КЛАПАН
VALVE

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к клапанам с пневматическим управлением, и предназначено для пуска и отсечки рабочего тела в широком диапазоне давлений, в том числе и в условиях низких температур. Изобретение может быть использовано в машиностроении, например, в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, например на самолетах, в ракетной технике, в двигательных установках.
Известен электромагнитный клапан (патент RU 2302576 С2, МПК F16K 31/42, F16K 31/02), содержащий корпус, главный клапан, пилотный клапан, направляющую, пружины и электромагнитный привод.
Недостатками указанного клапана является повышенное значение гидравлического сопротивления при больших значениях расхода рабочего тела, недостаточная работоспособность клапана при низких температурах и сложность конструкции агрегата.
Известен клапан запорно-регулирующий отсекающий (патент RU 2386880 C1, МПК F16K 3/24, F16K 39/02, F16K 47/02), содержащий корпус с входным и выходным каналами, запорный затвор, выполненный в виде штока с поршнем, с уплотнительной поверхностью и отверстиями, запорно-регулирующий затвор, выполненный в виде ступенчатой втулки-плунжера с уплотнительной поверхностью, и седло, установленное в корпусе.
Недостатками указанного клапана являются сложность конструкции, повышенное гидросопротивление и неработоспособность агрегата в условиях низких температур.
Известен электромагнитный клапан (заявка JP 1-224580, МПК F16K 31/06), содержащий корпус, катушку электромагнита, сердечник статора, плунжер, большой затвор.
К недостаткам электромагнитного клапана следует отнести сложность изготовления, повышенное гидросопротивление и недостаточную работоспособность агрегата при низких температурах из-за расположения электромагнитного привода вблизи проточной полости агрегата.
Известны шиберные затворы с клиновидными запорными элементами (патент US 4678008, МПК F16K 3/12), содержащие корпус, шиберный затвор в виде клиновидного запорного элемента со сквозным каналом, шток и клапан, расположенный в сквозном канале шиберного затвора.
К недостаткам агрегата следует отнести невозможность эксплуатации при высоких давлениях, а также сложность обеспечения высокой герметичности по месту уплотнения запорного элемента по конической поверхности корпуса в условиях многократных срабатываний при высоких давлениях.
Известен клапан управления периодического действия для паровых турбин (патент US 4679769, МПК F16K 1/32), содержащий корпус с седлом, крышку, закаленную втулку, шток и запорный элемент с центральным отверстием.
К недостаткам клапана следует отнести сложность изготовления агрегата и невозможность обеспечения высокой герметичности по месту уплотнения запорного элемента в корпусе в условиях многократных срабатываний.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропневмоклапан (патент RU 2267685 С2, МПК F16K 31/02 - прототип), содержащий корпус с входной, выходной полостью и седлом, выполненным в входной полости, основной затвор с внутренней проточкой и с торцевым уплотнением, пилотный клапан с торцевым уплотнением, дно корпуса, пружины и привод.
Недостатками электропневмоклапана, принятого в качестве прототипа, является недостаточная работоспособность агрегата в условиях низких температур, а также сложность изготовления.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение многократного срабатывания клапана при высоких рабочих давлениях на входе, в том числе и в условиях низких температур, и упрощение конструкции.
Поставленная задача решается следующим образом.
В известном устройстве, содержащем корпус с входным, выходным патрубками и седло, большой затвор с седлом, внутренней проточкой и торцевым уплотнением, малый затвор с торцевым уплотнением, дно корпуса, пружины и привод согласно изобретению, в корпусе в выходной полости выполнена ступенчатая проточка, со стороны привода в корпусе выполнены проточка и седло, дно корпуса выполнено в виде крышки с центральной втулкой с внутренней глухой проточкой, в проточку большого затвора установлены втулка с упором, малый затвор выполнен с внутренней глухой проточкой, буртом и штоком, в корпус установлен поршень со ступенчатым штоком с проточкой и торцевым уплотнением, контактирующим с седлом корпуса и взаимодействующим наружным диаметром поршня с внутренним диаметром проточки корпуса, большим диаметром штока с внутренним диаметром ступенчатой проточки корпуса и торцом меньшего диаметра штока с торцом внутренней глухой проточки малого затвора, при этом бурт малого затвора контактирует с упором втулки, а шток малого затвора взаимодействует с внутренней поверхностью глухой проточки центральной втулки крышки.
В проточку поршня установлено уплотнение в виде манжеты Г-образного сечения, на торце которого расположен уплотнительный выступ, взаимодействующее с внутренней поверхностью проточки корпуса и торцом поршня.
В проточку, выполненную в выходной полости корпуса, установлено уплотнение в виде манжеты Г-образного сечения, на торце которого расположен уплотнительный выступ, взаимодействующее с большим диаметром штока поршня и торцом проточки корпуса.
Предлагаемый клапан представлен на Фиг.1,
где: 1 - корпус;
2, 7 - крышка;
3 - большой затвор;
4 - втулка;
5 - малый затвор;
6 - поршень с штоком;
8, 9 - уплотнение;
10, 11 - обойма;
12, 13 - прорезная пружина;
14 - винт;
15 - опора;
16 - гайка;
17, 18 - пружина;
А, Б, В - седло;
Г - ступенчатая проточка в выходной полости корпуса;
Д - проточка в корпусе со стороны привода;
Ε - центральная втулка крышки;
Ж - упор;
К - бурт;
Л - шток малого затвора;
M - проточка в поршне.
Клапан содержит корпус 1 с входным, выходным патрубками, седло А, ступенчатую проточку в выходной полости Г, проточку со стороны привода Д и седло Б, в корпус 1 установлена крышка 2 с центральной втулкой Ε и внутренней глухой проточкой, в корпус 1 установлен большой затвор с седлом 3, большой затвор 3 выполнен с седом В и внутренней проточкой, в которую установлена втулка 4 с упором Ж и малый затвор 5 с глухой проточкой, буртом К и штоком Л, в корпус 1 установлен поршень 6 с ступенчатым штоком, проточкой M и торцевым уплотнением, контактирующим с седлом Б, взаимодействующий торцом меньшего диаметра штока с торцом глухой проточки малого затвора 5, при этом бурт малого затвора К контактирует с упором втулки Ж, а шток малого затвора взаимодействует с внутренней поверхностью глухой проточки центральной втулки крышки 2, а в проточки М и Г установлены уплотнения для герметизации полости со стороны привода клапана и выходной полости клапана соответственно.
упр
упр
Клапан работает следующим образом. При подаче управляющего газа к штуцеру "Р" поршень с штоком 6 перемещается вместе с малым затвором 5 до посадки бурта К на упор Ж втулки 4, преодолевая усилие от перепада рабочей смеси и усилие пружины 18, частично открывая проходное сечение клапана. Рабочая смесь попадает из входной полости клапана в выходную, при этом уменьшается перепад давления рабочей смеси на большом затворе 3 и большой затвор 3 начинает перемещаться, преодолевая усилие от уменьшенного перепада давлений рабочей смеси на большом затворе 3 и усилия пружин 17, 18, до упора поршня со штоком поз. 6 в седло Б корпуса 1, открывая клапан полностью. Падению перепада давления на большом затворе 3 может способствовать и наличие агрегатов, повышающих сопротивление магистрали за клапаном, например, установка дросселя, настроенного на нужное сопротивление для обеспечения необходимого расхода рабочей смеси при больших входных давлениях рабочей смеси. При сбросе управляющего газа из штуцера "Р" большой затвор 3, малый затвор 5 и поршень с штоком 6 под действием усилия перепада давления рабочей смеси на затворах 3 и 5 и усилия пружин 17 и 18 перемещаются в исходное положение на седла А и В, при этом клапан закрывается.
Так как использование клапана планируется в энергетических установках, размещенных на летательных аппаратах, например самолетах или в ракетной технике, его детали выполнены из материалов: сталь 07X16H6 для корпуса 1; крышек 2, 7; большого затвора 3; втулки 4; малого затвора 5; поршня со штоком 6; обойм 10, 11; прорезных пружин 12, 13; винта 14; опоры 15; гайки 16; фторопласт - 4 для уплотнений 8, 9; сталь 12Х18Н10Т для пружин 17, 18.
Таким образом, применение указанного клапана позволяет обеспечить многократное срабатывание клапана при высоких рабочих давлениях на входе, в том числе и в условиях низких температур, и упростить конструкцию.