Клапан для горячего газа
HOT GAS VALVE

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений и обеспечивающих управление летательным аппаратом в плоскостях тангажа, рыскания и крена.
Известно соединение игольчатого клапана с приводом, когда привод жестко соединен с выходным валом, например, при помощи штифтов (Патент ФРГ №3205984, кл. F16K 31/44, опубл. 15.09.83).
Недостаток этого соединения заключается в том, что в результате прогрева в процессе работы клапана, детали кинематической цепи заслонка -привод и седла расширяются, что приводит либо к повышению нагрузки на седло и иглу регулирующей пары в случае настройки клапана на минимальные утечки в холодном состоянии, либо к повышенным утечкам газа в процессе работы в случае настройки клапана на минимальные нагрузки в полностью прогретом состоянии.
Задачей изобретения является повышение надежности работы клапана в условиях повышенных температур с исключением утечек газа.
Указанная задача решается тем, что в клапане для горячего газа, состоящем из корпуса с входным и выходным патрубками, в котором расположены соосные заслонка и седло, установленное в выходной патрубок, седло выполнено с цилиндрическим отверстием, заслонка выполнена в форме иглы и соединена с приводом, выходной конец которого соединен с заслонкой при помощи штифта, установленного на заслонке, перпендикулярно ее оси, и втулки, установленной на выходном конце привода, причем во втулке выполнено отверстие, в которое заходит штифт, установленный на заслонке, втулка установлена по посадке на наружную цилиндрическую поверхность заслонки, между смежными торцевыми поверхностями втулки и заслонки выполнен зазор, в который установлен упругий элемент, а отверстие во втулке выполнено больше, как минимум, чем диаметр штифта на величину теплового расширения в осевом направлении деталей: седла, заслонка и привода, при этом отверстие во втулке касается штифта со стороны, расположенной дальше от упругого элемента при полностью закрытом цилиндрическом отверстии седла.
На фиг. 1 приведено положение полностью закрытого клапана.
На фиг. 2 приведено положение полностью открытого клапана.
На фиг. 3, 4, 5 приведены варианты исполнения конструкции упругого элемента.
На фиг. 6 приведена зависимость усилия, развиваемого упругим элементом, от степени сжатия упругого элемента.
Клапан для горячего газа (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В корпусе 1 расположены соосные регулирующие расходное отверстие клапана заслонка 4 и седло 5, установленное в выходной патрубок 3. Седло 5 выполнено с цилиндрическим отверстием, а заслонка 4 выполнена в форме иглы и соединена с приводом 6. Выходной конец 7 привода 6 соединен с заслонкой 4 при помощи штифта 8, установленного по прессовой посадке на заслонке, перпендикулярно ее оси. На выходном конце 7 привода 6 установлена по посадке на наружную цилиндрическую поверхность заслонки втулка 9. Во втулке 9 выполнено отверстие, в которое заходит штифт 8, установленный на заслонке 4 по прессовой посадке. Между смежными торцевыми поверхностями 10 и 11 соответственно втулки 9 и заслонки 4 выполнен зазор, в который установлен упругий элемент 12. Отверстие во втулке 9 выполнено, как минимум, больше диаметра штифта 8 на величину теплового расширения «δ» в осевом направлении деталей кинематической цепи заслонка - привод и седла, при чем отверстие во втулке касается штифта со стороны, расположенной дальше от упругого элемента при полностью закрытом цилиндрическом отверстии седла. Зазор «δ» определяется расчетным путем и зависит от температуры газа и времени работы клапана.
Исполнение упругого элемента может быть различных конструкций. Это зависит от того какое усилие надо преодолеть. Усилие зависит от давления и площади расходного отверстия клапана. На фиг. 1 и 2 показан упругий элемент, выполненный в виде пружины сжатия. Если усилие значительное, то предпочтительно использовать тарельчатые пружины (фиг. 3), если усилие незначительное, то можно использовать упругий элемент, выполненный из резины в форме цилиндра, наружный диаметр которого меньше внутреннего диаметра втулки, установленной на выходном конце привода (фиг. 4) или упругий элемент может быть выполнен с внутренним цилиндрическим отверстием, соосным с его наружным диаметром (фиг. 5).
Усилие упругого элемента подбирается из условий работы клапана. Например, максимальное усилие при полностью открытом клапане равно произведению давления на площадь расходного отверстия (Pf). Усилие, на которое рассчитан упругий элемент, должно быть не менее максимального усилия при полностью открытом клапане.
Когда клапан полностью открыт (фиг. 2) упругий элемент 12 находится в сжатом состоянии и втулка 9 касается штифта 8 своим отверстием со стороны, наиболее удаленной от упругого элемента.
На фиг. 6 показано в каких интервалах работает упругий элемент.
В работе, когда необходимо клапан полностью закрыть и усилие, которое необходимо преодолеть, становится равным нулю, усилие, развиваемое упругим элементом, снижается из-за того, что выбирается тепловой зазор «δ». Из-за наличия зазора при тепловых расширениях деталей в осевом направлении не происходит разрушение деталей, т.к. максимальное усилие, возникающее из-за теплового расширения деталей, не превышает усилия упругого элемента при полностью открытом клапане.
Таким образом, как видно из вышесказанного повышается надежность работы клапана при работе в условиях повышенных температур с исключением утечек газа в закрытом положении.