Регулятор расхода горячего газа
HOT GAS FLOW RATE CONTROLLER

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений и обеспечивающих управление летательным аппаратом в плоскостях тангажа, рыскания и крена.
Известна конструкция регулятора расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, установленное в выходной патрубок седло с расходным отверстием, в котором с обеих сторон от расходного отверстия выполнены выступы с соосными сквозными цилиндрическими отверстиями, заслонку, установленную по отношению к седлу в зоне расходного отверстия с кольцевым зазором, на заслонке с обеих сторон выполнены цапфы, которые установлены по посадке в выступы седла, заслонка связана с валом, установленным в подшипники качения (патент РФ №2422709, кл. F16K 5/04, F16K 5/10, 2010 г.).
Недостаток такой конструкции состоит в том, что в паре седло-заслонка из-за трения (заслонка установлена в выступы седла по посадке) возникает шарнирный момент, который зависит от давления. Величина шарнирного момента определяется по формуле
Mш=PFfr, где
Р - давление продуктов сгорания в регуляторе расхода горячего газа,
F - площадь расходного отверстия седла,
f - величина коэффициента трения материалов заслонки и седла в месте их контакта (зависит от температуры),
r - величина радиуса контакта между заслонкой и седлом.
Задачей изобретения является повышение надежности работы за счет уменьшения величины шарнирного момента в зоне контакта заслонки и седла.
Указанная задача достигается тем, что в регуляторе расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием, установленное в выходной патрубок, заслонку и вал, установленный в подшипники качения и кинематически связанный с заслонкой, торец седла, обращенный к заслонке, выполнен плоским, а плоский торец заслонки расположен с постоянным зазором по отношению к плоскому торцу седла, на плоском торце седла выполнена выемка конической формы, соосная оси вала, при этом на плоской поверхности заслонки выполнен конический выступ, установленный с боковым зазором в выемку седла, заслонка выполнена с глухим отверстием, в которое заходит вал, и заслонка по отношению к валу установлена с осевым зазором и кинематически соединена с валом, например, при помощи эвольвентного соединения, а расходное отверстие седла выполнено в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центры которых находятся на оси вала, при этом заслонка перекрывает расходное отверстие седла и ее рабочая поверхность эквидистантна форме расходного отверстия седла, а между торцом вала и торцом глухого отверстия заслонки установлена упругая прокладка из быстро сгораемого материала, преимущественно резины, толщина которой превышает величину расчетного теплового зазора между торцами вала и глухого отверстия заслонки.
На фиг. 1 изображен общий вид регулятора расхода горячего газа.
На фиг. 2 изображен выносной элемент места контакта заслонки и седла.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение.
На фиг. 4 изображен вариант соединения заслонки с валом.
Регулятор расхода горячего газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1, который содержит входной 2 и выходной 3 патрубки, седла 4, установленного в выходной патрубок и имеющего расходное отверстие 5, заслонку 6, кинематически связанную с валом 7. Торец 8 седла 4, обращенный к заслонке 6, выполнен плоским, а плоский торец 9 заслонки расположен с равномерным зазором «8» по отношению к плоскому торцу 8 седла 4. На плоском торце седла (фиг. 2) выполнена выемка 10 конической формы, соосная оси вала 7, а на плоской поверхности заслонки выполнен конический выступ 11, установленный с боковым зазором в выемку седла. Заслонка выполнена с глухим отверстием 12, в которое заходит вал, установлена по отношению к валу с осевым зазором и кинематически соединена с валом, например, при помощи эвольвентного соединения. Между торцом 13 вала и торцом 14 глухого отверстия заслонки установлена упругая прокладка 15 из быстро сгораемого материала, преимущественно резины, толщина которой превышает величину расчетного теплового зазора между торцами вала и глухого отверстия заслонки. Расходное отверстие 5 седла 4 выполнено в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центры которых находятся на оси вала (фиг. 3). Заслонка перекрывает расходное отверстие седла, и ее рабочая поверхность 16 эквидистанта форме расходного отверстия 5 седла 4. Кинематическую связь заслонки с валом можно обеспечить при помощи штифта 17 (фиг. 4), который заходит в прорези 18 заслонки 6, при этом вал устанавливается в глухое отверстие заслонки по посадке скольжения. Вал установлен в подшипники 19 и зафиксирован от осевого перемещения, например, при помощи стопорного кольца 20. Выходной конец вала загерметизирован уплотнительными кольцами 21.
При хранении, благодаря тому что вал поджат с одной стороны упругой прокладкой 15 и через подшипники 19 стопорным кольцом, не происходит соударения заслонки и седла и осевого перемещения вала.
При поступлении в регулятор горячего газа от системы управления подается сигнал на поворот вала, и поскольку он кинематически соединен с заслонкой при помощи эвольвентного соединения или штифтов, заслонка также поворачивается, открывая расходное отверстие седла, и газ истекает из выходного патрубка, обеспечивая необходимый расход или тягу.
Благодаря тому что седло и заслонка контактируют друг с другом по точке, находящейся на оси вала, шарнирный момент в паре заслонка-седло, возникающий от осевого усилия, равен нулю.
Благодаря тому что расходное отверстие седла выполнено в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центр которых находится на оси вала, заслонка перекрывает расходное отверстие седла, и ее рабочая поверхность эквидистантна форме расходного отверстия седла, площадь расходного отверстия седла изменяется линейно в зависимости от угла поворота вала. Линейное изменение площади упрощает систему управления.
Благодаря тому что между торцом вала и торцом глухого отверстия заслонки установлена упругая прокладка из быстро сгораемого материала, толщина которой превышает величину расчетного теплового зазора между торцами вала и глухого отверстия заслонки, обеспечивается исключение соударения седла и заслонки при хранении и до включения регулятора в работу.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности работы регулятора расхода горячего газа за счет обеспечения минимального шарнирного момента в паре заслонка-седло, исключения соударения заслонки и седла, а также обеспечивается линейная расходная характеристика.