Газораспределительный клапан
GAS-DISTRIBUTING VALVE

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование газораспределительных клапанов, работающих на продуктах сгорания ракетных топлив и обеспечивающих управление летательным аппаратом в плоскостях тангажа, рыскания и крена.
Известна конструкция газораспределительного клапана, содержащая корпус с входным и двумя выходными патрубками с расходными отверстиями, а также расположенным с возможностью поворота заслонки, связанные кинематически с валом, при этом ось вала расположена перпендикулярно осям расходных отверстий выходных патрубков, а заслонки выполнены в виде части полого тела вращения в форме сектора с расходными отверстиями, установлены по отношению к валу с радиальным зазором и сопряжены с выходными патрубками по одинаковым поверхностям вращения с общим центром на оси вала (патент №2466320, МПК F16K 11/085, F16K 5/12, F16K 5/04, 2012 г. Бюл. 31). Принята за прототип.
Недостаток этой конструкции состоит в том, что при обоих закрытых расходных отверстиях выходных патрубков увеличивается нагрузочная характеристика (шарнирный момент), которая приводит к увеличению массы привода и всех узлов кинематической цепи привод-заслонка.
Целью изобретения является уменьшение величины шарнирного момента с обеспечением необходимой линейной расходной характеристики.
Указанная цель достигается тем, что в газораспределительном клапане, содержащем корпус с входным и двумя выходными патрубками, заслонки, связанные с общим валом, уплотнительные кольца вала, выходные патрубки и заслонки контактируют по плоским поверхностям, перпендикулярным оси вала, и жестко с валом соединены, расходные отверстия выходных патрубков расположены на плоских поверхностях контакта и выполнены в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центр которых находится на оси вала, при этом на плоском торце заслонки, контактирующем с выходными патрубками, выполнены две выемки, оформленные в форме сектора кольца, боковые поверхности которых образованы радиальными поверхностями, проходящими перпендикулярно плоскому торцу заслонки и через ось вала, при этом углы между боковыми радиальными поверхностями расходного отверстия выходного патрубка и между боковыми радиальными поверхностями выемок заслонок равны, а величина внутреннего радиуса расходного отверстия выходного патрубка больше внутреннего радиуса сектора выемки заслонки, площадь каждой выемки заслонки, расположенная на ее боковой цилиндрической поверхности, превышает площадь расходного отверстия выходного патрубка, а величина наружного диаметра заслонки превышает величину внешнего диаметра расходного отверстия выходного патрубка, величина диаметра вала d в зоне уплотнительных колец определяется по формуле , где F - площадь расходного отверстия одного расходного патрубка, вокруг каждого расходного отверстия выходного патрубка выполнены одинаковые выступающие кромки с односторонним скруглением, расположенным снаружи от расходного отверстия выходного патрубка, а угол α между боковыми радиальными стенками выемок, наиболее удаленными от входного патрубка, определяется по формуле
, где
- угол между боковыми радиальными стенками расходных отверстий, наиболее удаленными от входного патрубка,
- угол между боковыми радиальными стенками одного расходного отверстия выходного патрубка,
n - отношение площади расходного отверстия к его площади, соответствующей минимальному гарантированному расходу продуктов сгорания.
На фиг. 1 изображена конструкция газораспределительного клапана.
На фиг. 2 изображено сечение газораспределительного клапана.
На фиг. 3 изображена выноска расходного отверстия выходного патрубка.
На фиг. 4 изображена форма расходного отверстия выходного патрубка.
На фиг. 5 изображена форма выемки заслонки в месте ее контакта с выходным патрубком.
Газораспределительный клапан (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходными 3 патрубками, заслонки 4, соединенной с валом 5. Заслонки 4 объединены в одну и выполнены в форме цилиндра вращения, ось которого совпадает с осью вала 5. Заслонки 4 и вал 5 жестко соединены между собой. Выходные патрубки 3 и заслонки 4 контактируют по плоским поверхностям, перпендикулярным оси вала 5. Расходные отверстия 6 выходных патрубков 3 расположены на плоских поверхностях контакта заслонок и выходных патрубков и выполнены в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центр которых находится на оси вала. На плоском торце заслонки, контактирующем с выходными патрубками, выполнены две выемки 7, которые также выполнены в форме сектора кольца, боковые поверхности 8 которых образованы радиальными поверхностями, проходящими через центр вала, при этом углы секторов расходных отверстий выходных патрубков  и выемок  равны, а величина внутреннего радиуса сектора расходного отверстия выходного патрубка Rм больше внутреннего радиуса сектора выемки заслонки Rмз (фиг. 4, 5). Площадь каждой выемки заслонки, расположенная на ее боковой цилиндрической поверхности, превышает площадь расходного отверстия выходного патрубка, а величина наружного диаметра заслонки Rбз превышает величину внешнего диаметра сектора Rб расходного отверстия выходного патрубка (фиг. 4, 5). Величина диаметра вала d в зоне уплотнительных колец 9 определяется по формуле , где F - площадь расходного отверстия одного расходного патрубка.
Вокруг каждого расходного отверстия выходного патрубка выполнены одинаковые выступающие кромки 10 с односторонним скруглением, расположенным снаружи от расходного отверстия выходного патрубка (фиг. 3).
Угол сектора α (фиг. 2) между боковыми радиальными поверхностями выемок заслонок, наиболее удаленными от входного патрубка, определяется по формуле
, где
- угол между радиальными поверхностями расходных отверстий выходных патрубков, наиболее удаленными от входного патрубка,
- угол между радиальными поверхностями одного расходного отверстия выходного патрубка,
n - отношение площади одного расходного отверстия выходного патрубка к площади, соответствующей минимальному расходу рабочего тела.
Вал установлен в подшипники 11 и 12.
Газораспределительный клапан работает следующим образом.
Во входной патрубок поступают продукты сгорания, вал поворачивается и обеспечивает расход продуктов сгорания через одно из расходных отверстий выходного патрубка.
Благодаря тому что усилия, поджимающие заслонки к входному патрубку и действующие на вал, направлены в противоположные стороны, снижается усилие поджатия заслонки к выходным патрубкам, а следовательно, снижается величина шарнирного момента. Кроме того, снижение шарнирного момента обеспечивается тем, что вокруг каждого расходного отверстия выходного патрубка выполнены одинаковые выступающие кромки 10 с односторонним скруглением, расположенные снаружи от расходного отверстия выходного патрубка (фиг. 3).
Благодаря тому, что , обеспечивается снижение усилия поджатия заслонки к выходным патрубкам и обеспечивается уменьшение величины шарнирного момента.
Благодаря тому что площадь каждой выемки заслонки, расположенная на ее боковой цилиндрической поверхности, превышает площадь расходного отверстия выходного патрубка, а величина наружного диаметра заслонки превышает величину внешнего диаметра расходного отверстия выходного патрубка, обеспечивается свободный подвод рабочего тела к расходным отверстиям выходных патрубков.
Выполнение расходных отверстий выходных патрубков и выемок заслонки в форме сектора кольца, центр которого расположен на оси вала, и равенства углов секторов расходных отверстий выходных патрубков и выемок обеспечивает линейную расходную характеристику.
Соотношение вполне определенного взаимного углового положения расходных отверстий выходных патрубков и выемок заслонки  позволяет обеспечить заданную расходную характеристику в зависимости от угла поворота вала.
В исходном положении заслонки устанавливаются в положение, когда оба расходных отверстия выходных патрубков открыты на равную величину.
Во время работы, когда одно расходное отверстие должно полностью закрыться, а другое открыться, вал поворачивается таким образом, чтобы обеспечить регулирование боковой поверхностью 8 выемки 6 заслонки 4, которая расположена ближе к входному патрубку. Этим обеспечивается постоянство закрытия другого расходного отверстия.
Таким образом, конструкция газораспределительного клапана обеспечивает снижение величины шарнирного момента при обеспечении необходимой линейной расходной характеристики.