Наружный диаметр торца втулки, обращенного к запорному органу, выполнен меньше наружного диаметра взаимодействующей с ним поверхности головки запорного органа. Отверстие во втулке, охватывающее хвостовик запорного органа, выполнено сквозным. Масса запорного органа меньше массы втулки. Недостатком данного обратного клапана является то, что герметизирующая поверхность головки запорного органа подвержена эрозионному воздействию высокотемпературных продуктов сгорания пиросостава воспламенителя, в результате чего происходит унос материала с герметизирующей поверхности головки запорного элемента и, как следствие, ухудшается герметизация при посадке запорного органа в седло корпуса.
6
Известен обратный клапан для перетекания высокотемпературного газа (патент РФ №2437016, МПК F16K 15/06, опубл. 20.12.2011 г., бюл. №35), выбранный в качестве прототипа. Обратный клапан содержит корпус с входным и выходным каналами, в котором размещены неподвижная втулка, снабженная радиальными боковыми отверстиями, и запирающий элемент, выполненный с возможностью осевого перемещения внутри втулки. Со стороны торца, обращенного к выходному каналу, внутренняя боковая поверхность втулки снабжена кольцевой проточкой. На наружной боковой поверхности втулки соответственно выполнены пазы, соединяющие проточку с радиальными боковыми отверстиями. Наружный диаметр запирающего элемента равен внутреннему диаметру втулки. В запирающем элементе со стороны выходного канала выполнено осевое глухое отверстие, соединенное при помощи радиальных отверстий с кольцевой проточкой во втулке.
К недостаткам данного обратного клапана можно отнести:
- запирающий элемент клапана не обладает достаточной стойкостью к механическому воздействию, возникающему в результате его перемещения в положение "открыто", и при ударе о стенку корпуса запирающий элемент может быть деформирован в месте расположения у него радиальных отверстий, что может привести, в зависимости от условий применения клапана, или к перекрытию отверстий для перетекания пороховых газов при положении "открыто", или невозможности перемещения запирающего элемента в положение "закрыто";
- относительно низкая величина площади газоперетока, включающей в себя площадь поперечных сечений пазов и отверстий втулки, а также площадь отверстий в запирающем элементе;
- при монтаже обратного клапана допущена возможность установки запирающего элемента в положение, которое не обеспечит его функционирование.
Решаемой технической задачей является создание обратного клапана для управления газоперетоком между смежными объемами пороховых баллистических установок и пиромеханических устройств.
Ожидаемый технический результат заключается в повышении стойкости элементов обратного клапана к механическому воздействию, увеличении площади газоперетока через обратный клапан и повышении технологичности его эксплуатации.
Технический результат достигается за счет применения обратного клапана, содержащего корпус с входным и выходным каналами, размещенные в нем неподвижную втулку, снабженную радиальными отверстиями, и запирающий элемент цилиндрической формы, выполненный с возможностью осевого перемещения внутри втулки. В отличие от прототипа в заявляемом обратном клапане радиальные отверстия втулки соединены кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности втулки. На внутренней поверхности втулки со стороны торца, обращенного к выходному каналу, между отверстиями выполнен кольцевой выступ. Запирающий элемент выполнен полнотелым, с диаметром, равным внутреннему диаметру втулки между кольцевым выступом и входным каналом.
Между кольцевым выступом на внутренней поверхности неподвижной втулки и запирающим элементом вплотную к кольцевому выступу размещен демпфирующий элемент.
На внутренней поверхности корпуса клапана выполнена кольцевая проточка, расположенная над кольцевой проточкой неподвижной втулки.
Внутри неподвижной втулки соосно ей размещена дополнительная втулка, выполненная из легкоплавкого материала, фиксирующая запирающий элемент у кольцевого выступа неподвижной втулки.
Внутри неподвижной втулки соосно ей размещена дополнительная втулка, выполненная из легкоплавкого материала, фиксирующая запирающий элемент у демпфирующего элемента.
Внутри корпуса вплотную к его торцу, обращенному к входному каналу, дополнительно установлена герметизирующая прокладка.
Снабжение втулки радиальными отверстиями, соединенными кольцевой проточкой, выполненной на наружной поверхности неподвижной втулки, позволяет увеличить площадь газоперетока через обратный клапан.
Выполнение кольцевого выступа на внутренней поверхности втулки со стороны торца, обращенного к выходному каналу, между отверстиями обеспечивает опирание на выступ запирающего элемента в положении "открыто". Таким образом, запирающий элемент исключен из процесса перетекания газа через обратный клапан, который потребовал бы выполнения в нем пропускных отверстий для газоперетока, снижающих его стойкость к механическим воздействиям при перемещении внутри неподвижной втулки. Исключение запирающего элемента из процесса газоперетока позволяет также увеличить площадь газоперетока через обратный клапан.
Выполнение цилиндрического запирающего элемента полнотелым повышает его стойкость к механическим воздействиям при перемещении внутри неподвижной втулки: ударам по поверхности кольцевого выступа при открытии клапана и по поверхности корпуса клапана со стороны входного канала при его закрытии. Кроме того, обеспечивается функционирование обратного клапана при любой ориентации запирающего элемента внутри неподвижной втулки.
Равенство диаметров запирающего элемента и внутреннего диаметра неподвижной втулки между кольцевым выступом и входным каналом обеспечивает надежное разобщение входного и выходного каналов.
Размещение между кольцевым выступом на внутренней поверхности неподвижной втулки и запирающим элементом вплотную к кольцевому выступу демпфирующего элемента позволяет избежать деформации запирающего элемента и втулки при перемещении запирающего элемента к кольцевому выступу в положение «открыто».
Выполнение на внутренней поверхности корпуса клапана кольцевой проточки, расположенной над кольцевой проточкой неподвижной втулки, позволяет дополнительно увеличить площадь газоперетока через обратный клапан.
Размещение внутри неподвижной втулки соосно ей дополнительной втулки, выполненной из легкоплавкого материала и фиксирующей запирающий элемент у кольцевого выступа неподвижной втулки, позволяет в начальный момент времени держать обратный клапан в положении «открыто».
Размещение внутри неподвижной втулки соосно ей дополнительной втулки, выполненной из легкоплавкого материала и фиксирующей запирающий элемент у демпфирующего элемента, позволяет в начальный момент времени держать обратный клапан в положении «открыто».
Установка герметизирующей прокладки внутри корпуса вплотную к его торцу, обращенному к входному каналу, повышает надежность разобщения входного и выходного каналов, а также позволяет избежать деформации запирающего элемента и корпуса при перемещении запирающего элемента в положение «закрыто».
Конструкция и принцип действия предлагаемого обратного клапана для перетекания высокотемпературного газа поясняются чертежами: фиг. 1 - обратный клапан в положении "открыто"; фиг. 2 - обратный клапан в положении "закрыто"; фиг. 3 - обратный клапан, оснащенный дополнительными элементами.
Обратный клапан (фиг. 1 и 2) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 каналами, размещенной в нем неподвижной втулки 4, снабженной радиальными отверстиями (6. 7), и запирающего элемента 5 цилиндрической формы, выполненного с возможностью осевого перемещения внутри втулки 4. Радиальные отверстия (6 и 7) втулки 4 соединены кольцевой проточкой 8, выполненной на наружной поверхности втулки. На внутренней поверхности втулки 4 со стороны торца, обращенного к выходному каналу 3, между отверстиями (6, 7) выполнен кольцевой выступ 9. Запирающий элемент 5 выполнен полнотелым, с диаметром, равным внутреннему диаметру втулки 4 между кольцевым выступом 9 и входным каналом 2.
Между кольцевым выступом 9 (фиг. 3) на внутренней поверхности неподвижной втулки 4 и запирающим элементом 5 вплотную к кольцевому выступу 9 может быть размещен демпфирующий элемент 10.
На внутренней поверхности корпуса 1 клапана может быть выполнена кольцевая проточка 11, расположенная над кольцевой проточкой 8 неподвижной втулки 4.
Внутри неподвижной втулки 4 соосно ей может быть размещена дополнительная втулка 12, выполненная из легкоплавкого материала, фиксирующая запирающий элемент 5 у кольцевого выступа 9 неподвижной втулки 4.
Внутри неподвижной втулки 4 соосно ей может быть размещена дополнительная втулка 12, выполненная из легкоплавкого материала, фиксирующая запирающий элемент 5 у демпфирующего элемента 10.
Внутри корпуса 1 вплотную к его торцу 13, обращенному к входному каналу 2, дополнительно может быть установлена герметизирующая прокладка 14.
Обратный клапан функционирует следующим образом.
На фиг. 1 представлена конструкция обратного клапана, находящегося в положении "открыто", при котором запирающий элемент 5 опирается на кольцевой выступ 9 втулки 4. Данное положение обратный клапан принимает в случае превышения давления газов со стороны входного канала 2 корпуса 1 над давлением со стороны выходного канала 3. При этом газы перетекают из входного канала 2 через входные отверстия 6 втулки 4, кольцевую проточку 8 втулки 4 и выходные отверстия 7 втулки 4 в выходной канал 3 (направление перетекания на фиг. 1 условно изображено стрелками). После того как давление газов со стороны выходного канала 3 превысит давление со стороны входного 2, запирающий элемент 5 за счет разности давлений переместится до упора в корпус 1 в сторону входного канала 2, разобщив тем самым входной 2 и выходной 3 каналы (см. фиг. 2, положение "закрыто"). Надежное разобщение каналов (2, 3) обратного клапана обеспечивается за счет поджатая запирающего элемента 5 к корпусу 1 со стороны входного канала 2 и равенства наружного диаметра запирающего элемента 5 и внутреннего диаметра втулки 4 между кольцевым выступом 9 и входным каналом 2. В случае, если давление газов со стороны входного канала 2 вновь превысит давление со стороны выходного 3, запирающий элемент 5 за счет разности давлений переместится до упора в кольцевой выступ 9 втулки 4, переведя обратный клапан в положение "открыто" (см. фиг. 1). Таким образом, обратный клапан за время функционирования установки, в которой он находится, допускает многократное сообщение и разобщение входного 2 и выходного 3 каналов за счет разности давлений газов в смежных объемах (на фиг. не показаны), в которые выходят данные каналы, тем самым позволяя управлять газоперетоком между объемами.
Наличие демпфирующего элемента 10 (фиг. 3) при перемещении запирающего элемента 5 в направлении кольцевого выступа 9 втулки 4 (в положение «открыто») позволяет исключить их ударное взаимодействие и, как следствие, их возможную деформацию. Демпфирующий элемент 10 применяется, когда в процессе функционирования клапана запирающий элемент 5 перемещается из положений «открыто»→«закрыто»→«открыто». Если при функционировании клапана запирающий элемент 5 перемещается только из положений «открыто»→«закрыто», демпфирующий элемент не используется.
Размещение на внутренней поверхности корпуса 1 клапана кольцевой проточки 11, расположенной над кольцевой проточкой 8 неподвижной втулки 4, позволяет при необходимости увеличить площадь газоперетока через клапан.
Для того чтобы в начальный момент времени запирающий элемент 5 всегда находился в положении «открыто», применяется дополнительная втулка 12 из легкоплавкого материала, фиксирующая запирающий элемент вплотную либо к кольцевому выступу 9 (на фиг. не показано), либо к демпфирующему элементу 10 (фиг. 3). При транспортировке какого-либо устройства, содержащего обратный клапан, а также при его монтаже запирающий элемент 5 при отсутствии дополнительной втулки 12 может переместиться в положение «закрыто», что является нежелательным, так как при любых условиях эксплуатации клапана начальным положением запирающего элемента 5 является положение «открыто». После начала работы устройства или установки, содержащей обратный клапан, дополнительная втулка 12 легко разрушается пороховыми газами.
Установка герметизирующей прокладки 14 вплотную к торцу 13 корпуса 1 повышает надежность разобщения смежных объемов (на фиг. не показаны) и исключает ударное взаимодействие запирающего элемента 5 с корпусом 1 при перемещении запирающего элемента 5 в положение «закрыто», и тем самым позволяет избежать их деформации.
Использование заявляемого обратного клапана позволяет повысить стойкость его элементов к механическому воздействию, увеличить площадь газоперетока между смежными объемами и повысить технологичность его эксплуатации.