КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ГОРЯЧЕГО ГАЗА
CONTROL VALVE FOR HOT GAS

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 K и давлений до 10 МПа и используемых для создания тяги и управления вектором тяги летательных аппаратов.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, которое перекрыто заслонкой, кинематически соединенной с валом, установленным в подшипники и загерметизорованным уплотнительными кольцами (патент РФ №2079023, 1994, кл. 6 F16K 5/04, 5/12).
Недостаток такой конструкции заключается в том, что между валом и корпусом образуется кольцевой зазор, в который свободно проходят горячие продукты сгорания и сажа оседает на подшипниках, что приводит к их "зашлаковке" и вызывает повышение сопротивления движению.
Известна конструкция клапана для регулирования горячего газа, состоящая из корпуса, седла, заслонки и вала, который установлен через подшипники в корпус и загерметизирован уплотнительными кольцами, в кольцевую полость, образующую зазор, между корпусом и валом установлены последовательно с осевым люфтом три кольца из графита, два крайних кольца введены в контакт с боковой поверхностью корпуса и установлены с образованием кольцевого зазора с наружной поверхностью вала, а среднее кольцо введено в контакт с боковой поверхностью вала и установлено с образованием кольцевого зазора с боковой поверхностью корпуса (патент РФ №2121097, 1995, кл. 6 F16K 5/12).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что в некоторых случаях по условиям компоновки нельзя выполнить кольцевую полость и чтобы установить кольца с осевым люфтом, необходимо его образовать на валу, что приведет к увеличению величины нагрузочной характеристики, потому что крайние кольца будут соприкасаться с валом.
Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования горячего газа, состоящем из корпуса, седла, заслонки и вала, который установлен через подшипники в корпус и загерметизирован уплотнительными кольцами, в кольцевой зазор между корпусом и валом установлены последовательно с осевым люфтом три кольца из графита, обращенные друг к другу торцами, крайние кольца введены в контакт своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью вала и установлены с образованием кольцевого зазора с боковой поверхностью корпуса, а среднее кольцо введено в контакт с боковой поверхностью корпуса и установлено с образованием кольцевого зазора с наружной поверхностью вала, при этом на валу с одной стороны от графитовых колец выполнен уступ, а с другой - установлено ограничительное кольцо, причем расстояние между уступом и ограничительным кольцом превышает суммарную толщину графитовых колец.
На фиг.1 приведена конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, на фиг.2 - вариант конструктивного выполнения среднего графитового кольца.
Клапан состоит из корпуса 1, который защищен изнутри теплозащитным покрытием 2, седла 3, установленного в выходной патрубок 4 через втулку 5 из эрозионно-стойкого материала и закрепленного при помощи гайки 6, заслонки 7, контактирующей с седлом 3 по взаимообращенным цилиндрическим поверхностям и кинематически связанным через кардан 8 с валом 9, установленным через подшипники 10 в корпус 1. Выходной участок вала 9 загерметизирован при помощи уплотнительных колец 11 и 12. На валу выполнен уступ 13, с которым контактирует крайнее графитовое кольцо 14. На валу 9 установлено ограничительное кольцо 15, которое контактирует с другим крайним графитовым кольцом 16. Между кольцами 14 и 16 установлено графитовое кольцо 17. Крайние кольца 14 и 16 введены в контакт своей внутренней поверхностью с наружной поверхностью вала и установлены с образованием кольцевого зазора с боковой поверхностью корпуса, а среднее кольцо введено в контакт с боковой поверхностью корпуса и установлено с образованием кольцевого зазора с наружной поверхностью вала, при этом расстояние между уступом на валу и ограничительным кольцом превышает суммарную толщину графитовых колец. На фиг.2 изображен вариант выполнения среднего графитового кольца, торцевые поверхности которого выполнены в форме усеченного конуса, вершина которого находится на оси 18 вала 9.
В процессе работы горячие газы поступают внутрь клапана и истекают наружу через седло 3. Благодаря наличию графитовых колец 14, 16 и 17 предотвращается поступление новых порций горячих газов в зону подшипников 10 и уплотнительных колец 11 и 12. Образуется застойная зона, в которой находится газ с более низкой температурой. Кроме того, кольца препятствуют попаданию твердых частиц горячего газа, которые могут засорить подшипники, что приводит к увеличению нагрузочной характеристики, а следовательно, к увеличению требуемой мощности привода. Выполнение среднего графитового кольца, боковые поверхности которого выполнены в форме усеченного конуса, уменьшает радиус контакта графитовых колец, что также снижает величину нагрузочной характеристики. Благодаря тому, что расстояние между уступом на валу и ограничительным кольцом выполнено больше суммарной толщины графитовых колец во время работы при тепловом расширении, не происходит заклинивания графитовых колец.
Таким образом, как видно из вышеизложенного, предложенная конструкция обеспечивает снижение нагрузочной характеристики.