Клапан для регулирования расхода горячего газа
HOT GAS FLOW RATE CONTROL VALVE

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, наружный диаметр которого превышает внутренний диаметр ближайшего к нему кольца торцового уплотнения, а торцовое уплотнение состоит из трех графитовых колец (патент №2349818, РФ, кл. F16K 5/12, F16K 5/04, 2007 г.).
Недостаток этой конструкции состоит в том, что при переменном давлении продуктов сгорания графитовые кольца не только трутся друг от друга, но и могут тереться по деталям из эрозионностойкого прессматериала, а это приводит к увеличению коэффициента трения и нагрузочной характеристики (шарнирного момента), который в свою очередь требует увеличения мощности привода и утяжелению всех узлов кинематики. Существует еще один недостаток: при длительном времени работы детали из эрозионностойкого прессматериала прогреваются и прококсовываются, что, в свою очередь, приводит к тому, что прококсованный слой уносится продуктами сгорания и образуется дополнительный зазор между кольцами и деталями из эрозионностойкого прессматериала, который увеличивает поступление продуктов сгорания в зону подшипников и уплотнительных колец вала, а это приводит к перегреву подшипников и уплотнительных колец вала, и следовательно, к снижению надежности работы клапана.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы клапана.
Указанная задача решается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, установленным в подшипники и соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, а в кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца, которые попеременно введены в контакт с наружной поверхностью вала или внутренней поверхностью цилиндрической полости и котактируют между собой по плоским торцовым поверхностям, торцовое уплотнение состоит из четырех графитовых колец, при этом первое графитовое кольцо, расположенное за кольцевым уступом вала введено в контакт с наружной поверхностью вала и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости с равномерным кольцевым зазором, следующее за ним второе графитовое кольцо введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости и установлено по отношению к наружной поверхности вала с равномерным кольцевым зазором, следующие третье кольцо выполнено одинаковым с первым графитовым кольцом, четвертое графитовое кольцо выполнено одинаковым со вторым графитовым кольцом, в цилиндрическую полость установлена втулка, выполненная из графита, при чем графитовые кольца, введенные в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости, выполнены с поперечным разрезом на всю толщину кольца.
На фиг. 1 изображен общий клапана для регулирования расхода горячего газа.
На фиг. 2 изображено графитовое кольцо с поперечным разрезом.
Клапан для регулирования расхода горячего газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками, облицованными деталями 2 из эрозионностойкого прессматериала. В корпусе размещен вал 3, соединенный кинематически с регулирующим элементом 4. Узел уплотнения вала состоит из двух уплотнительных колец 5, расположенных в месте выхода вала 3 из корпуса 1. Торцевое уплотнение, состоящее из нескольких графитовых колец 6, 7, 8 и 9, расположено в цилиндрической полости 10, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала 3. На валу 3 валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ 11. В кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца 6, 7, 8 и 9. Графитовые кольца контактируют между собой по плоским торцовым поверхностям. Торцовое уплотнение состоит из четырех графитовых колец, при этом первое графитовое кольцо 6, расположенное за кольцевым уступом 11 вала 3 введено в контакт с наружной поверхностью вала 3 и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости 10 с равномерным кольцевым зазором, следующее за ним второе графитовое кольцо 7 введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости 8 и установлено по отношению к наружной поверхности вала 3 с равномерным кольцевым зазором, следующие третье кольцо 8 выполнено одинаковым с первым графитовым кольцом 6, четвертое графитовое кольцо 9 выполнено одинаковым со вторым графитовым кольцом 7. Вал 3 установлен в подшипники 13.
В цилиндрическую полость установлена втулка 12, выполненная из материала одинакового с материалом графитовых колец, при чем графитовые кольца 7 и 9, введенные в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости 10, выполнены с поперечным разрезом «5» на всю толщину кольца (фиг. 2).
Благодаря тому, что графитовые кольца 6 и 8.установлены с зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической полости 10, то при переменном давлении они трутся своими торцовыми поверхностями только о торцовые поверхности графитовых колец 7 и 9, что по сравнению с прототипом ведет к снижению величины нагрузочной характеристики (шарнирному моменту), т.к. коэффициента-трения графита по графиту меньше чем графита по эрозионностойкому прессматериалу или металлу. Особенно, если эрозионностойкий прессматериал прококсуется во время работы под воздействием продуктов сгорания, имеющих высокую температуру.
Также по сравнению с прототипом установка графитовой втулки 12, выполненной из материала графитовых колец, в цилиндрическую полость, исключает появления увеличенного зазора между графитовыми кольцами 7 и 9 из-за прококсовки эрозионностойкого прессматериала.
Т.к. втулка 12 и графитовые кольца изготовлены из одинакового материала, то при прогреве графитовые кольца прогреваются быстрее (масса их меньше, чем масса втулки) и по этому необходимо в графитовых кольцах выполнить поперечный разрез на всю толщину кольца.
Таким образом, как видно из вышесказанного, повышается надежность работы клапана для регулирования расхода горячего газа.