ПИРОКЛАПАН
PYRO-VALVE

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к клапанам с разрушаемым запорным элементом, предназначенных для применения в пневмогидравлических системах для открытия постоянного сообщения полостей заправочно-дренажных магистралей и может быть использовано в машиностроении.
Известен запорно-пусковой пироклапан (патент RU 2159889 С1 F16K 17/40), который содержит корпус с входным и выходным каналами, камеру с пиропатроном, соединяющий входной и выходной каналы при срабатывании пиропатрона разрывной запорный орган с ослабляющей кольцевой выточкой, расположенной между двумя его частями с одинаковыми наружными диаметрами. Одна часть запорного органа выполнена в виде втулки. Втулка неподвижно закреплена относительно корпуса. Другая часть запорного органа выполнена в виде поршня с полым хвостовиком. Окружающая выточку полость загерметизирована и соединена каналом с камерой пиропатрона. Соединяющий камеру пиропатрона с полостью выточки канал расположен под углом к оси входного канала корпуса. Ослабляющая выточка имеет поперечное сечение в виде прямоугольной трапеции. Меньшее основание прямоугольной трапеции образовано внутренним диаметром выточки. Угол наклона наклонной стороны прямоугольной трапеции поперечного сечения выточки равен углу наклона оси канала, соединяющего камеру пиропатрона с полостью выточки. Внутренний диаметр втулки равен внутреннему диаметру выточки.
Недостатком данной конструкции является отсутствие фиксации поршня после разрушения запорного органа, в результате чего поршень может вернуться на исходную позицию и помешать нормальному течению рабочей среды между входным и выходным каналами. Кроме этого к недостаткам следует отнести попадание пирогазов в рабочую полость, что может вызвать нарушение химического состава рабочей среды, химическую реакцию и даже возгорание в случае горючей рабочей среды.
Близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению, взятый за прототип, является пироклапан (патент RU 2362078 С2 F16K17/14), состоящий из корпуса и пиропривод (пиропатрон) с управляющей полостью и входным и выходным патрубками (штуцерами) канала подачи рабочего тела, причем входной патрубок выполнен в виде стакана с ослабленным сечением в донной части, а в управляющей полости установлен поршень с толкателем, расположенный перпендикулярно к стакану с донной частью, соосно донной части установлено средство защиты канала подачи рабочего тела. В боковой полости установлен дополнительный поршень с глухим радиальным каналом, в донную часть которого упирается донная часть входного патрубка с ослабленным сечением, причем на боковой поверхности указанного поршня выполнена лыска, плоскость которой совпадает или находится ниже ослабленного сечения. Гаситель удара в боковой полости выполнен в виде заглушки с пружинным фиксатором, а на дополнительном поршне имеется ответный хвостовик.
Недостатком данной конструкции является негерметичность пироклапана после срабатывания пиросредства по резьбе пиропривода с корпусом и негерметичность по резьбе уплотнительного поршневого кольца с хвостовиком поршня. Кроме этого к недостаткам следует отнести недостаточную надежность заклинивания конической части поршня в конусе управляющей полости корпуса, что делает возможным попадание рабочей среды в управляющую полость, ухудшая ее герметизацию.
Сущность изобретения заключается в том, что в пироклапане, состоящем из корпуса с входным и выходным штуцерами канала подачи рабочей среды, пиропатрона с управляющей полостью, поршня, размещенного в канале корпуса, корпус выполнен в виде трубы с боковым отводом, с одной стороны которой установлен выходной штуцер с внутренним проходным отверстием с раструбом в виде конуса, с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации, а со стороны бокового отвода установлен входной штуцер, причем поршень герметично установлен в канал корпуса после раструба, с возможностью перекрытия бокового отвода, а после бокового отвода в канале корпуса выполнено сужение и установлена направляющая гайка, опирающаяся на торец, образованный за счет сужения канала корпуса, далее в корпусе выполнен штуцер с установленным в нем пиропатроном с управляющей полостью соединенной с каналом корпуса, перекрытым штоком поршня, а напротив пиропатрона установлен срезной винт, удерживающий поршень, при этом головка поршня имеет форму усеченного конуса, а гнездо фиксации выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами, при этом угол при вершине конуса на головке поршня меньше, угла при вершине конуса в гнезде фиксации, но при этом наибольший диаметр поперечного среза наконечника головки поршня больше меньшего диаметра гнезда фиксации. А также выходной штуцер выполнен в виде крепежного фланца с уплотнительными канавками и крепежными отверстиями.
Техническим результатом предлагаемого устройства является обеспечение гарантированной герметичности пироклапана после срабатывания пиросредства посредством обеспечения высокой надежности заклинивания конической части поршня в конусе гнезда фиксации и предотвращения возвращения поршня в исходное положение.
На фиг. 1 изображен общий вид пироклапана.
На фиг. 2 изображен пироклапан после срабатывания пиросредства.
На фиг. 3 изображена коническая часть поршня в конусе гнезда фиксации после срабатывания пиросредства.
1
2
Конструкция пироклапана состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 штуцерами канала подачи рабочей среды 4, пиропатрона 5 с управляющей полостью 6 и установленным поршнем 7 в канале корпуса 8, а сам корпус 1 является направляющей частью поршня 7. Корпус 1 выполнен в виде трубы с боковым отводом 9, с одной стороны которой установлен выходной штуцер 3 с внутренним проходным отверстием с раструбом 10 в виде конуса, а с другой стороны герметично установлено гнездо фиксации 11 с заглушкой 12, а со стороны бокового отвода 9 установлен входной штуцер 2. Поршень 7 герметично установлен в канал корпуса 8 после раструба 10, таким образом, что боковой отвод 9 перекрывается посредством ввернутого на шток 13 поршня 7 со стороны выходного штуцера 3 наконечника штока 14, диаметр которого равен диаметру канала корпуса 8, при этом наконечник штока 14 уплотнен кольцом 15 по диаметру. После бокового отвода 9 выполнено сужение канала корпуса 8 и установлена направляющая гайка 16, опирающаяся на торец А, образованный за счет сужения канала корпуса 8. В полости между штоком 13 поршня 7 и каналом корпуса 8 в месте сужения установлен уплотнительный элемент 17. Поршень 7 упирается своим торцом Б в торец В корпуса 1 и фиксируется в этом положении срезным винтом 18. Срезной винт 18 ввернут в отверстие корпуса 1, а своим хвостовиком 19 входит в отверстие поршня 7 и фиксирует поршень от перемещения. Напротив срезного винта 18 в корпусе 1 выполнен штуцер 20, в который установлен пиропатрон 5, управляющая полость 6 которого соединена с каналом корпуса 8, перекрытым поршнем 7, который уплотнен кольцом 21 по корпусу 1. Головка 22 поршня 7 со стороны гнезда фиксации 11 имеет форму усеченного конуса. Гнездо фиксации 11 выполнено в виде конуса с демпфирующими эластичными ребрами 23, обеспечивающими клин. Угол при вершине конуса а на поршне 7 меньше, чем угол при вершине конуса β в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Выбор угла производился экспериментальным путем. При этом наибольший диаметр D головки штока 22 больше меньшего диаметра D отверстия гнезда фиксации 11 (см. фиг. 3). Выходной штуцер 3 выполнен в виде крепежного фланца 24 с уплотнительными канавками 25 и крепежными отверстиями 26. Герметичность пиропатрона 5 обеспечивает алюминиевая прокладка 27. Пироклапан работает следующим образом.
После срабатывания пиропатрона 5 газ высокого давления, воздействуя на торец Г поршня 7, отсекает срезной винт 18 и на большой скорости перемещает поршень 7 в гнездо фиксации 11 (см. фиг. 2), где головка 22 поршня 7 надежно фиксируется за счет демпфирующих эластичных ребер 23, обеспечивающих клин, и за счет того, что угол а при вершине конуса на поршне 7 меньше, чем угол β при вершине конуса в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Наконечник штока 14 перемещается в сторону направляющей гайки 16, открывая канал для рабочей среды 4 от входного штуцера 2 к выходному штуцеру 3. При этом наконечник штока 14, уплотненный кольцом 15 по диаметру и вместе с уплотнительным элементом 17 около направляющей гайки 16 образуют двойной барьер уплотнения, герметично разделяя канал для рабочей среды 4 с одной стороны и управляющую полость 6 пиропатрона 5 с каналом корпуса 8 от пирогазов с другой стороны.
Таким образом, предложенная конструкция пироклапана обеспечивает:
- высокую герметичность после срабатывания пиропатрона 5 между каналом для рабочей среды 4 с одной стороны и управляющей полостью 6 пиропатрона 5 с каналом 8 от пирогазов с другой стороны, что обеспечивается благодаря двойному уплотнению резинового кольца 15 на наконечнике штока 14 по диаметру и уплотнительного элемента 17 между поршнем 7 и корпусом 1;
- высокую надежность заклинивания конической части поршня 7 в конусе гнезда фиксации 11 за счет демпфирующих эластичных ребер 23, обеспечивающих клин, и за счет того, что угол а при вершине конуса на поршне 7 меньше, чем угол β при вершине конуса в гнезде фиксации 11 на 1…5°. Заклинивание предотвращает возвращение поршня 7 в исходное положение и закрытие канала для рабочей среды 4.