ДРОССЕЛЬ
THROTTLE

Изобретение относится к пневмогидравлической автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления (САУ) для регулирования расходов жидкостных и газовых потоков по сигналам от системы управления.
Известен прямоточный регулирующий клапан (японский патент кл. 66А1 №11510, заявлено 30.01.65, опубликовано 27.05.69), в котором неподвижное седло в форме отверстия взаимодействует с осевым затвором, соединенным винтовой нарезкой с корпусом. Корпус закреплен отбортовками на кольцевых выступах труб. Внутри осевого затвора размещено на ребрах профильное тело, взаимодействующее при перемещении затвора с отверстием седла, что обеспечивает регулирование расхода. Затвор уплотняется с трубами сильфонами. Управление клапаном производится вручную маховичком, соединенным с корпусом.
Недостатками такого клапана являются ограничения по уровню рабочего давления, большое усилие на затворе с повышенным моментом на маховичке при больших расходах рабочего тела и перепадах давления на затворе, отсутствие механизированного управления.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому дросселю является топливный клапан ЖРД (патент США №3367360, кл. 137-505.22, заявлено 16.07.65, опубликовано 6.02.68) - прототип, в котором регулирование расхода выполняется перемещением поршня, снабженного цилиндрической втулкой, относительно седла, представленного в виде профильного тела. Перемещение поршня происходит за счет подачи давления в полости управления.
Недостатками топливного клапана являются сложность конструкции с наличием большого числа уплотнительных элементов с ограниченным сроком эксплуатации, необходимость в дополнительном источнике жидкости с регулированием давления и необходимость переключения давления по полостям поршня (регулирующее и распределительное устройства должны управляться от системы управления), отсутствие непосредственного управления расходом от САУ и сложность увязки проливочных характеристик клапана с уровнями подаваемых в клапан давлений и системой САУ.
Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение надежности и точности управления.
Поставленная цель достигается тем, что в дросселе, содержащем корпус с патрубками входа и выхода, подвижную гильзу с зубчатой рейкой, направляющую для гильзы, неподвижные втулку и профильное тело, установленные с разных сторон гильзы, и приводной валик с шестерней, согласно изобретению направляющая для гильзы выполнена за одно целое и соосно с профильным телом, установленным в корпусе на ребрах, и размещена внутри гильзы, перемещающейся по ней на втулке с бесперепадными опорами, выполненными внутри втулки, а втулка соединена с телом гильзы ребрами. Дросселирующее сечение образуется между поверхностью неподвижного профильного тела и кромкой цилиндрической втулки гильзы. Гильза перемещается поступательно посредством реечной передачи от приводного валика, который вращается приводом САУ.
Существует прямая зависимость между гидравлическими параметрами дросселя и углом его поворота.
В предлагаемом дросселе гильза выполнена гидростатически разгруженной, так как торцы ее втулок находятся в полостях одинакового давления, что существенно уменьшает усилие, необходимое для ее перемещения, и снижает уровень напряжений в реечной передаче. Опоры гильзы находятся у нее внутри в полости одинакового давления, при ее перемещении на опорах отсутствует разность давлений (бесперепадные опоры). Размещение опор внутри гильзы уменьшает размеры дросселя, позволяет уменьшить диаметр направляющей для гильзы и сократить за счет этого расстояние между опорами. Полость на втулке гильзы между опорами заполняется смазкой и соединяется отверстием с внутренней полостью гильзы. Для удержания смазки в канавки опор устанавливаются пластиковые кольца из самосмазывающегося материала. Все перечисленные мероприятия повышают надежность функционирования дросселя, делают его конструкцию более компактной.
При прохождении через дроссель расхода рабочего тела на гильзе возникает гидродинамическая сила, величина которой возрастает с увеличением расхода и перепада давлений на дросселе. Для ее компенсации используется сила, возникающая на гильзе за счет разности ее сечений со стороны профильного тела и со стороны неподвижной втулки, при этом диаметр гильзы со стороны профильного тела выполняется больше, чем со стороны неподвижной втулки (отношение диаметров порядка 1,01).
Для стабилизации потока рабочего тела в дросселе подвод расхода к профильному телу производится через ребра, выполненные на неподвижной втулке и гильзе, с этой целью выполняется разным число ребер в неподвижной втулке, в гильзе и на выходе профильного тела.
Для исключения повышенных люфтов в зубчатом зацеплении гильзы с приводным валиком межцентровое расстояние между гильзой и шестерней валика регулируется за счет эксцентриков, выполняемых на наружных диаметрах неподвижной втулки и профильного тела. Регулировка размера производится синхронным поворотом неподвижной втулки и профильного тела в корпусе дросселя. Указанное мероприятие способствует повышению точности управления.
Для стабилизации гидравлических характеристик предлагаемых дросселей производится их настройка на заданное гидравлическое сопротивление за счет перепускного канала, размещенного внутри профильного тела и регулируемого иглой. Это обеспечивает простоту конструкции с повышением точности управления.
На чертеже изображен предлагаемый дроссель где:
1 - корпус;
2 - неподвижная втулка;
3 - входной патрубок;
4 - подвижная гильза с зубчатой рейкой;
5 - профильное тело;
6 - патрубок выхода;
7 - направляющая для гильзы;
8 - приводной валик с шестерней;
9 - канал;
10 - игла;
11 - бесперепадные опоры;
12 - полость;
13 - кольцо;
14 - ребра на неподвижной втулке;
15 - ребра на гильзе;
16 - ребра на профильном теле.
В корпусе 1 размещается неподвижная втулка 2, закрепленная входным патрубком 3, подвижная гильза 4 с зубчатой рейкой, профильное тело 5, удерживаемое патрубком выхода 6 и выполненное за одно целое с направляющей 7, приводной валик 8 с шестерней. Полость дросселя на входе соединяется с выходом через канал 9, размещенный внутри профильного тела. Проходное сечение этого канала регулируется иглой 10. Гильза имеет бесперепадные опоры 11, между которыми образована полость 12, соединенная отверстием с внутренней полостью гильзы. В опорах гильзы установлены пластиковые кольца 13 из самосмазывающегося материала. Полость между кольцами заполнена консистентной смазкой. Поток рабочего тела проходит последовательно через ребра 14 на неподвижной втулке, через ребра 15 на гильзе, через дросселирующее сечение между кромкой гильзы и профильным телом и через ребра 16 на профильном теле. При этом число ребер на неподвижной втулке и профильном теле выполнено равным 4, а число ребер в гильзе равно 3, что уменьшает их взаимное затенение. Привод для управления дросселем крепится на фланце прилива корпуса дросселя и соединяется через муфту с приводным валиком 8.
Дроссель управляется приводом, вращающим приводной валик 8 по часовой или против часовой стрелки. При одном направлении вращения гильза 4 приближается к профильному телу 5, возрастает гидравлическое сопротивление дросселя и уменьшается расход рабочего тела через дроссель. При другом направлении вращения гильза 4 удаляется от профильного тела 5, уменьшается гидравлическое сопротивление дросселя, возрастает расход рабочего тела через дроссель.
Вышеизложенные меры позволяют упростить конструкцию дросселя по сравнению с прототипом, повысить надежность его функционирования и точность управления от САУ.
Наиболее целесообразно применять дроссель в авиации и космонавтике, в частности в составе ракетных двигателей верхних ступеней ракет-носителей, поскольку очевидны его преимущества по сравнению с существующими конструкциями.
Учитывая простоту конструкции, повышенную надежность дросселя и удобство его использования с САУ, можно сделать вывод, что предложенный дроссель более эффективен в промышленном использовании, чем известные.