ВЕНТИЛЬ ЗАПРАВОЧНЫЙ ДЛЯ ХИМИЧЕСКИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД
FILLING VALVE FOR CHEMICALLY AGGRESSIVE MEDIA

Изобретение относится к ручным вентилям, в частности, предназначенным для заполнения и слива жидкостной системы терморегулирования космических аппаратов с химически агрессивным теплоносителем с сохранением внешней герметичности в широком диапазоне температур и давлений теплоносителя.
Известна горловина заправочная (патент RU №2183787), которая содержит корпус со штуцером и седлом, затвор, уплотнительные элементы. На наружную поверхность корпуса установлен колпачок с выполненными на его внутренней поверхности коническими выступами, совпадающими с кольцевыми концентричными проточками с острыми кромками, выполненными на наружной поверхности корпуса. На наружной поверхности колпачка в месте выполнения выступов установлена втулка, изготовленная из материала с "памятью формы", контактирующая с упором, выполненным на корпусе. Между седлом корпуса и штуцером выполнено дополнительное седло меньшего диаметра, а между дополнительным седлом и седлом выполнен дополнительный штуцер. Горловина фиксируется в закрытом состоянии с помощью заглушки, присоединенной с применением штуцерного стыка с уплотнением по одному контуру. Техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Признаками общими с прототипом являются: корпус 1 горловины (в прототипе) - штуцер 36 (в заявляемом изобретении); заглушка 8 с шестигранным выступом - внешняя заглушка 28 с шестигранным выступом; винт 5 с шестигранной выемкой - внутренняя заглушка 28 с шестигранной выемкой; накидная гайка 11 - накидная гайка 29.
Недостатком данного решения с учетом большого диапазона эксплуатационных температур и давлений теплоносителя является недостаточные герметичность, надежность и безопасность.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции, обеспечивающей требуемый уровень внешней герметичности вентиля при его функционировании, при соблюдении герметичности посадки клапана на седло.
Техническая проблема решается за счет того, что вентиль заправочный для химически агрессивных сред содержит корпус с запирающим устройством и заправочным штуцером, включающим две заглушки, одна из которых (внешняя) выполнена с шестигранным выступом, а другая (внутренняя) - с шестигранной полостью; на внутренней поверхности штуцера выполнены цилиндрические выемки разных диаметров с образованием ступенчатой поверхности, используемые для контакта с выступающими частями заглушек; уплотнительным элементом на поверхности контакта внутренней заглушки со штуцером является фторопластовая прокладка, на поверхности контакта внешней заглушки со штуцером - металлическая прокладка; заглушки установлены с возможностью их удаления при подключении наземного оборудования; запирающее устройство содержит самоустанавливающийся клапан, обеспечивающий его герметичную посадку на седло и сильфон.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображен разрезной шток;
на фиг. 2 изображен сильфонный узел;
на фиг. 3 изображен вентиль заправочный для химически агрессивных сред в сборе;
на фиг. 4 изображена ручка 9 в составе собранного вентиля заправочного для химически агрессивных сред в открытом состоянии;
на фиг. 5 изображена внешняя заглушка вентиля.
Вентиль заправочный для химически агрессивных сред состоит из корпуса с запирающим устройством и заправочной горловины. В части запирающего устройства возможно применение любых вариантов, обеспечивающих герметичную посадку клапана на седло, с применением сильфона и самоустанавливающегося клапана.
В части заправочной горловины для подключения вентиля заправочного к наземному оборудованию при заправке теплоносителем или при вакуумировании используется резьбовой штуцер 36 (фиг. 3), выполненный в корпусе 2. На внутренней поверхности штуцера 36 выполнены цилиндрические выемки разных диаметров, соответствующих форме устанавливаемых внутри штуцера заглушек. При этом образуется ступенчатая поверхность, используемая для контакта с выступающими частями заглушек. После отстыковки от наземного оборудования (клапан 1 при этом закрыт) во внутреннюю резьбу штуцера вворачивают внутреннюю заглушку 30, предварительно установив на поверхность контакта со штуцером 36 фторопластовую прокладку 32. При установке внешней заглушки 28 (фиг. 5) её шестигранный выступ 33 помещают в соответствующую шестигранную торцевую полость внутренней заглушки 30, предварительно установив на поверхность контакта со штуцером 36 металлическую прокладку 31, и затягивают гайку накидную 29. Металлическая прокладка выполнена из алюминия. Герметизация по двум независимым контурам в заданном диапазоне температур и давлений обеспечивается последовательным обжатием прокладок 32 и 31 с помощью моментного ключа. Система заглушек герметизирует заправочный вентиль в рабочем состоянии в условиях эксплуатации на борту космического аппарата.
В качестве запирающего устройства с обеспечением герметичной посадки клапана на седло возможно применение следующего варианта выполнения.
Сильфонный узел вентиля содержит трехслойный сильфон 4, разрезной шток; кольцо 3, расположенное со стороны клапана 1; расположенные со стороны торца штока фланцевую втулку 5 и замыкающую втулку 6, расположенную внутри сильфона 4; направляющую втулку 19 с профилирующим отверстием под стержень 8 и соединенную винтами 7 с фланцевой втулкой 5.
К разрезному штоку прикреплена со стороны стержня 8 с помощью винта 10 ручка 9. Винт 10 застопорен относительно стержня 8 с помощью клея, нанесенного на резьбу, и проходит сквозь отверстие в перегородке ручки 9 с осевым 26 и радиальным 27 зазорами между винтом 10 и сопрягаемыми поверхностями ручки 9 для обеспечения необходимой подвижности клапана 1 штока относительно стержня 8 в момент закрытия вентиля. Разрезной шток расположен коаксиально внутри трехслойного сильфона 4, приваренного по шву 23 между поверхностями клапана 1 и внешнего кольца 3. Другой конец сильфона 4 приварен швом 24 между поверхностями фланцевой втулки 5 и замыкающей втулки 6. Сварными швами 23 и 24 обеспечивается герметичность сильфонного узла.
Разрезной шток состоит из клапана 1, стержня 8, двух штифтов 15. Выступ стержня 8 содержит кольцевую проточку 16. Между поверхностью выступа стержня 8 и сопряженной с ней внутренней стенкой полости в клапане 1 обеспечен радиальный зазор 17; между торцевой поверхностью клапана 1 и сопрягаемой с ней поверхностью стержня обеспечен осевой зазор 18; между сферической частью выступа стержня 8 и конической поверхностью полости клапана 1 образуется поверхность контакта 25. Штифты 15 установлены в сквозных отверстиях клапана 1 симметрично относительно продольной оси клапана и проходят с зазором через кольцевую проточку 16 вблизи конца выступа стержня 8. Относительно отверстий в клапане 1 штифты 15 фиксируются с помощью кернения. Цель применения разрезного штока – компенсировать допустимые погрешности (несоосность) изготовления частей вентиля для обеспечения герметичности посадки по клапану.
Во внутренней полости фланцевой втулки 5 находится направляющая втулка 19, соединенная с ней с помощью винтов 7, предотвращающая передачу на сильфон 4 вращающего момента с ручки 9, последовательно расположенной за втулкой 19 на стержне штока 8. Во внутренней полости фланцевой втулки 5 находится коаксиально с ней расположенная резьбовая втулка 11. При этом, наружный диаметр втулки 11 равен внутреннему диаметру втулки 5; один торец втулки 11 упирается в поверхность основания втулки 19, другой торец с центральным отверстием под диаметр ручки 9 охватывает ее, ограничивая диапазон перемещения. На резьбу с мелким шагом, выполненную на внешней поверхности ручки 9, навинчена контргайка 12, упирающаяся в торец резьбовой втулки 11. С наружной стороны втулки 11 выполнен кольцевой выступ, совпадающий с кольцевым пазом на торце втулки 5, и скрепленные в месте контакта сварным швом 22, который предотвращает проворот втулки резьбовой 11 и воспринимает осевую нагрузку при запирании вентиля. Втулка 5 вкручена в корпус 2 до упора фланцевыми поверхностями, выполненными на торце корпуса 2 и на боковой стороне втулки 5. Место контакта соединено сварным швом 21, обеспечивающим герметичность соединения корпуса 2 с сильфонным узлом.
Описание работы вентиля
Ручка 9 движется относительно втулки резьбовой 11 по трапецеидальной резьбе. При запирании клапана 1 ручка 9 толкает стержень штока 8, и через поверхность контакта 25 поступательное движение по направлению к седлу 20 передается на клапан 1. При открытии клапана 1 ручка 9 воздействует на стержень 8 штока сильфонного узла посредством головки винта 10, а тыльная боковая сторона проточки 16 в выступе стержня 8 тянет клапан 1, воздействуя на закрепленные в нем штифты 15.
При самоустанавливании клапана 1 на седло 20 он может свободно поворачиваться относительно стержня 8 штока в определенных его конструкцией пределах в условиях контакта конического дна полости клапана 1 со сферической законцовкой выступа стержня 8, скользя по поверхности 25. Возможность свободного поворота клапана 1 относительно штока при скольжении по поверхности 25 обеспечена за счет выполнения радиального 17 и торцевого 18 зазоров в зоне сопряжения поверхностей полости в клапане 1 и выступа стержня 8. Совместное перемещение стержня 8 с клапаном 1 при открытии вентиля обеспечивается за счет упора двух симметрично расположенных штифтов 15 в боковую стенку кольцевой проточки 16 в выступе стержня 8.
Самопроизвольное смещение ручки 9 при вибрации от крайних положений «Открыто» и «Закрыто» предотвращается применением контргайки 12, навинченной на резьбу с мелким шагом, выполненную на внешней поверхности ручки 9. Для информирования пользователя о закрытом или открытом состоянии вентиля непосредственно в этой резьбе на наружной поверхности ручки 9 выполнены две кольцевых проточки 13 и 14 шириной, больше шага резьбы, но минимум в 2 раза меньше толщины контргайки 12. В закрытом состоянии видна одна проточка 14, в открытом состоянии обе проточки и 13 и 14. Расстояние между проточками равно ходу клапана 1. Для поворота ручки 9 с помощью инструмента в ней имеется шестигранная полость стандартной конфигурации.
При заправке теплоносителем внутренняя заглушка 30 и внешняя заглушка 28 отсутствуют, к штуцеру 36 корпуса подсоединен адаптер наземного оборудования, обеспечивающий поступление теплоносителя через вентиль, уплотняющие поверхности адаптера по форме идентичны уплотняющим поверхностям внешней заглушки. Уплотнение стыка обеспечивается прокладкой 31, которая раздавливается при затягивании гайки накидной 29 по резьбе штуцера 36. После открытия клапана 1 могут выполняться любые операции с применением наземного оборудования, герметичность стыка и безопасность при использовании химически агрессивных жидкостей будут обеспечены. Одной прокладки 31 при работе с наземным оборудованием достаточно для обеспечения герметичности, так как диапазон температур существенно уже и максимальное рабочее давление теплоносителя значительно ниже, чем в условиях штатной эксплуатации.
Данное решение для подсоединения вентиля к наземному оборудованию может быть использовано совместно с различными вариантами, реализующими герметичную посадку клапана 1 на седло 20.
Все элементы конструкции вентиля, находящиеся в контакте с химически агрессивным теплоносителем, изготавливаются из коррозионностойкой стали аустенитного или аустенитно-ферритного классов.
Изобретение может быть использовано в активном контуре системы терморегулирования космических аппаратов с химически агрессивным теплоносителем для изоляции и соединения участков контура при заправке, вакуумировании и испытаниях.
Предлагаемые решения обеспечивают выполнение требований безопасности вентиля при использовании его для регулирования потока химически агрессивного жидкого теплоносителя, а также для обеспечения долговечности вентиля при эксплуатации в составе системы терморегулирования космических аппаратов.
Технический результат при работе с химически агрессивными средами достигается обеспечением общей герметичности за счет применения двух контуров герметизации штуцера для подключения/отключения наземного оборудования, использования сильфона для уплотнения подвижных соединений, применения сварки для неподвижных соединений, и применения самоустанавливающегося клапана для уплотнения по седлу.