КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально открытым клапанам, содержащим подпружиненный запорный орган, привод для его перемещения и предназначенный для закрытия доступа рабочего тела из одной магистрали в другую. Оно может быть использовано в машиностроении, например  в ракетной технике.
В настоящее время в ЖРД используются магистрали для подачи рабочего тела на турбину бустерного насоса. При запуске ЖРД первоначально раскрутка турбины проводится газообразным гелием с последующим переходом на рабочее тело, например водород, при этом при наличии магистралей подвода к двум соплам, одно из сопел необходимо перекрыть. Для отсечки одной магистрали необходим отсечной клапан.
Известно устройство отсечки и уплотнения в гидравлической магистрали (патент USA №3125108, кл. 137-68 от 17 марта 1964 года), содержащее цилиндр с боковыми соосными отверстиями, сквозь которые пропущена труба, силовой цилиндр и пироэнергодатчик.
Недостатком устройства является невозможность многоразового использования.
Известен отсечной клапан с электромагнитным приводом (Добровольский М.В. «Жидкостные ракетные двигатели», издательство «Машиностроение», 1968 г., 240-241 с.: ил. Рис. 6.14), содержащий корпус, входной штуцер 1, выходной штуцер 6, нижний клапан 3, верхний клапан 7, электромагнит 9. Недостатком указанного отсечного клапана является сложность конструкции, большая масса с учетом электрического кабеля для электромагнита и пониженная надежность срабатывания клапана в среде жидкого водорода.
Известен пироклапан (Эдельман А.Н., «Топливные клапаны ЖРД», издательство «Машиностроение», 1970 г., 73-75), содержащий запорный орган, выполненный в виде конической пробки, коническое седло, выполненное в выходном канале.
Недостатком указанного пироклапана является невозможность многоразового использования.
6
Известен пироклапан (патент RU №2142085, МПК F16K 17/40 - прототип), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой.
Недостатком пироклапана является большая масса с учетом электрокабеля для пироэнергодатчика и невозможность многоразового использования.
При использовании нормально открытого пневмоклапана управляемого электропневмоклапаном с электрокабелем также получаем большую массу, что затрудняет его использование.
Задачей предлагаемого изобретения является: упрощение конструкции и снижение массы, за счет использования давления рабочего тела для привода клапана.
Поставленная задача решается тем, что в клапане, содержащем корпус с патрубками входа и выхода, полость с перекрываемой пробкой, согласно изобретению, в корпусе выполнена бобышка с проточкой, со стороны входа корпуса выполнен жиклер с сужающейся и расширяющейся полостями, по оси входа корпуса выполнены две проточки, в проточки корпуса установлена подпружиненная ступенчатая пробка с поршнем, в корпусе выполнены каналы, соединяющие входную до жиклера и надпоршневую полость ступенчатой пробки с поршнем клапана через проточку бобышки, перпендикулярно оси жиклера выполнена бобышка с ступенчатыми проточками, в которые установлен подпружиненный дросселирующий шток с поршнем, взаимодействующий наружными поверхностями с внутренними поверхностями ступенчатых проточек бобышки, а со стороны входа клапана выполнен канал, соединяющий входную полость клапана с надпоршневой полостью дросселирующего штока с поршнем.
На поршни пробки и дросселирующего штока установлены уплотнения.
По торцу ступенчатой пробки с поршнем выполнена коническая поверхность, контактирующая с торцевой кромкой расширяющейся проточной полости жиклера.
В дросселирующем штоке с поршнем выполнен канал, соединяющий полость жиклера с послепоршневой полостью дросселирующего штока.
Выполнение в корпусе жиклера, установка в клапан подпружиненной ступенчатой пробки с поршнем, управляемой входным давлением рабочего тела через каналы в корпусе и через проточку бобышки, после перекрытия жиклера подпружиненным дросселирующим штоком с поршнем, установленным перпендикулярно оси жиклера и перемещаемым рабочим телом через канал, соединяющий входную полость клапана с надпоршневой полостью дросселирующего штока с поршнем, и последующей посадкой конической поверхности ступенчатой пробки с поршнем на торцевую кромку расширяющейся проточной полости жиклера, позволяет надежно отсечь рабочее тело со стороны входа клапана.
Предлагаемый клапан представлен на фиг. 1, где
1 - корпус с патрубками входа и выхода;
2 - ступенчатая пробка с поршнем;
3 - дросселирующий шток с поршнем;
4, 5 - уплотнение;
6, 7, 8 - пружина;
9, 10, 11 - крышка;
12, 13 - гайка;
14 - прорезная пружина;
15, 16, 17, 18, 19 - опора;
А - бобышка с проточкой;
Б - жиклер;
В - каналы;
Г - бобышка с ступенчатыми проточками;
Д - канал;
Е - коническая поверхность;
Ж - канал дросселирующего штока.
На фиг. 1 показан общий вид клапана в разрезе.
Клапан состоит из корпуса с патрубками входа и выхода 1, ступенчатой пробки с поршнем 2, дросселирующего штока с поршнем 3, уплотнений 4, 5 поршней ступенчатой пробки и дросселирующего штока, 6, 7, 8 - пружин, 9, 10, 11 - крышек, 12, 13 - гаек, 14 - прорезной пружины. В корпусе 1 выполнена бобышка с проточкой А, бобышка с ступенчатыми проточками Г, жиклер Б с сужающейся и расширяющейся полостями для снижения гидросопротивления клапана, В - каналы для подвода давления рабочего тела в надпоршневую полость ступенчатой пробки с поршнем, Д - канал для подвода давления рабочего тела в надпоршневую полость дросселирующего штока с поршнем. На ступенчатой пробке с поршнем 2 выполнена коническая поверхность Е. В дросселирующем штоке с поршнем выполнен канал Ж для: удаления (подачи) рабочего тела из послепоршневой полости дросселирующего штока с поршнем при его перемещении.
2
Клапан работает следующим образом. В исходном положении клапан находится в открытом положении, рабочее тело свободно попадает со входа на выход корпуса 1 и по клапанам В и проточку бобышки А подается в надпоршневую полость ступенчатой пробки с поршнем 2 и по каналу Д в надпоршневую полость дросселирующего штока с поршнем 3. При давлении рабочего тела на входе клапана 50-60 кгс/см в полости жиклера Б давление падает и появившийся перепад давления рабочего тела на дросселирующем штоке с поршнем, преодолевая усилие пружины 7, перемещает его до упора в корпус 1. После перекрытия жиклера Б давление на выходе клапана падает и появившийся перепад рабочего тела на ступенчатой пробке с поршнем 2 перемещает ее, преодолевая усилие пружины до посадки конической поверхности Е ступенчатой пробки с поршнем 2 на торцевую кромку расширяющейся проточной полости жиклера Б, надежно отсекая рабочее тело со стороны входа клапана.
При восстановлении давления рабочего тела за жиклером Б в расширяющейся полости, перепад на дросселирующем штоке с поршнем 3 падает, и он под действием пружины 7 возвращается в исходное положение. Такое положение клапана сохраняется в течение всего времени работы ЖРД.
При выключении ЖРД давление компонента со стороны входа клапана падает, и ступенчатая пробка с поршнем возвращается в исходное положение, сообщая входную и выходную полости клапана.
Так как использование клапана предполагается в условиях высоких входных давлений, например в ракетной технике, для изготовления деталей используются стали 12Х18Н10Т и 07Х25Н16АГ6Ф-Ш. Уплотнения, например, типа манжет, изготавливаются из фторопласта-4.
Таким образом, применение указанного клапана позволяет использовать давление рабочего тела для привода клапана без электрической команды управления на привод клапана, что упрощает конструкцию и снижает массу ЖРД.