Клапан расхода горячего газа
HOT GAS FLOW CONTROL VALVE

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание конструкций клапанов для регулирования расхода горячего газа, работающих при высоких температурах и давлениях и используемых для управления летательным аппаратом по каналам крена, тангажа и рыскания.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, состоящая из корпуса, седла, заслонки, подшипников и уплотнительных колец вала, в корпусе которого выполнена кольцевая полость, с последовательно расположенными тремя графитовыми кольцами, обращенными друг к другу торцами, при этом на валу выполнен уступ, с которым контактирует одно крайнее кольцо, крайние кольца введены в контакт своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью вала и не касаются корпуса, а среднее кольцо введено в контакт с боковой поверхностью корпуса и установлено с образованием кольцевого зазора с наружной поверхностью вала, на валу установлено стопорное кольцо, причем расстояние между уступом и стопорным кольцом превышает суммарную толщину графитовых колец (Патент РФ №2423636, 2011 г., кл. F16K 5/04, F16K 41/02).
Недостаток такой конструкции заключается в том, что при таком конструктивном исполнении среднего графитового кольца требуется увеличение его толщины для того, чтобы увеличить путь газового потока, тем самым уменьшить подвод тепла к подшипникам и уплотнительным кольцам вала, а следовательно, увеличить надежность работы.
Целью изобретения является увеличение сопротивления газовому потоку, что повышает надежность работы клапана расхода горячего газа.
Указанная цель достигается тем, что в клапане расхода горячего газа, состоящем из корпуса, седла, заслонки, вала, подшипников и уплотнительных колец, установленных на валу, и торцевого уплотнения, выполненного в виде кольцевой полости, в которой последовательно расположены три графитовых кольца, обращенные друг к другу торцами, при этом на валу выполнен уступ, с которым контактирует одно крайнее кольцо, крайние кольца введены в контакт своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью вала и не касаются корпуса, а среднее кольцо введено в контакт с боковой поверхностью корпуса и установлено с образованием кольцевого зазора с наружной поверхностью вала, на валу установлено ограничительное кольцо, причем расстояние между уступом и ограничительным кольцом превышает суммарную толщину графитовых колец, среднее кольцо выполнено в продольном сечении Т-образной формы, максимальная ширина полки которой не превышает суммарную толщину графитовых колец, между полкой и наружным диаметром крайних колец выполнен кольцевой зазор.
На фиг. 1 приведена конструкция клапана расхода горячего газа.
На фиг. 2 приведена конструкция торцевого уплотнения вала клапана расхода горячего газа.
На фиг. 3 приведен вариант исполнения конструкции торцевого уплотнения вала клапана расхода горячего газа.
Клапан расхода горячего газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1, седла 2, заслонки 3, вала 4, на котором выполнен уступ 5, поверхность 6 которого, перпендикулярна оси вала. На валу 4 установлены уплотнительные кольца 7, подшипники 8. В зоне 9 вала установлено ограничительное кольцо 10. Корпус защищен от нагрева втулкой 11 из эрозионностойкого материала, например стеклопластика. Между уступом 5 вала 4 и ограничительным кольцом 10 (фиг. 2) последовательно расположены три графитовых кольца, два из которых 12 (крайние) введены в контакт своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью вала и не касаются втулки 11, а среднее кольцо 13 введено в контакт с боковой поверхностью втулки 11 и установлено с кольцевым зазором относительно наружной поверхности вала. Кольца 12 и 13 устанавливаются в сопрягаемые детали по посадке скольжения. Расстояние между уступом и ограничительным кольцом превышает суммарную толщину графитовых колец. Графитовые кольца контактируют между собой по плоским торцам. Среднее графитовое кольцо 13 выполнено в продольном сечении Т-образной формы, максимальная ширина полки которой не превышает суммарную толщину графитовых колец, между полкой и наружным диаметром крайних колец выполнен кольцевой зазор. На фиг. 3 приведен вариант исполнения конструкции торцевого уплотнения вала клапана расхода горячего газа. Между наружной поверхностью вала и крайними графитовыми кольцами установлена втулка 14 из теплозащитного эрозионностойкого материала, преимущественно из стеклопластика. На полке среднего графитового кольца 13 выполнена, по крайней мере, одна кольцевая канавка 15 (на фиг. 3 показаны две канавки). На крайних кольцах 12 выполнены кольцевые выступы 16 со стороны, противоположной контакту со средним кольцом 13.
При работе продукты сгорания поступают внутрь клапана и истекают наружу. Благодаря наличию графитовых колец 12 и 13 поступление продуктов сгорания в полость подшипников и уплотнительных колец затрудняется и образуется застойная зона. Однако при изменении давления продуктов сгорания из-за перепада давления происходит попадание новой порции продуктов сгорания в полость, в которой установлены подшипники,
Благодаря тому что среднее кольцо выполнено в продольном сечении Т-образной формы, увеличивается газодинамическое сопротивление, продукты сгорания становятся более холодными. Наличие кольцевых канавок 15 дополнительно увеличивает газодинамическое сопротивление, а наличие втулки 14 снижает подвод тепла к валу. Наличие кольцевых выступов 16 снижает подвод тепла через вал.
Таким образом, предложенная конструкция клапана расхода горячего газа за счет установки усиленного торцового уплотнения вала уменьшает подвод тепла к подшипникам и уплотнительным кольцам вала, тем самым увеличивается надежность работы клапана расхода горячего газа.