КЛАПАН (варианты)
VALVE (VERSIONS)

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела, может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике.
Известен клапан (патент RU 2374539 МПК F16K 3/24), содержащий корпус с патрубками входа и выхода, седло, цилиндрический вкладыш с отверстиями и затвор, связанный со штоком.
Недостатками указанного клапана является повышенное усилие на привод клапана при больших входных давлениях, угловое расположение патрубков входа и выхода и вынесение штока из проточной полости клапана, что приводит к некоторому усложнению конструкции клапана, увеличивает его гидросопротивление, габариты и массу.
Известен шаровой клапан (патент US 4678161 МПК F16K 5/06, F16K25/00), содержащий корпус, сферический затвор, кольцевые прокладки, держатели, поворотный вал, уплотнение вала, опорный вал.
К недостаткам шарового клапана следует отнести повышенный момент поворота затвора при больших входных давлениях, усложнение конструкции клапана, сложность изготовления качественной шаровой поверхности и относительно большое время срабатывания шарового клапана.
Известен клапан (патент US 4844411 МПК F16K 41/04) содержащий корпус, седло клапана, запорный диск, крышку и шток.
Недостатками указанного клапана является повышенное усилие на запорный диск при больших входных давлениях, сложная конструкция проточной полости корпуса клапана и вынесение штока из проточной полости клапана, что усложняет конструкцию клапана, увеличивает его гидросопротивление, габариты и массу.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является клапан (патент RU 2489626 МПК F16K 1/12, F16K 15/02 - прототип), содержащий корпус входа и корпус с втулкой на ребрах и седлом, установленный в корпус, подпружиненный затвор с уплотнением, контактирующим с седлом корпуса и выполненным в виде грибка с центральной ступенчатой проточкой, поршень, установленный на концевую часть втулки корпуса, крышку, герметизирующую центральную ступенчатую проточку затвора.
К недостаткам клапана, принятого в качестве прототипа, относится увеличение величины, действующего на поршень клапана, управляющего давления, необходимого для открытия клапана или увеличение диаметра поршня, при больших значениях давления на входе в клапан, действующего на затвор, что усложняет конструкцию клапана и увеличивает его габариты и массу.
Целью предлагаемого изобретения является расширение применения конструктивной схемы клапана в различных изделиях машиностроения, при больших входных давлениях компонента, что позволяет уменьшить управляющее давление, габариты и массу клапана.
Поставленная задача решается следующим образом.
В клапане, содержащем корпус входа с обтекателем на ребрах, корпус с втулкой на ребрах и седлом, подпружиненный затвор с уплотнением, контактирующим с седлом корпуса и выполненным в виде грибка, с центральной ступенчатой проточкой, поршень с уплотнением, контактирующим с седлом затвора, установленный на концевую часть втулки корпуса, крышку, герметизирующую центральную ступенчатую проточку затвора, в корпусе входа обтекатель выполнен в виде глухого стакана, на внутреннем диаметре со стороны торца обтекателя корпуса входа выполнена канавка, в которую установлено комбинированное уплотнение, на затворе по торцу выполнен цилиндр, наружный диаметр которого взаимодействует с комбинированным уплотнением, при этом на поверхности затвора со стороны выходной полости клапана выполнены отверстия, а наружный диаметр цилиндра меньше среднего диаметра седла корпуса.
Вторым вариантом клапана поставленная задача решается тем, что в известном клапане, содержащем корпус входа с обтекателем на ребрах, корпус с втулкой на ребрах и седлом, подпружиненный затвор с уплотнением, контактирующим с седлом корпуса и выполненным в виде грибка, с центральной ступенчатой проточкой, поршень с уплотнением, контактирующим с седлом затвора, установленный на концевую часть втулки корпуса, крышку, герметизирующую центральную ступенчатую проточку затвора, при этом в корпусе входа обтекатель выполнен в виде глухого стакана, на внутреннем диаметре со стороны торца обтекателя корпуса входа выполнена проточка, в которую установлено уплотнение в виде манжеты, на затворе по торцу выполнен цилиндр, наружный диаметр которого взаимодействует с манжетой, при этом на поверхности затвора со стороны выходной полости клапана выполнены отверстия, а наружный диаметр цилиндра меньше среднего диаметра седла корпуса.
Предлагаемый клапан по первому варианту представлен на фиг. 1 и 2, по второму варианту на фиг. 3 и 4, где:
1 - корпус;
2 - корпус входа;
3 - затвор;
4 - цилиндр затвора;
5 - уплотнение затвора;
6 - отверстия затвора;
7 - обтекатель;
8 - поршень;
9 - уплотнение поршня;
10 - уплотнение;
11 - крышка;
12 - пружина;
13 - комбинированное уплотнение;
14 - резиновое кольцо;
15 - фторопластовая манжета;
16 - уплотнение обтекателя;
17 - манжета с усиком из фторопласта;
18 - опора;
19 - прорезная пружина;
20 - гайка.
Клапан содержит корпус, выполненный из двух частей корпуса 1 и корпуса входа 2, неподвижно соединенных между собой, в корпус 1 установлен затвор 3, по наружному диаметру затвора 3 выполнен цилиндр затвора 4, уплотнение затвора 5 контактирует с седлом, выполненным в корпусе 1. Затвор 3 выполнен в виде грибка с глухой центральной ступенчатой проточкой, в грибке затвора 3 выполнены отверстия затвора 6. В корпус входа 2 установлен обтекатель 7. В центральную проточку затвора 3 установлен поршень 8 с уплотнением поршня 9, контактирующим с седлом, выполненным на затворе 3 в центральной проточке большего диаметра, цилиндр затвора 4 контактирует в первом варианте с комбинированным уплотнением 13, содержащим резиновое кольцо 14 и фторопластовую манжету 15, установленным в обтекатель 7 корпуса входа 2. Уплотнение 10, например разрезные кольца, взаимодействует по диаметру со ступенчатой центральной проточкой затвора 3, при этом торцевая часть центральной проточки затвора 3 выполнена разъемной с установкой крышки 11. Затвор 3 поджат к седлу корпуса 1 пружиной 12. Цилиндр затвора 4 контактирует с комбинированным уплотнением 13, установленным в канавку, выполненную в обтекателе 7. Во втором варианте клапана в обтекателе 7 выполнена проточка, в которую установлено уплотнение обтекателя 16 в виде фторопластовой манжеты с усиком 17, поджатой через опору 18 прорезной пружиной 19, которая зафиксирована гайкой 20.
Клапан работает следующим образом. Входное давление воздействует на небольшую эффективную площадь затвора между средним диаметром седла корпуса и наружным диаметром цилиндра, что снижает усилие перемещения затвора 3. Утечки компонента по уплотнению 13, во втором варианте по уплотнению 16, сбрасываются в выходную полость клапана через отверстия затвора 6. По команде на открытие клапана при запуске изделия через штуцер «Рупр» подается управляющее давление, которое, воздействуя на эффективную площадь поршня 8, преодолевает силу от давления на уменьшенную эффективную площадь затвора 3 и пружины 12 и перемещает затвор 3 до посадки на уплотнение поршня 9, при этом открывается проходное сечение клапана. Компонент из внутренней полости клапана свободно переходит к полости обтекателя 7 через отверстия затвора 6, что позволяет обеспечить закрытие клапана при любом входном давлении.
Такое положение клапана сохраняется в течение всего времени работы изделия. После выключения изделия управляющее давление сбрасывается из штуцера «Рупр», и затвор 3 под действием сил от давления на эффективную площадь затвора и от пружины 12 перемещается до посадки уплотнения затвора 5 на седло, выполненное в корпусе 1, закрывая проходное сечение клапана по линии "Вход-Выход".
Так как использование клапана планируется в ракетной технике, его детали выполнены из материалов: сталь 07X16Н6 для корпуса 1 и корпуса входа 2, затвора 3, поршня 8; сталь 12Х18Н10Т для пружины 12. Для изготовления комбинированного уплотнения 13 при работе клапана при температуре от -50 до 50°C: резиновое кольцо 14 и манжета из фторопласта-4. Для изготовления уплотнений по второму варианту при работе клапана на низких температурах (например, на криогенных компонентах): бронза БрАЖ 9-4 для уплотнения 10; фторопласт-4 для уплотнений затвора 5, уплотнения стакана 13 и уплотнения поршня 9.
Таким образом, применение указанного изобретения позволяет расширить возможность применения клапана в изделиях машиностроения, работающих по командам управления на открытие и закрытие, понизить величину управляющего давления и увеличить диапазон входного давления в клапан, что позволяет уменьшить габариты и массу клапана.