Блок регуляторов расхода

Полезная модель относится к блоку регуляторов расхода, предназначенному для жидкостных магистралей, в основном жидкостных ракетных двигателей.
Известен блок регуляторов давления, в котором используется регулятор тяги, установленный в системе питания восстановительного газогенератора, и регулятор соотношения компонентов топлива, который установлен на магистрали питания горючим газогенератора (см. кн. Володин В.А. и др. «Конструирование и проектирование ЖРД» под общей редакцией проф. Г.Г. Гахуна, Москва, Машиностроение, 1989 г., рис. 12.10, с. 330-331, рис. 12.11, с. 332)[1].
Регулятора тяги включает в себя управляющую и регулирующую части. К фланцу корпуса управляющей части крепится электродвигатель, который изменяет усилие настроечного элемента регулятора во время работы двигателя. ЧСУ (чувствительно-сравнивающее устройство) и силовым приводом регулятора является сильфон, в полость которого поступает компонент с входным давлением через лыски дроссельной иглы.
Работа регулятора происходит следующим образом. При увеличении давления на входе в регулятор, соответственно, увеличивается давление во внутренней полости сильфона и последний, сжимая пружину, растягивается и перемещает дроссельную иглу, прикрывая проходное сечение и обеспечивая тем самым поддержание постоянства давления на выходе. Наоборот, при уменьшении давления на входе все происходит в обратном направлении, дроссельная игла приоткрывает проходное сечение [1].
В регуляторе, поддерживающем постоянное соотношение компонентов в газогенераторе, в качестве ЧСУ применена гибкая мембрана, которая одновременно является и приводом дросселирующего плунжера. Слева на мембрану действует управляющее давление окислителя, справа - регулируемое давление горючего. При нарушении равновесия мембрана прогибается и перемещает в соответствующую сторону дросселирующий орган, увеличивая или уменьшая проходное сечение канала горючего. В результате этого происходит поддержание давления горючего в магистрали в соответствии с изменениями давления окислителя, что обеспечивает постоянство соотношения компонентов, поступающих в газогенератор.
Недостатком этого блока регуляторов является то, что между двумя регуляторами существует гидравлическая связь через мембрану, установленную в регуляторе соотношения компонентов. Поэтому в случае использования криогенных компонентов топлива, таких как жидкий кислород и жидкий аммиак, для работы газогенератора и двигателя этот блок не будет работать, так как с двух сторон мембраны будут находиться криогенные компоненты с большой разницей температур, что приведет к захолаживанию аммиака. Задачей полезной модели является создание блока регуляторов расхода, работающего на любых компонентах топлива.
Эта задача решена за счет того, что в блоке регуляторов расхода, состоящем из соединенных между собой регулятора расхода окислителя, регулятора расхода горючего и электропривода, причем указанные регуляторы имеют одинаковую конструкцию, и каждый из них включает в себя корпус, в котором установлены регулирующая и стабилизирующая части и приводная часть, имеющая валик, при этом валик регулятора расхода горючего, с одной стороны, через реечное зацепление соединен с регулирующей частью этого регулятора расхода, а с другой стороны, соединен с валом электропривода, кроме того, валик регулятора расхода горючего соединен с валиком регулятора расхода окислителя, а указанные валики и вал электропривода расположены на одной оси.
Другими отличиями являются:
- соединение валика регулятора расхода горючего с валиком регулятора расхода окислителя осуществлено через полумуфту и крестовину, установленные на концевых участках двух валиков, при этом между крестовиной и полумуфтой установлена проставка, имеющая разное количество конических зубьев;
- соединение валика регулятора горючего с валом электропривода осуществляется через полумуфту, проставку, имеющую разное количество конических зубьев;
- соединение приводных корпусов регуляторов расхода осуществлено с помощью фланцев, между которыми установлено кольцо из материала с низкой теплопроводностью, например, из паронита.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлено продольное сечение блока регуляторов расхода.
На фиг. 2 представлено сечение по А-А на фиг. 1.
Описание полезной модели
Блок регуляторов расхода (фиг. 1) состоит из регулятора расхода горючего 1 и регулятора расхода окислителя 2, настройка которых на заданные уровни расхода осуществляется одним электроприводом (не показан).
Регуляторы расхода, входящие в состав блока регуляторов расхода, имеют одну конструктивную схему исполнения, поэтому описание конструкции и принципа работы приводится на примере одного из двух регуляторов расхода.
Каждый регулятор расхода содержит приводной корпус 3, внутри которого установлен валик 4 (4'), который соединен с регулирующей частью регулятора. Приводные корпуса 3 обоих регуляторов расхода имеют фланцы 5 и 6, стянутые болтами 7. Между фланцами установлено кольцо 8 из материала с низкой теплопроводностью, например, из паронита. Валики 4 указанных регуляторов также соединены между собой и с валом электропривода и расположены на одной оси.
Регулятор расхода окислителя (горючего) (фиг. 2) имеет дросселирующую часть, состоящую из направляющей 9, в которой имеются перекрываемые дросселирующие окна 10 определенного профиля, рейки 11, перекрывающей эти дросселирующие окна, причем перемещение рейки 11 осуществляется с помощью реечного зацепления при вращении валика 4, и стабилизирующую часть, которая обеспечивает поддержание постоянного перепада давлений на дросселирующих окнах 10, состоящую из золотника 12, направляющей 13 и пружины 14, установленной между золотником 12 и направляющей 13.
В направляющих 9 и 13 имеются отверстия 15 и 16, через которые подводится компонент с давлением на входе в дросселирующие окна 10 в полость, образованную направляющей 9 и золотником 12, а в золотнике 12 имеются отверстия 17, по которым компонент, прошедший через дросселирующие окна 10, подводится в полость, образованную золотником 12 и направляющей 13. Таким образом, на эффективную площадь золотника 12 воздействует усилие от перепада давлений на дросселирующих окнах 10, которое уравновешивается усилием пружины 14. В направляющей 13 выполнены стабилизирующие окна 18, перекрываемые при работе регулятора золотником 12.
Для обеспечения работы двух регуляторов от одного электропривода на валике 4 регулятора горючего закреплена крестовина 19, находящаяся в зацеплении с полумуфтой 20, жестко соединенной с валиком 4' регулятора окислителя. При стыковке с электроприводом валик 4 регулятора горючего устанавливается в нужное угловое положение относительно вала электропривода с помощью проставки 21, имеющей разное количество конических зубьев, расположенных на ее торцах. В таком случае при повороте проставки в окружном положении на 1 зуб относительно полумуфты 22, жестко соединенной с валом электропривода, валик регулятора горючего повернется на необходимую часть окружности. Такая же регулировка по углу предусмотрена и для регулятора окислителя с помощью проставки 23.
Для исключения захолаживания регулятора горючего, работающего на высококипящем компоненте - жидком аммиаке от взаимодействия с жидким кислородом, фланцы регуляторов расхода разделены кольцом из материала с малой теплопроводностью.
Работа блока регуляторов расхода
При повороте вала электропривода крутящий момент через полумуфту 22 передается на валик 4 регулятора горючего, а затем с крестовины 19, укрепленной на
валике 4, передается на полумуфту 20, и таким образом приводятся в действие одновременно обе рейки 11, связанные с соответствующими валиками. При перемещении реек 11 осуществляется перекрытие (открытие) дросселирующих окон 10 в направляющих с целью изменения расхода окислителя (горючего).
Постоянный расход компонента на заданном уровне настройки обеспечивается поддержанием постоянного перепада давлений на дросселирующих окнах 10 направляющей 9, которые открыты на постоянную величину для заданного уровня расхода. Постоянство перепада давления обеспечивается балансом сил: усилия от действия перепада давления на эффективную площадь золотника 12 и усилия пружины 14. При случайном возмущении давлений на входе или выходе из регулятора изменяется перепад давлений на дросселирующих окнах 10 и, следовательно, изменяется усилие, действующее на золотник 12. Золотник по направляющей 13 перемещается в уравновешенное положение, изменяя проходное сечение стабилизирующих окон 18 в этой направляющей, тем самым изменяет гидравлическое сопротивление тракта регулятора, что приводит к восстановлению перепада давлений на дросселирующей части регулятора и расхода компонента.
Установка двух валиков регулятора расхода на одном валу вместе с валом электропривода позволяет обеспечить работу газогенератора и двигателя в целом на любых компонентах топлива.
Промышленное применение
Предлагаемая полезная модель найдет применение в ЖРД без дожигания генераторного газа в магистралях питания восстановительного газогенератора, при этом один из регуляторов расхода будет регулировать тягу двигателя, а второй регулятор расхода будет поддерживать соотношение компонентов в газогенераторе при изменении тяги.