БЛОК СОПЕЛ
NOZZLE BLOCK

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к нормально закрытым клапанам, содержащим запорный орган, привод для его перемещения и предназначенный для открытия (закрытия) доступа генераторного газа из входной магистрали в сопло. Оно может быть использовано в машиностроении, например в ракетной технике.
В настоящее время в ракетной технике блоки сопел используются для управления ракетой по углу крена. Блоки сопел управляют потоками высокоэнергетичного горячего генераторного газа в режиме многократного (несколько сотен) включения-выключения запорного устройства с высоким быстродействием и герметичностью.
Известен пироклапан (патент RU №2142085, МПК 6 F16K 17-40), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, между которыми герметично вмонтирована труба, боковую полость с перекрывной пробкой. Недостатком пироклапана является невозможность его многократного 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 неработоспособность отсечного клапана на высокотемпературном генераторном газе.
Известно устройство отсечки и уплотнения в гидравлической магистрали (патент USA №3125108, кл. 137-68 от 17 марта 1964), содержащее цилиндр с боковыми соосными отверстиями, сквозь которые пропущена труба, силовой цилиндр и пироэнергодатчик.
Недостатками устройства является невозможность его многократного использования.
Известен блок сопел (Гребнев М.Ю. и др. Экспериментально-конструкторская отработка системы элементов комплекта блоков сопел крена // Труды НПО Энергомаш, М., 2011, №28. С. 165-179. УДК621.45: 623.462 - прототип), содержащий корпусы с патрубками входа, штуцерами управления и дренажей, с седлами управляющих полостей, седлами выходных полостей, с соплами, ступенчатые затворы с поршнями штоками и отсечными кромками, поршневые кольца.
Недостатком блока сопел является повышенные утечки управляющего гелия и горячего генераторного газа по поршневым кольцам в штуцер дренажа и горячего генераторного газа в сопло при перекрытии окон седла корпуса гильзой затвора через сопрягаемый плунжерный зазор.
Задачей предлагаемого изобретения является: повышение герметичности, как по линии горячего генераторного газа, так и по линии управляющего гелия, снижение массы.
Поставленная задача решается тем, что в блоке сопел, содержащим корпусы с патрубками входа, штуцерами управления и дренажей, с седлами управляющих полостей, седлами выходных полостей, с соплами, ступенчатые затворы с поршнями, штоками и отсечными кромками, взаимодействующими с седлами выходных полостей, уплотнительные кольца, установленные на поршень и шток затвора, между полостями штуцеров дренажей, взаимодействующие с внутренними поверхностями корпусов, отличающийся тем, что в выходных полостях корпусов выполнены проточки, в которые установлены седла с гибкой обечайкой, ступени затворов с отсечными кромками выполнены в виде цилиндрических поверхностей, контактирующих наружными поверхностями с внутренними поверхностями гибких обечаек седел, уплотнительные кольца поршня и штока затвора выполнены с сечением в виде прямоугольника с коническими поверхностями с одной стороны, взаимодействующие большей стороной прямоугольника с внутренними поверхностями корпуса, прорезные пружины с коническими поверхностями с одной стороны, взаимодействующие с коническими поверхностями уплотнительных колец.
Седла с гибкой обечайкой установлены в проточки выходных полостей корпусов с натягом.
На цилиндрических поверхностях по торцам отсечных кромок затворов выполнена заходная коническая поверхность, а наружная цилиндрическая поверхность затвора контактирует с внутренним диаметром гибких обечаек седел с натягом.
Прорезные пружины зафиксированы гайками.
Установка в проточки корпусов блока сопел седел с гибкой обечайкой с натягом, контактирующих с цилиндрическими поверхностями отсечных кромок затворов меньшей ступени по внутренней поверхности гибкой обечайки седел с натягом, позволяет получить высокую степень герметичности по беззазорной посадке отсечных кромок затворов в седла.
Установка уплотнительных колец на поршень и шток большей и средней ступеней затвора, выполненных с сечением в виде прямоугольника с коническими поверхностями с одной стороны, а именно со стороны повышенного давления, взаимодействующих большей стороной прямоугольника с внутренними поверхностями корпуса и поджатых по коническим поверхностям, коническими поверхностями прорезных пружин, позволяет получить высокую степень герметичности за счет плотного поджатия уплотнительных колец к торцам затвора и наружным диаметрам корпуса.
Предлагаемый блок сопел представлен на фиг. 1, где:
1 - корпусы;
2 - затворы;
3 - седла с гибкой обечайкой;
4 - уплотнительные кольца;
5 - прорезные пружины;
6 - крышки;
7 - гайки;
8 - седла управляющих полостей корпусов;
9 - сопла;
10 - поршни затворов;
11 - штоки затворов;
12 - отсечные кромки затворов;
13 - гибкие обечайки седел.
На фиг. 1 показан общий вид блока сопел в разрезе.
Блок сопел состоит из корпусов 1, герметично соединенных между собой общим патрубком входа сваркой, затворы 2, установленные в корпусы, седла с гибкими обечайками 3, установленные в проточки корпусов с натягом, уплотнительные кольца 4, поджатые прорезными пружинами 5.
Блок сопел работает следующим образом. В исходном положении блок сопел находится в закрытом положении и под воздействием усилия от действия давления гелия на площадь поршня в затворе. Генераторный газ герметично заперт во входной полости блока сопел. При сбросе управляющего газа, затвор 2 под действием давления генераторного газа, действующего на шток 11 затвора, перемещается до упора в крышку 6. Генераторный газ из входной полости корпуса попадает в сопло 9 и создает тягу, управляющую ракетой по крену. При подаче управляющего газа гелия, затвор 2 возвращается в исходное положение, при этом цилиндрическая поверхность отсечной кромки затвора 12 с натягом входит во внутреннюю поверхность гибкой обечайки седла 13. Усилие, развиваемое затвором 2, обеспечивает надежную запрессовку цилиндрической поверхности отсечной кромки затвора в гибкую обечайку седла.
Так как использование блока сопел предполагается в условиях высоких входных давлений и температур, например в ракетной технике, для изготовления деталей используется сталь ХН43БМТЮ-ВД, для уплотнительных колец используется пирографит.
Таким образом, применение указанного блока сопел позволяет снизить утечки генераторного газа через уплотнительные кольца и седла с гибкой обечайкой и утечки управляющего гелия через уплотнительные кольца, что способствует снижению массы ЖРД.