Газодинамическое уплотнение клапана
GAS-DYNAMIC VALVE SEAL

Изобретение относится к конструкции клапанного узла, преимущественно газотурбинного двигателя, и касается конструкции уплотнения запорного элемента.
Из уровня техники известно уплотнение клапана, содержащее дисковый затвор с кольцевой проточкой в торцевой части, кольцевую крышку, установленную на дисковом затворе, с образованием кольцевой полости, уплотнительное кольцо, установленное в кольцевой полости и отверстия для подачи рабочей среды, сообщающие входную полость с кольцевой полостью (см. патент РФ 2224157 С2, МПК F16K 1/226, 27.08.2001).
Предложенная конструкция клапана не позволяет применять его на каналах, подходящих перпендикулярно к основной проточной части, ввиду особенностей механизации. При открытии и закрытии клапана возможно заклинивание и повышенный износ уплотнения.
Задачей изобретения является обеспечение высокой эксплуатационной надежности и увеличение ресурса клапана.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, состоит в повышении герметичности клапана за счет его конфигурации и особенности кинематики дискового затвора.
Поставленная задача решается тем, что газодинамическое уплотнение клапана, содержащее корпус с установленным внутри него дисковым затвором с кольцевой проточкой в торцевой части, кольцевую крышку, установленную на дисковом затворе, с образованием между ними кольцевой полости, уплотнительное кольцо, установленное в кольцевой полости и отверстия для подачи рабочей среды, сообщающие входную полость с кольцевой полостью, при этом уплотнительное кольцо снабжено глухими радиальными проточками, выполненными со стороны дискового затвора в радиальном направлении от его центра, уплотнительное кольцо выполнено в виде сегментов и установлено с возможностью их радиального перемещения, сегменты снабжены стопорными выступами, выполненными на их торцах, при этом стопорные выступы соседних сегментов находятся во взаимном зацеплении в одном из крайних положений, отверстия для подачи рабочей среды выполнены в дисковом затворе и соединены с глухими радиальными проточками через кольцевую полость, а дисковый затвор установлен на поворотной оси проходящей под углом к его плоскости.
Снабжение уплотнительного кольца глухими радиальными проточками, выполненными со стороны дискового затвора в радиальном направлении от его центра, а также наличие отверстий выполненных в дисковом затворе для подачи рабочей среды от входной полости через кольцевую полость к указанным радиальным проточкам позволяет создаваемому внутри них избыточному давлению поджать уплотнительное кольцо к корпусу клапана, реализуя его герметичность в закрытом положении, а также поджать уплотнительное кольцо к крышке чтобы избежать перетечек рабочей среды между указанными элементами.
Выполнение уплотнительного кольца в виде сегментов с возможностью их радиального перемещения позволяет снизить его износ при открытии/закрытии, ввиду того что сила трения в месте контакта уплотнительного кольца с корпусом клапана незначительна.
Снабжение сегментов стопорными выступами, выполненными на их торцах, так, что стопорные выступы соседних сегментов находятся во взаимном зацеплении при их максимальном расхождении (одно из крайних положений) обеспечивает ограничение радиального перемещения сегментов.
Установка дискового затвора на поворотной оси, проходящей под углом к его плоскости, обеспечивает равномерное обжатие сегментов уплотнительного кольца к корпусу клапана.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами:
Фиг. 1 - разрез клапана по поворотной оси, вид сбоку;
Фиг. 2 - разрез затвора, вид сбоку;
Фиг. 3 - разрез уплотнительного кольца по месту стопорных выступов;
Фиг. 4 - уплотнительное кольцо, вид снизу.
Газодинамическое уплотнение клапана содержит корпус 1, расположенный, в частном случае реализации, на корпусе газотурбинного двигателя (на чертежах не указан), перпендикулярно направлению основного потока газа, и дисковый затвор 2 с кольцевой проточкой 3, выполненной в его торцевой части для формирования кольцевой полости 4 между указанным дисковым затвором 2 и установленной на нем кольцевой крышкой 5. В кольцевой полости 4, между дисковым затвором 2 и кольцевой крышкой 5, установлено уплотнительное кольцо 6. В дисковом затворе 2 выполнены отверстия 7, сообщающие входную полость 8 с кольцевой полостью 4, для подачи рабочей среды, а именно воздуха высокого давления, создающего усилия на уплотнительное кольцо 6 в радиальном направлении. Уплотнительное кольцо 6 снабжено глухими радиальными проточками 9, выполненными со стороны дискового затвора 2 в радиальном направлении от его центра. Уплотнительное кольцо 6 выполнено в виде сегментов и установлено с возможностью их радиального перемещения.
Уплотнительное кольцо 6 выполняется, преимущественно, из 4х сегментов в каждом из которых выполнено по 32е глухих радиальных проточки 9, при этом в зависимости от размера конструкции количество проточек может быть уменьшено или увеличено. При этом сегменты снабжены стопорными выступами 10, выполненными на их торцах. Выступы соседних сегментов находятся во взаимном зацеплении при их максимальном расхождении. Дисковый затвор 2 установлен на поворотной оси 11 проходящей под углом к его плоскости.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Открытие и закрытие дискового затвора 2 происходит за счет механического привода (на чертежах не указан), осуществляющего вращение поворотной оси 11, которая предает крутящий момент. В процессе закрытия клапана, дисковый затвор 2 перемещается в горизонтальное положение, равномерно обжимая уплотнительное кольцо 6, а разность давлений приводит к возникновению газодинамических сил в кольцевой полости 4 и глухих радиальных проточках 9, прижимающих уплотнительное кольцо 6 к корпусу 1 клапана. Радиальное перемещение сегментов уплотнительного кольца 6 ограничивается при открытии клапана путем входа стопорных выступов 10 в зацепление.