Регулятор расхода газа
GAS FLOW REGULATOR

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование регуляторов расхода газа, работающих в условиях высоких температур и давлений и обеспечивающих управление летательным аппаратом в плоскостях тангажа, рыскания и крена.
Известна конструкция регулятора расхода газа, содержащего корпус с входным и выходным патрубками, седло с равномерно расположенными расходными отверстиями, установленное в выходной патрубок, кинематически связанные заслонку и вал, на заслонке выполнены расходные отверстия в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центры которых находятся на оси вала, при этом расходные отверстия заслонки выполнены одинаковыми с расходными отверстиями седла, торец седла, обращенный к заслонке, выполнен плоским также как и торец заслонки седла, заслонка седло контактирую между собой по плоским поверхностям и заслонка и седло загерметизированы при помощи уплотнительных колец (Патент РФ №2285184 С1, кл. F16K 39/04, опубл. 10.10.2006 г.).
Недостаток такой конструкции состоит в том, что в паре заслонка-седло контакт происходит по плоским поверхностям, а установка заслонки с уплотнительными кольцами приводит к резкому увеличению шарнирного момента, что требует увеличения мощности привода, что, в свою очередь, приводит к увеличению массы всех узлов кинематической цепи привод-заслонка. Если для регуляторов расхода, применяемых на земле, это не играет решающей роли, то для регуляторов расхода газа, используемых в летательных аппаратах для управления по каналам тангажа, рыскания и крена, это не приемлемо.
Задачей изобретения является повышение надежности работы за счет уменьшения величины шарнирного момента в паре заслонка-седло.
ш
Указанная задача достигается тем, что в регуляторе расхода газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, седло с равномерно расположенными расходными отверстиями, установленное в выходной патрубок, кинематически связанные заслонку и вал, расходные отверстия выполнены на заслонке в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центры которых находятся на оси вала, при этом расходные отверстия заслонки выполнены одинаковыми с расходными отверстиями седла, торец седла, обращенный к заслонке, выполнен плоским также как смежный с ним торец заслонки, вал установлен в подшипники, между плоскими поверхностями седла и заслонки, обращенными друг к другу, выполнен равномерный зазор h, а на расстоянии большем, чем величина большего радиуса расходного отверстия заслонки, выполнены в поперечном сечении одинаковые кольцевые канавки в виде торовой поверхности, в канавки установлены шарики, величина диаметра которых равна 2⋅(0,92…1) радиуса поперечного сечения канавок, при этом канавки выполнены одинаковой глубины, равной величине Н=(d-h)/2, где
Н - глубина канавки,
ш
d - диаметр шарика,
h - величина зазора между плоскими торцами седла и заслонки,
ш
при чем заслонка выполнена с глухим отверстием, в которое заходит вал, заслонка по отношению к валу установлена с осевым зазором и кинематически соединена с валом с возможностью самоустановки, максимальная величина зазора между торцами глухого отверстия заслонки и вала равна (0,95…0,97)d.
На фиг. 1 изображен общий вид регулятор расхода газа.
На фиг. 2 изображен выносной элемент А регулятора расхода газа.
На фиг. 3 изображено поперечное сечение Б-Б регулятора расхода газа.
k
k
ш
Регулятор расхода газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1, который содержит входной 2 и выходной 3 патрубки, седла 4, установленного в выходной патрубок и имеющего расходное отверстие 5, заслонку 6, кинематически связанную с валом 7. Торец 8 седла 4, обращенный к заслонке 6, выполнен плоским, а плоский торец 9 заслонки расположен с равномерным зазором по отношению к плоскому торцу 8 седла 4. Заслонка выполнена с глухим отверстием 10, в которое заходит вал, установлена по отношению к валу с осевым зазором и кинематически соединена с валом с возможностью самоустановки, например, при помощи эвольвентного соединения. Между торцом 11 вала и торцом 12 глухого отверстия заслонки установлена упругая прокладка 13, преимущественно, резины, в седле выполнен ряд регулируемых одинаковых расходных отверстий 14, расположенных равномерно и выполненных в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центры которых находятся на оси вала, при этом, на заслонке выполнены расходные отверстия 15, одинаковые с регулируемыми расходными отверстиями седла, на плоских поверхностях седла и заслонки, обращенных друг к другу, выполнены одинаковые радиальные кольцевые канавки 16 (фиг. 1, 2) в виде торовой поверхности (поверхности усеченного полутора) радиусом r, а в канавки установлены шарики 17, величина диаметра которых 2⋅(0,92…1)r (радиуса поперечного сечения канавок). Центр шариков находится на расстоянии, равном половине величины зазора h между плоскими поверхностями седла и заслонки. Максимальная величина зазора δ между торцом глухого отверстия заслонки и валом равна 0,95…0,97 величины диаметра шарика. Канавки 16 под шарики выполнены одинаковой глубины, равной величине Н=(d-h)/2, где
Н - глубина канавки,
ш
d - диаметр шарика,
h - величина зазора между плоскими торцами седла и заслонки.
ш
ш
Количество шариков N=πD/d-1 (фиг. 3), округленных до целого числа в сторону уменьшения, где D - диаметр по центру канавки, в которой установлены шарики, d - диаметр шарика.
Вал 7 установлен в подшипники 18, которые зафиксированы стопорным кольцом 19. Выходной конец вала загерметизирован уплотнительными кольцами 20. Подшипники 18 установлены в крышку 21.
Как вариант, шарики 17 могут быть установлены на антифрикционной смазке.
Заслонка, седло и шарики, как вариант, могут быть выполнены из антифрикционного материала типа графита или пироуглерода для уменьшения величины шарнирного момента.
При поступлении в регулятор газа от системы управления подается сигнал на поворот вала и, поскольку он кинематически соединен с заслонкой, заслонка также поворачивается, открывая регулируемые расходные отверстия седла, и газ истекает из выходного патрубка, обеспечивая необходимый расход или тягу.
Благодаря тому, что заслонка опирается на шарики и контактирует с седлом по шарикам (точечный контакт), происходит значительное уменьшение величины шарнирного момента по сравнению с прототипом.
Благодаря тому, что регулируемые расходные отверстия седла выполнены в форме сектора кольца, ограниченного двумя цилиндрическими поверхностями, центр которых находится на оси вала, заслонка, в которой выполнены расходные отверстия 15, одинаковые с регулируемыми расходными отверстиями 14 седла 4, перекрывает расходные отверстия седла, площади регулируемых расходных отверстий седла изменяются линейно в зависимости от угла поворота вала. Линейное изменение площади упрощает систему управления.
Благодаря тому, что между торцом вала и торцом глухого отверстия заслонки установлена упругая прокладка из быстро сгораемого материала, толщина которой превышает величину расчетного теплового зазора между торцами вала и глухого отверстия заслонки, а максимальная величина зазора между торцами глухого отверстия заслонки и валом равна 0,95…0,97 величины диаметра шарика, а канавки 16 под шарики выполнены одинаковой глубины, равной величине H=(d-h)/2, обеспечивается не только исключение соударения седла и заслонки при хранении и до включения регулятора в работу, но и исключается выпадение шариков 17.
Количество шариков N=πD/d-1, округленных до целого числа в сторону уменьшения, обеспечивает отсутствие заклинивания шариков при нагреве конструкции.
Благодаря тому, что глубина канавок под шарики на седле и заслонке выполнена одинаковой упрощается технология их изготовления и уменьшаются утечки, т.к. шарики перекрывают максимально зазор h.
Благодаря тому, что шарики установлены на антифрикционной смазке, а вал установлен в подшипники, а также выполнение заслонки, седла и шариков из антифрикционного материала дополнительно снижает величину шарнирного момента.
Таким образом обеспечивается повышение надежности работы регулятора расхода горячего газа за счет обеспечения минимального шарнирного момента в паре заслонка-седло, исключения соударения заслонки и седла до включения в работу, исключения выпадения шариков.