Одноканальный дифференциальный предохранительный клапан
SINGLE CHANNEL DIFFERENTIAL SAFETY VALVE

Заявленное техническое решение относится к области гидравлических агрегатов, в частности, к предохранительным клапанам объемных насосов нерегулируемой производительности для систем топливопитания летательных аппаратов.
Предохранительные клапаны предназначены для автоматического ограничения возможности повышения давления жидкости сверх установленной величины. Ограничение осуществляется перепуском жидкости из полости с высоким давлением в полость с низким давлением, которые соединены с входом и выходом клапана.
Известны однокаскадные клапаны прямого действия, в которых рабочая жидкость под давлением воздействует на запорный орган, заставляя его открываться и образовывать щель для перепуска жидкости. Клапан открывается после того, как усилие от давления рабочей жидкости превысит усилие настройки регулятора давления. В качестве регулятора давления чаще всего используются пружины.
Для уменьшения размеров пружин и действующих на них усилий применяют дифференциальные клапаны с гидравлическим уравновешиванием части усилия, развиваемого давлением жидкости. Это уравновешивание обычно осуществляется при помощи разгрузочного поршня, механически связанного с поршнем затвора клапана. В этом случае, уравновешивающая силу пружины, сила давления определяется произведением величины давления на разность между площадью поршня затвора и площадью разгрузочного поршня. (См. Башта Т.М. «Расчеты и конструкция самолетных гидравлических устройств», М., «ОБОРОНГИЗ», 1961г. стр. 267 - 270).
Одной из основных статических характеристик клапана является его расходная характеристика - зависимость давления перед клапаном от расхода через клапан перепускаемой рабочей жидкости. Для однокаскадных клапанов прямого действия зависимость давления от расхода имеет возрастающий характер. Это объясняется тем, что при открытии щеликлапана увеличивается усилие пружины, в соответствии с ее жесткостью.
Для улучшения (получения более пологой) расходной характеристики и ограничения величины роста давления рабочей жидкости возможно использование таких мероприятий как:
- уменьшение жесткости пружины,
- многоступенчатое дросселированние жидкости в сливной щели,
- применение двухкаскадных клапанов непрямого действия.
Вместе с тем, указанные выше мероприятия приводят к увеличению массы и габаритов, усложнению конструкции и технологии изготовления клапана.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное устройство, является получения более пологой расходной характеристики клапана и ограничение величины роста давления рабочей жидкости в канале подвода жидкости к клапану при максимальном перепуске без существенного усложнения конструкции.
Для достижения указанного технического результата в одноканальном дифференциальном предохранительном клапане, имеющем полость рабочую, полость отвода, полость разгрузочную, пружинную полость, поршень затвора, механически связанный с поршнем разгрузочным, пружину, связанную с поршнем разгрузочным, канал соединительный между полостью рабочей и пружинной полостью, в соединительном канале установлен жиклер входной, соединительный канал связан с полостью отвода гидравлической магистралью, снабженной пазами, причем дросселирующее сечение пазов зависит от положения поршня разгрузочного.
Отличительные признаки, а именно установка в соединительном канале жиклера входного, связь соединительного канала с полостью отвода гидравлической магистралью, снабженной пазами, причем дросселирующее сечение пазов зависит от положения поршня разгрузочного, позволяют получить более пологую расходную характеристику клапана и ограничить величину роста давления рабочей жидкости в канале подвода жидкости к клапану, путем уменьшения величины давления рабочей жидкости в пружинной полости. Это достигается связью пружинной полости клапана соединительным каналом с жиклером входным и связью пружинной полости клапана гидравлической магистралью с полостью отвода через пазы, проходная площадь которых зависит от положения поршня разгрузочного.
Малый вес и габариты, а также пологая расходная характеристика позволяют использовать предложенный клапан в системах топливопитания, а также в гидравлических системах летательных аппаратов.
Предложенный клапан представлен на чертежах и описан ниже. На фиг. 1 предложенный клапан показан в закрытом положении. На фиг. 2 клапан показан в открытом положении.
Клапан содержит: канал подвода жидкости 1, полость рабочую 2, канал соединительный 3, жиклер входной 4, пружинную полость 5, пазы 6, поршень разгрузочный 7, гидравлическую магистраль 8, полость отвода 9, поршень затвора 10, пружину 11, канал сливной 12.
Поршень затвора 10 и поршень разгрузочный 7 разделены полостью разгрузочной 13, гидравлически связанной с полостью отвода 9.
Перемещение поршня 10 и связанного с ним поршня 7 ограничено упорами 14 и 15.
Дополнительно могут быть установлены: жиклер регулировочный 16, жиклер демпфирующий 17, винт регулировочный 18.
Клапан работает следующим образом.
Рабочая жидкость по каналу 1 подводится к полости рабочей 2. По соединительному каналу 3 через жиклер входной 4 рабочая жидкость подводится к пружинной полости 5 клапана.
Перемещение поршня 10 клапана ограничивается механическими упорами 14 и 15. При контакте поршня с каким либо упором в уравнении силового равновесия входит контактная сила.
Когда контакта с упорами нет в равновесном положении (без учета сил трения и гидродинамической силы) на поршень затвора 10 действует сила от давления рабочей жидкости, подведенной к полости рабочей 2. На разгрузочный поршень действует сила от давления рабочей жидкости, подведенной к пружинной полости 5 по каналу 3 и сила от пружины 11.
Когда давление рабочей жидкости повышается и сила, действующая на поршень затвора 10, становится большей чем сумма сил, действующих на поршень разгрузочный 7, поршни клапана приходят в движение, при этом поршень затвора 10 открывает щель для слива жидкости в полость отвода 9. Пружина 11 сжимается и ее сила увеличивается до перехода клапана в новое равновесное положение.
Проходное сечение пазов 6 определяется положением поршня 7. Когда пазы 6 перекрыты поршнем 7, проходное сечение пазов 6 равно нулю, тогда давление в пружинной полости 5 равно давлению в полости рабочей 2. При движении поршня 7 пазы 6 открываются, рабочая жидкость из полости 2 через жиклер входной 4, канал 3, пазы 6 и гидравлическую магистраль 8 поступает в полость отвода 9. При этом жиклер входной 4 и пазы 6 образуют междроссельную камеру, соединенную с пружинной полостью 5. Расход рабочей жидкости, поступающей в полость 9 по гидравлической магистрали 8, определяется эквивалентным проходным сечением жиклера входного 4, пазов 6 и дополнительного жиклера регулировочного 16, при его использовании. При этом давление в соединительном канале 3 и пружинной полости 5 определяется соотношением эквивалентного проходного сечения пазов 6 с дополнительным регулировочным жиклером 16 к проходному сечению жиклера входного 4.
Увеличение силы пружины 11, в соответствии с ее жесткостью, пропорционально перемещению поршней 7 и 10. Вместе с тем увеличение силы пружины 11 компенсируется снижением давления рабочей жидкости в пружинной полости 5. Это позволяет ограничить рост давления рабочей жидкости перед клапаном при максимальном перепуске жидкости.
Подбором зависимости проходного сечения пазов 6 от положения (хода) поршня 7 может быть получена желательная расходная характеристика клапана. Также для получения желательной расходной характеристики клапана может быть использовано изменение проходного сечения жиклера регулировочного 16. Конструктивно жиклер регулировочный 16 может быть выполнен в виде набора сменных жиклеров с различным проходным сечением.
В зависимости от требований к расходной характеристике, возможно выполнение клапана с различным взаимным расположением пазов 6, поршня разгрузочного 7 и поршня затвора 10. Для различных конструктивных вариантов выполнения клапана открытие щели для слива жидкости в полость отвода 9 и открытие пазов 6 может быть как последовательным, так и одновременным.
Из полости 9 рабочая жидкость отводится через канал 12.
Для улучшения динамических характеристик клапана, например, для устранения колебаний, в соединительном канале 3, на участке подвода рабочей жидкости к пружинной полости 5, может быть установлен дополнительно жиклер демпфирующий 17. Для настройки давления открытия клапана может быть использован винт регулировочный 18.
Технический результат изобретения - ограничение роста давления рабочей жидкости перед клапаном при максимальном перепуске жидкости через клапан. Тем самым, ограничивается величина давления на выходе из объемного насоса. Соответственно, увеличивается ресурс, надежность и безопасность объемного насоса и полостей с высоким давлением системы топливопитания.