КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА
HOT GAS FLOW CONTROL VALVE

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 К и давлений до 10 МПа и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, седло, установленное в выходной патрубок и выполненное с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхности седла, установленный в седло по цилиндрической поверхности с возможностью поворота регулирующий элемент с расходным окном и кинематически связанный через карданную муфту с валом, при этом карданная муфта установлена с осевым люфтом (РФ п. №2079023, кл. 6 F16K 5/04, 5/12, 1997 г.).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что наличие осевого люфта между регулирующим элементом и карданной муфтой при транспортировке изделия и до вступления его в работу приводит к соударению седла, регулирующего элемента и карданной муфты, которые выполнены из жаропрочных хрупких сплавов. Соударение этих узлов может привести к наличию трещин в деталях и последующему их разрушению в процессе работы.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, в которой для исключения этого явления в регулирующем элементе выполнено сквозное отверстие, выходящее на его торец и соединяющее его расходное отверстие с торцевым зазором между регулирующим элементом и карданной муфтой, при этом в торцевой зазор установлен упругий элемент из быстросгораемого материала, преимущественно резины, толщина которого больше величины торцевого зазора (РФ п. №2121098, кл. 6 F16K 5/12, 1998 г.).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что упругий элемент такой формы прогревается только с одной стороны через сквозное отверстие, выполненное в регулирующем элементе, что сильно затягивает процесс его сгорания и приводит к увеличению основной характеристики клапана - максимальной величине шарнирного момента, что в свою очередь требует утолщения таких деталей как регулирующий элемент, кардан и вал, а это вес конструкции, что не желательно для летательных аппаратов.
Целью предлагаемого изобретения является увеличение надежности работы клапана за счет быстрого сгорания упругого элемента.
Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и сквозным цилиндрическим отверстием, с которым контактирует цилиндрический регулирующий элемент, установленный с осевым люфтом и выполненный с расходным окном, расположенным перпендикулярно оси его цилиндрической поверхности, и кольцевым буртом, торец которого введен в контакт с поверхностью седла, между регулирующим элементом и валом с торцевым зазором установлена карданная муфта, а в полость между регулирующим элементом и карданной муфтой установлен упругий элемент из быстросгораемого материала, в регулирующем элементе выполнено сквозное отверстие, соосное валу и соединяющее полость его расходного отверстия с полостью между регулирующим элементом и карданной муфтой, упругий элемент выполнен в форме тонкостенного полого цилиндра, на боковой поверхности которого выполнены равномерно расположенные сквозные отверстия, а на торце карданной муфты со стороны регулирующего элемента выполнена кольцевая проточка, осесимметричная с валом, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру цилиндрической поверхности упругого элемента, а длина упругого элемента превышает расстояние между смежными торцами регулирующего элемента и кольцевой проточки карданной муфты, при этом наружный диаметр упругого элемента выполнен меньше внутреннего диаметра кольцевой полости между смежными торцами регулирующего элемента и карданной муфты, а упругий элемент заходит в кольцевую проточку карданной муфты.
На фиг.1 приведена конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа; на фиг.2 - выноска А фиг.1.
Клапан для регулирования расхода горячего газа состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, седла 4 с расходным отверстием 5, перпендикулярно оси 6 которого в седле выполнено сквозное цилиндрическое отверстие 7. В отверстие 7 установлен цилиндрический регулирующий элемент 8 с расходным окном 9, выполненным перпендикулярно оси 10 его цилиндрической поверхности 11. На регулирующем элементе 8 выполнен кольцевой бурт 12, торец 13 которого контактирует с торцом 14 седла 4. Регулирующий элемент 8 установлен с возможностью поворота и кинематически через карданную муфту 15 соединен с валом 16. Между торцом 17 регулирующего элемента 8 и торцом 18 карданной муфты выполнен зазор "δ", компенсирующий тепловые расширения седла 4, регулирующего элемента 8, карданной муфты 15 и вала 16. Карданная муфта 15 выполнена, например, в форме сферы, заходящей с кольцевым зазором в ответные части регулирующего элемента 8 и вала 16. На регулирующем элементе 8 и валу 16 выполнены радиальные прорези 19 и 20, в которые заходят штифты 21, установленные в карданную муфту 15. В полость 22 между регулирующим элементом 8 и карданной муфтой 15 установлен упругий элемент 23 из быстросгораемого материала, а в регулирующем элементе 8 выполнено сквозное отверстие 24, соосное валу 16 и соединяющее полость 25 расходного отверстия 9 с полостью 22 между регулирующим элементом 8 и карданной муфтой 15.
пр
вн
упр
нар
вн
Упругий элемент 23 выполнен в форме тонкостенного полого цилиндра, на боковой поверхности 26 которого выполнены равномерно расположенные сквозные отверстия 27, а на торце 28 карданной муфты 15 со стороны регулирующего элемента 8 выполнена глухая кольцевая проточка 29, осесимметричная с валом 16, внутренний диаметр которой dравен внутреннему диаметру d цилиндрической поверхности 30 упругого элемента 23. Толщина "δ" упругого элемента 23 превышает расстояние l между торцом 31 регулирующего элемента 8 и торцом 32 кольцевой проточки 29 карданной муфты 15. Наружный диаметр d упругого элемента 23 выполнен меньше внутреннего диаметра D полости 22 регулирующего элемента 8.
До включения в работу клапана упругий элемент 23 благодаря тому, что его толщина превышает расстояние между торцом 31 регулирующего элемента 8 и торцом 32 кольцевой проточки 29 карданной муфты 15, поджимает регулирующий элемент 8 к седлу 4, а карданную муфту 15 - к валу 16, что исключает их соударения друг о друга.
При работе горячие газы поступают через входной патрубок 2 внутрь корпуса 1 и истекают через расходное отверстие 5 седла 4, установленного в выходной патрубок 3, создавая тягу. Регулирующий элемент 8 поворачивается при помощи вала 16 и карданной муфты 15, открывая или закрывая расходное отверстие 5 седла 4, что приводит к изменению величины тяги.
нар
вн
В начальной период времени горячие газы через расходное окно 9 регулирующего элемента 8 и сквозное отверстие 24 поступают внутрь упругого элемента 23 и через его сквозные отверстия 27 наружу упругого элемента 23, что обеспечивает его почти мгновенное равномерное сгорание. Наличие кольцевой проточки 29, осесимметричной валу 16 и в которую установлен упругий элемент 23, равномерно расположенных отверстий 27 и соотношение d и D обеспечивают равномерный прогрев и сгорание регулирующего элемента со всех сторон.
Таким образом, предложенная конструкция клапана с упругим элементом вполне определенной конструкции способствует увеличению надежности работы всего клапана за счет быстрого и равномерного сгорания упругого элемента.