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 горячего газа, содержащая корпус с входным и двумя выходными патрубками, в выходные патрубки установлены седла, с которыми по цилиндрическим поверхностям контактируют регулирующие элементы, которые соединены с валами, при этом в седлах и регулирующих элементах выполнены расходные отверстия прямоугольной формы (патент РФ №2355931, МПК F16К 5/12, F16К 5/04, 2009 г., бюл. №14).
Недостаток этой конструкции состоит в том, что требуется наличие двух валов и двух приводов для обеспечения управления.
Известна конструкция газораспределительного клапана, состоящая из корпуса с входным и двумя расходными патрубками, а также расположенных в корпусе с возможностью поворота заслонок, связанных кинематически с общим валом и установленных по отношению к выходным патрубкам и валу с осевым люфтом, на валу перпендикулярно его оси выполнены кольцевые приливы, не перекрывающие расположенные в одной плоскости расходные отверстия прямоугольной формы, одна пара сторон которого перпендикулярна оси вала, входного и выходных патрубков, при этом для заданной расходной характеристики угловое расположение расходных отверстий заслонок и выходных патрубков определяется определенным соотношением (патент РФ №2377460, МПК 16К 11/085, 16К 5/12, 16К 5/04, 2009 г., бюл.36).
Недостаток этой конструкции состоит в том, что в соединении вала с заслонкой реализована толкающая схема, которая приводит к увеличению нагрузочной характеристики (шарнирному моменту), а контакт седла и заслонки происходит по цилиндрическим поверхностям, что в некоторых случаях может также приводить к увеличению шарнирного момента. Увеличение шарнирного момента в свою очередь приводит к увеличению массы привода и узлов кинематической цепи привод-заслонка.
Целью изобретения является уменьшение величины шарнирного момента вала.
Указанная цель достигается тем, что в газораспределительном клапане, содержащем корпус с входным и двумя выходными патрубками с расходными отверстиями, а также расположенные в корпусе 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 и установлены по отношению к валу с радиальным зазором и сопряжены с выходными патрубками по взаимообращенным одинаковым поверхностям вращения с общим центром на оси вала, а на валу выполнены перпендикулярно его оси кольцевые приливы, не перекрывающие расположенные в одной плоскости расходные, отверстия входного и выходных патрубков, на боковых поверхностях заслонок выполнены на всю длину в плоскости их вращения ограничители заслонок в виде части полого цилиндра в форме сектора, при этом в ограничителях заслонок выполнены сквозные прорези, а на кольцевых приливах вала выполнены выступы, которые заходят в сквозные прорези цилиндрических ограничителей заслонок и контактируют с боковыми стенками прорезей по цилиндрическим поверхностям.
На фиг.1 изображен общий вид газораспределительного клапана.
На фиг.2 изображено сечение газораспределительного клапана.
На фиг.3 изображен вид вала с выступами.
На фиг.4 изображено расходное отверстие заслонки и выходного патрубка прямоугольной формы.
На фиг.5 изображена заслонка сферической формы.
На фиг.6 изображена заслонка цилиндрической формы.
На фиг.7 изображены угловые расположения взаимосвязанных между собой деталей и узлов газораспределительного клапана.
На фиг.8 изображена расходная характеристика газораспределительного клапана с двумя заслонками и выходными патрубками.
Газораспределительный клапан (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с входным 2 и выходными патрубками 3 с расходными отверстиями 4, 5 и 6, соответственно, размещенные в корпусе с возможностью поворота две заслонки 7, кинематически связанные с валом 8. Ось 9 вала расположена перпендикулярно осям 10 и 11 выходных патрубков, которые расположены в одной плоскости. На валу выполнены перпендикулярно его оси кольцевые приливы 12, не перекрывающие размещенные в одной плоскости расходные отверстия входного и выходных патрубков. Внутри корпуса на выходных патрубках вокруг его расходного отверстия выполнены выступы 13, с которыми по взаимообращенным соосным поверхностям вращения контактируют заслонки, выполненные в виде части полого цилиндра или полой сферы в форме сектора. В заслонках выполнены расходные отверстия 14, длина которых в радиальной плоскости, перпендикулярной оси 9 вала 8, равна длине расходного отверстия выходного патрубка в этой же плоскости. Заслонка установлена по отношению к входному патрубку и валу с возможностью радиального перемещения. Для обеспечения радиального перемещения кольцевые приливы 12 вала снабжены выступами 15 (фиг.1, 3), которые заходят в сквозные прорези 16 (фиг.1) ограничителей 17 (фиг.1, 5, 6). Ограничители 17 выполнены на обеих боковых поверхностях заслонок на всю длину заслонок в плоскости их вращения в виде части полого цилиндра в форме сектора. Сквозные прорези ограничителей заслонок могут быть расположены симметрично относительно крайних торцов заслонки в ее радиальном сечении (фиг.1). Выступы 15 контактируют с боковыми стенками 18 прорезей 16 по цилиндрическим поверхностям. Расходные отверстия выходных патрубков и заслонок могут быть выполнены в форме прямоугольника, у которого одна пара сторон 19 (фиг.4) перпендикулярна оси 9 вала 8. Заслонки могут быть выполнены по поверхностям контакта с выходными патрубками по сферическим 9 (фиг.5) или цилиндрическим (фиг.6) поверхностям вращения с общим центром на оси вала.
Чтобы обеспечить необходимую расходную характеристику и обеспечить ее линейность в радиальной плоскости, перпендикулярной оси вала, при прямоугольном расходном отверстии заслонок и расходных патрубков длина отверстий заслонок и выходных патрубков должна быть одинакова, а взаимосвязь их расходных отверстий определяется эмпирически полученными соотношениями:
β=0.5α, ρ>2α, ω>α,
где α - угол между торцами расходного отверстия заслонки или торцами расходного отверстия выходного патрубка;
β - угол между торцом расходного отверстия выходного патрубка, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;
ω - угол между торцом расходного отверстия заслонки и кромкой заслонки, ближайшими к входному патрубку;
ρ - угол между торцом расходного отверстия заслонки и кромкой заслонки, наиболее удаленными от входного патрубка.
Для исключения упора заслонок друг в друга и перекрытия отверстия входного патрубка должно обеспечиваться следующее соотношение углов:
η>0, φ>2α, γ>2α.
Расположение углов приведено на фиг.7.
При работе горячие газы поступают через расходное отверстие 4 входного патрубка 2 во внутреннюю полость клапана и далее подходят к расходным отверстиям 5 и 6 выходных патрубков 3. При вращении вала 8 одна из заслонок может открывать или закрывать расходные отверстия 5 и 6 выходных патрубков 3. Через открытые расходные отверстия выходных патрубков горячие газы истекают наружу, создавая тягу.
Выполнение расходных отверстий заслонок и выходных патрубков прямоугольной формы, ориентированной вполне определенным образом, обеспечивает линейное изменение расходной площади через клапан. При определенном угловом расположении расходных отверстий заслонок и выходных патрубков, а также угловых размеров торцов заслонок в радиальной плоскости обеспечивается расходная характеристика клапана, приведенная на фиг.8.
Замена толкающей схемы приложения сил на тянущую по сравнению с прототипом приводит к снижению величины шарнирного момента. Тянущая схема реализуется за счет того, что на валу выполнены выступы 15, заходящие в сквозные прорези 16 ограничителей 17 заслонок 7. Дополнительное снижение величины шарнирного момента может быть обеспечено применением контакта заслонки и выходного патрубка по сферическим поверхностям, а также выполнением сквозных прорезей ограничителей заслонок симметрично относительно крайних торцов заслонки в ее радиальном сечении, т.к. при движении заслонок вправо или влево сохраняется одинаковое соотношение сил. Контакт выступов 15 вала и боковых стенок 18 сквозных прорезей 16 заслонок 7 обеспечивает самоустановку контактирующих между собой цилиндрических или сферических поверхностей заслонок и выходных патрубков.
Таким образом, конструкция газораспределительного клапана обеспечивает: снижение шарнирного момента при обеспечении уменьшения непроизводительного расхода газа через закрытые участки расходных отверстий выходных патрубков; линейность расходной характеристики.