УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ЖИДКОГО ИЛИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Предлагаемая полезная модель относится к авиационному двигателестроению и предназначена для регулирования расхода жидкого или газообразного топлива в магистралях двигателей летательных аппаратов, в которых имеются разветвленные потоки.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, расположенными с боков расходного отверстия седла и имеющими сквозные соосные цилиндрической поверхности седла, а также цилиндрические отверстия, в которые установлен цилиндрический регулирующий элемент с расходным отверстием, кинематически связанный с валом (патент РФ №2079023, МПК F16K 5/04, F16K 5/12, опуб. 10.05.1997 г).
Недостатком устройства является невозможность использовать его для регулирования разветвленных потоков жидкого или газообразного топлива.
Известна конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с возможностью вращения установлена заслонка с расходным отверстием, которое совмещается с расходным отверстием выходного патрубка. Между заслонкой и выходным патрубком имеется кольцевой зазор (патент США №3276466, НКИ 137-339, 1966 г.)
Недостаток этой конструкции состоит в том, что наличие кольцевого зазора между заслонкой и выходным патрубком приводит к непроизвольному расходу горячего газа и требует, в свою очередь, увеличения топливозапасов, что ухудшает характеристики летательного аппарата. Уменьшить зазор нельзя, т.к. при прогреве конструкции он может исчезнуть, а это приводит к заклиниванию заслонки, что, следовательно, исключает регулирование расхода газа. Это снижает надежность работы данной конструкции в процессе эксплуатации в условиях повышенного давления.
Прототипом к заявляемому устройству является конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, опорный узел, седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, карданную муфту, установленную между регулирующим элементом и валом, причем опорный узел образован двумя выступами, выполненными в седле, имеет соосные с валом сквозные отверстия, при этом на регулирующем элементе выполнен кольцевой бурт (патент РФ №2220347, МПК F16K 5/04, F16K 5/12, опуб. 27.12.2003 г.).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности его использования для регулирования разветвленных потоков жидкого или газообразного топлива.
Кроме этого конструкция данного устройства имеет высокое гидравлическое сопротивление набегающему потоку среды, что приводит к ухудшению характера течения потока рабочей среды.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение эксплуатационных возможностей путем обеспечения регулирования расхода топлива в жидкостных или газообразных магистралях летательных аппаратов при наличии двух и более потоков жидкого или газообразного топлива, а также повышение надежности работы в процессе эксплуатации в условиях повышенного давления.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для регулирования расхода жидкого или газообразного топлива, содержащем корпус, входной и выходной патрубки, цилиндрический регулирующий элемент, выполненный с входным и расходным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью поворота и кинематически связанный с зафиксированным от осевого перемещения валом, корпус выполнен составным и состоит из жестко соединенных и входящих один в другой стаканов, образующих полость, в которой установлен регулирующий элемент, а также кольцевой полости, при этом ось входного отверстия регулирующего элемента совпадает с осью вала, а ось, по крайней мере, одного расходного отверстия перпендикулярна оси вала, причем регулирующий элемент торцевыми поверхностями закреплен в подшипниках скольжения, установленных в полости корпуса, а его наружная поверхность контактирует с внутренней поверхностью корпуса, в котором выполнена кольцевая проточка со стороны расходного отверстия и, по крайней мере, одно дополнительное расходное отверстие, причем регулирующий элемент дополнительно уплотнен и загерметизирован со стороны вала.
Кроме того:
- в устройстве расходные отверстия регулирующего элемента и корпуса могут быть выполнены, например, прямоугольной формы;
- боковые поверхности, по крайней мере, одного расходного отверстия в корпусе, и, по крайней мере, одного расходного отверстия регулирующего элемента могут быть выполнены со скосами;
- на наружной поверхности регулирующего элемента могут быть выполнены винтовые канавки кроме участка, на котором расположены расходные отверстия;
- часть внутренней поверхности регулирующего элемента со стороны входного отверстия может быть выполнена меньшего диаметра, а по всей поверхности регулирующего элемента выполнены ребра жесткости;
- внутренняя торцевая поверхность регулирующего элемента со стороны входного отверстия может быть выполнена в виде конической поверхности с углом при вершине не более 160°.
Новыми признаками в заявляемом устройстве являются:
- корпус выполнен составным и состоит из жестко соединенных и входящих один в другой стаканов, образующих полость, в которой установлен регулирующий элемент, а также кольцевой полости, где ось входного отверстия регулирующего элемента совпадает с осью вала, а ось, по крайней мере, одного расходного отверстия перпендикулярна оси вала. Это позволяет обеспечить герметичность устройства, а также выполнить два и более расходных отверстия в корпусе, необходимых для разветвления потоков жидких или газообразных сред;
- регулирующий элемент торцевыми поверхностями закреплен в подшипниках скольжения, установленных в полости корпуса, а его наружная поверхность контактирует с внутренней поверхностью корпуса, такое конструктивное исполнение позволяет снизить усилия трения при повороте вала;
- в корпусе выполнена кольцевая проточка со стороны расходного отверстия и, по крайней мере, одно дополнительное расходное отверстие. Это позволяет выравнивать давление и улучшить характер течения регулируемого потока рабочей среды, а также размещать необходимое количество расходных отверстий по наружной поверхности корпуса;
- регулирующий элемент дополнительно уплотнен и загерметизирован со стороны вала. Это повышает герметичность при работе устройства при высоких давлениях.
Кроме того:
- в устройстве расходные отверстия регулирующего элемента и корпуса могут быть выполнены, например, прямоугольной формы, в этом случае расход рабочей среды изменяется по линейному закону. За счет этого повышается коэффициент расхода и улучшается характер течения рабочей среды;
- боковые поверхности, по крайней мере, одного расходного отверстия в корпусе и, по крайней мере, одного расходного отверстия регулирующего элемента, могут быть выполнены со скосами, что дополнительно к вышесказанному, позволяет уменьшить трение о составляющие элементы предлагаемого устройства;
- на наружной поверхности регулирующего элемента, могут быть выполнены винтовые канавки, кроме участка, где расположены расходные отверстия. Эти канавки при сборке устройства заполняются порошком из графита, что дополнительно снижает усилия трения при повороте регулирующего элемента;
- часть внутренней поверхности регулирующего элемента со стороны входного отверстия может быть выполнена меньшего диаметра, а по всей поверхности регулирующего элемента вдоль оси выполнены ребра жесткости, это позволяет повысить жесткость и прочность конструкции;
- внутренняя торцевая поверхность регулирующего элемента со стороны входного отверстия может быть выполнена в виде конической поверхности с углом при вершине не более 160°, это позволяет обеспечить более стабильный расход рабочей среды.
Из изученной патентной и научно-технической информации авторам не известно техническое решение с предлагаемой совокупностью признаков. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию полезной модели «новизна».
Техническая сущность заявляемой полезной модели иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 представлен чертеж общего вида устройства в продольном разрезе, на фиг.2 - пример взаимного положения боковых поверхностей расходного отверстия корпуса и расходного отверстия регулирующего элемента, на фиг.3 - регулирующий элемент с винтовыми канавками и ребрами жесткости, на фиг.4 показана внутренняя торцевая коническая поверхность регулирующего элемента.
Устройство содержит составной корпус 1 (фиг.1), который состоит из жестко соединенных входящих один в другой стаканов 2, 3, образующих полость, в которой установлен регулирующий элемент 4, кольцевую полость 11, входное 7 и, по крайней мере, одно расходное 8 отверстия, выполненные в регулирующем элементе, подшипники скольжения 9, 10, в которых торцевыми поверхностями закреплен регулирующий элемент 4, входной 12 и выходной 13 патрубки, установленные на входном 5 и расходном 6 отверстиях корпуса, кольцевую проточку 14, выполненную со стороны расходного отверстия корпуса, по крайней мере одно дополнительное расходное отверстие 15, выполненное в корпусе, вал 16 жестко соединенный с регулирующим элементом 4.
На фиг.2 показано взаимное положение боковых поверхностей в поперечном сечении расходного отверстия 6 корпуса 1 и расходного отверстия 8 регулирующего элемента 4, боковые поверхности которых выполнены со скосами.
На фиг.3 показан регулирующий элемент 4, часть внутренней поверхности (вид А) которого со стороны входного отверстия 7 выполнена меньшего диаметра, чем остальная часть. На наружной поверхности регулирующего элемента выполнены канавки 17, а по всей внутренней поверхности регулирующего элемента вдоль оси выполнены ребра жесткости 18.
На фиг.4 показана внутренняя торцевая поверхность регулирующего элемента 4 (вид Б), которая выполнена в виде конической поверхности с углом при вершине не более 160.
Устройство работает следующим образом.
Жидкое или газообразное топливо поступает через входное отверстие 5 входного патрубка 12 регулирующего элемента 4, натекает на его поверхность, равномерно распределяется по сечению и далее, через расходное отверстие 6 и дополнительное отверстие 15 поступает в кольцевую полость 11, затем в расходное отверстие 8 выходного патрубка 13, и далее истекает наружу, например, в камеру сгорания для создания тяги двигателя летательного аппарата.
Изменение расхода топлива осуществляется посредством изменения проходного сечения расходного отверстия 6 регулирующего элемента 4 и расходного отверстия 8 корпуса 1 при повороте вала 16.
Вал 16 вращается под действием крутящего момента, передаваемого от сервопривода (на чертеже не показан).
Разветвление потока жидкого или газообразного топлива происходит при наличии двух и более расходных отверстий и осуществляется следующим образом:
Поток рабочей среды, находясь во внутренней полости регулирующего элемента 4 под давлением, попадает на внутреннюю торцевую коническую поверхность регулирующего элемента и разделяется на два и более потока, в зависимости от того, сколько имеется расходных отверстий и, далее устремляется по магистралям устройства в камеру сгорания летательного аппарата.
Изменение положения регулирующего элемента при повороте вала приводит к изменению площади сечения расходного прямоугольного отверстия корпуса и, соответственно, к регулируемому изменению потока рабочей среды.
В лабораторных условиях был изготовлен опытный образец заявляемого устройства.
Все детали устройства для регулирования расхода жидкого или газообразного топлива, кроме подшипников скольжения, выполнены из нержавеющей, жаропрочной стали. Подшипники скольжения выполнены из графита марки АРВ-1, ТУ 48-20-10-83. Скосы расходного отверстия в корпусе выполнены под углом 65°, а скосы расходного отверстия регулирующего элемента выполнены под углом 30°.