ПИРОКЛАПАН
PYRO-VALVE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании агрегатов автоматики, а именно к пироклапанам с пиротехническим приводом, предназначенным для отсечки рабочего тела, и может быть использовано при создании агрегатов автоматики жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) и других энергетических установок.
В настоящее время при создании пироклапанов для перекрытия магистралей ЖРД широко применяются пироклапаны с запорным органом, выполненным в виде конической пробки, взаимодействующей с коническим седлом, образованным в выходном канале (А.И. Эдельман. Топливные клапаны ЖРД, из-во «Машиностроение», 1970, стр. 73-75). К недостаткам пироклапана можно отнести:
1. Возможность прорыва пороховых газов, во входную полость заполненную компонентами, что ограничивает использование пироклапана для ЖРД с теми видами топлива, которые взрываются при контакте с пороховыми газами, образующимися при срабатывании пиропатрона,
2
2. Нарушение герметичности изоляции пиропатрона при воздействии рабочего давления компонента на пиропатрон (≥ 20 кгс/см).
Известен пироклапан (RU 2142085, F16K 17/40 от 13.05 98 г.), содержащий корпус с входным, выходным патрубками, расположенными на одной оси, между которыми герметично вмонтирована тонкостенная труба, боковую полость в виде ступенчатого цилиндрического отверстия с конической поверхностью перехода между ступенями, со ступенчатой перекрывной пробкой с отверстием, через которое пропущена тонкостенная труба.
Недостатком пироклапана является невозможность одновременного среза в двух местах труб большого диаметра, без деформации ее по местам среза, что может привести к ненормированному повышению гидросопротивления клапана.
Известен пироклапан (М.В. Добровольский. Жидкостные ракетные двигатели. Из-во «Машиностроение», 1968, стр. 238-239 - прототип), содержащий корпус с входной и выходной полостями, с седлом отсечки, с центральным отверстием и гнездом под пиропатрон, затвор в виде грибка со штоком, установленным в центральное отверстие корпуса и закрепленным относительно корпуса штифтом.
Недостатком пироклапана является возможность прорыва пороховых газов во входную полость, залитую компонентом, что ограничивает использование пироклапана для ЖРД с теми видами топлива, которые взрываются при контакте с пороховыми газами высокого давления и температуры, образующимися при срабатывании пиропатрона.
Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, использование пироклапана для больших проходных сечений, исключение прорыва пороховых газов пиропатрона, при его срабатывании, исключение воздействия на изоляцию пиропатрона рабочего давления компонента.
Поставленная задача решается тем, что в пироклапан для перекрытия магистралей, содержащем корпус с входной и выходной полостями, центральным отверстием и гнездом под пиропатрон, затвор в виде грибка со штоком, установленном в центральное отверстие корпуса и закрепленном относительно корпуса штифтом, согласно изобретению в корпусе в центральном отверстии выполнена промежуточная полость, сообщающаяся с выходной полостью, а также канавка со стороны гнезда под пиропатрон и проточка, в которую установлена крышка с гнездом под пиропатрон с внутренней глухой ступенчатой проточкой с коническим переходом между ступенями, на дне крышки выполнены отверстия, на наружной поверхности и по торцу крышки выполнены пазы, сообщающие полость гнезда под пиропатрон с внутренней полостью большей ступени крышки, в крышку установлен поршень с конической поверхностью и с уплотнительной тонкостенной оболочкой, в штоке затвора выполнена канавка между промежуточной полостью и штифтом, при этом крышка наружной поверхностью взаимодействует с внутренней поверхностью проточки корпуса, внутренней поверхностью большей ступени с уплотнительной тонкостенной оболочкой поршня, поршень взаимодействует по резьбе со штоком затвора и контактирует конической поверхностью с коническим переходом между ступенями глухой проточки крышки, наружная поверхность грибка затвора контактирует с внутренней поверхностью центрального отверстия со стороны входной полости корпуса, а отношение надпоршневого объема до срабатывания к надпоршневому объему после срабатывания не менее 0,45.
Наружная поверхность грибка затвора контактирует с внутренней поверхностью отверстия со стороны входной полости корпуса с натягом.
В канавку корпуса установлено уплотнение - резиновое кольцо, а в канавку штока установлено уплотнение - резиновое кольцо с защитной шайбой.
На фиг. 1 изображен предлагаемый пироклапан, где:
1 - корпус;
2 - седло корпуса;
3 - затвор;
4 - промежуточная полость;
5 - кольцо;
6 - пазы крышки;
7 - проточка корпуса;
8 - крышка;
9 - отверстия;
10 - пазы;
11 - поршень;
12 - втулка;
13 - защитная шайба;
14 - кольцо уплотнительное.
В корпусе 1, в центральном отверстии выполнено седло 2, промежуточная полость 4. В центральное отверстие корпуса 1 установлен затвор 3, в канавку корпуса установлено кольцо 5. В проточку корпуса 7 установлена крышка 8. В крышке 8 выполнена внутренняя глухая ступенчатая проточка с коническим переходом между ступенями. На дне крышки 8 выполнены отверстия 9, на наружной поверхности и по торцу крышки 8 выполнены пазы 6 и 10, сообщающие полость гнезда под пиропатрон с внутренней полостью большей ступени крышки 8. В крышку 8 установлен поршень 11 с конической поверхностью и с уплотнительной тонкостенной оболочкой, соединенный со штоком затвора с помощью резьбы. В штоке затвора 3 установлено уплотнительное кольцо 14 и защитная шайба 13. Для уменьшения объема надпоршневой полости установлена втулка 12.
Пироклапан работает следующим образом. По команде на срабатывание газы от пиропатрона поступают через отверстия 9 и пазы 6 и 10 крышки 8 под поршень 11. При повышении давления газов срезается штифт и поршень 11 вместе с затвором 3 перемещается до заклинивания конической поверхности поршня 11 в коническом переходе внутренней глухой ступенчатой проточки крышки 8, при этом давление под поршнем практически не уменьшается, так как отношение надпоршневого объема до срабатывания к надпоршневому объему после срабатывания не менее 0,45, а время нарастания давления пороховых газов равно 0,001 с. При соотношении объема надпоршневой полости до срабатывания к объему надпоршневой полости после срабатывания менее 0,45 давление в надпоршневой полости будет уменьшаться при срабатывании пироклапана, что снижает надежность его срабатывания. Герметизация пороховых газов обеспечивается уплотнительной тонкостенной оболочкой поршня 11. Грибок затвора наружной поверхностью запрессовывается в седле 2 корпуса 1 с натягом, обеспечивая герметичное перекрытие проточной полости пироклапана.
Возможные утечки компонента по кольцу уплотнительному 14 и пороховых газов по кольцу 5 срабатываются в дренаж.
Для обеспечения надежного удерживания поршня по месту его заклинивания, а также снижения динамического воздействия перемещающихся деталей на крышку 8 на конической поверхности поршня 11 выполнена нарезка типа «ерш».
Так как использование пироклапана планируется в ракетной технике, его детали выполнены из следующих материалов:
сталь 07X16Н6 - корпус, затвор, крышка, поршень, штифт;
сплав алюм. Д16.Т - втулка;
фторопласт 4 - защитная шайба;
смесь резиновая ИРП-1130 - кольцо, кольцо уплотнительное.
Таким образом, применение указанного изобретения позволяет использовать пироклапан для больших проходных сечений, исключить прорыв пороховых газов пиропатрона при его срабатывании, исключить воздействие на изоляцию пиропатрона рабочего давления компонента.