Предохранительный клапан

 

Использование: машиностроение, пневмогидросистемы транспортных средств. Сущность изобретения: предохранительный клапан содержит корпус 3, запорный орган 2 и чувствительный элемент 5. Запорный орган снабжен штоком 4. Шток 4 выполнен из магнитострикционного материала и жестко закреплен в корпусе 3. Корпус 3 выполнен в виде трубчатого постоянного магнита, а чувствительный элемент 5 - в виде гибкой бочкообразной мембраны, установленной в корпусе 3 с регулируемым зазором и соединенной с корпусом через магнитные экраны. Мембрана и шток 4 образуют замкнутую магнитную цепь. 2 ил.

Изобретение относится к клапанам бортовых систем ракет и космических аппаратов, а более конкретно, к предохранительным клапанам, может быть использовано в пневмогидросистемах самолетов, морских и речных судов, машиностроительных станков, автомобилей и др.

Известен предохранительный клапан, содержащий корпус, запорный орган и чувствительный элемент (ОСТ 92-0136-70 "Клапаны предохранительные. Газодинамический расчет КП низкоподъемной схемы", 1970, с.59, рис.37).

Недостатком этого клапана является невысокая точность поддержания давления.

Изобретение направлено на повышение точности поддержания давления клапаном, в результате чего улучшаются эксплуатационные характеристики клапана.

Указанная задача решается за счет того, что в предохранительном клапане, содержащем корпус, запорный орган и чувствительный элемент, запорный орган снабжен штоком, выполненным из магнитострикционного материала и жестко закрепленным в корпусе, причем корпус выполнен в виде трубчатого постоянного магнита, а чувствительный элемент в виде гибкой, бочкообразной мембраны, установленной в корпусе с регулируемым зазором, и жестко соединенной с ним через магнитные экраны, при этом бочкообразная мембрана и шток образуют магнитную цепь.

На фиг. 1 изображен клапан, продольный разрез; на фиг.2 поперечный разрез.

Клапан содержит 1, 8 магнитные экраны, 2 запорный орган (тарелка), 3 корпус клапана, выполненный в виде трубчатого постоянного магнита, 4 шток запорного органа, выполненный из магнитострикционного материала, 5 чувствительный элемент в виде гибкой бочкообразной мембраны, выполненной из магнитного материала, 6 корпус чувствительного элемента, выполненный из магнитного материала, 7 регулировочная гайка, 9 крышка регулировочного окна.

Работа предохранительного клапана основана на явлении магнитострикции, т. е. это изменение формы и размеров тела при изменении его магнитного состояния, которое возникает при воздействии внешнего поля на ферромагнетик, температура которого ниже точки Кюри (см. например, Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М. Высшая школа, 1972 г. УДК 538.1+538.2, с. 49).

В предохранительном клапане шток запорного органа 4 выполнен из магнитострикционного материала, например, на основе редкоземельного металла гадолиния (РЗМ Gd), имеющего точку Кюри +18^оС и константу магнитострикции λ_s 10^-2 10^-3. Шток в закрытом клапане размагничен (магнитная индукция примерно равна нулю В 0 Тл.).

В тот момент, когда давление газа в рабочей полости клапана превысит допустимое, гибкая мембрана 5, расширившись, выберет зазор между ней и магнитным корпусом 3 и соединит тем самым корпус 3 со штоком 4 в одну магнитную цепь. До этого цепь была разомкнута, так как между мембраной 5 и корпусом 3 существовал зазор, а шток 4 экранирован от корпуса 3 магнитными экранами 1 и 8.

При соединении корпуса 3, намагниченного до насыщения, со штоком 4 посредством мембраны 5 магнитное поле в штоке 4 изменяется и за счет эффекта магнитострикции шток удлиняется на величину Δ l l_o ˙λ_s например, при l_o 1000 мм и λ_s 10^-2 Δ l составит 2 мм, что вполне достаточно для обеспечения работы предохранительного клапана, так как для большинства эксплуатируемых в составе ракет и космических аппаратов предохранительных клапанов высота подъема клапана не превышает 2 мм. Закрытие клапана происходит тогда, когда давление в рабочей полости упадет ниже давления настройки, при этом мембрана 5, сужаясь, разъединит корпус 3 со штоком 4, магнитное поле через шток уменьшится, его длина уменьшится на Δ l, клапан закроется.

Для того, чтобы возник эффект магнитострикции необходимо размагниченный шток 4 намагнитить до насыщения (для гадолиния В 2,66 Тл). Это возможно при изменении напряженности внешнего магнитного поля, каким является магнитное поле намагниченного корпуса 3. Напряженность внешнего магнитного поля будет увеличиваться пропорционально уменьшению зазора между корпусом 3 и мембраной 5 и при условии, что ферромагнитные вещества, к которым относится и гадолиний, характеризуются способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых полях (см. справочник "Постоянные магниты", под ред. проф. Пятина, с.17), при некотором зазоре или при его отсутствии произойдет намагничивание штока 4 до насыщения. При этом, с учетом способности ферромагнетиков намагничиваться даже в слабых полях, корпус 3 может быть изготовлен не из редкоземельных металлов, а например, из менее дорогостоящего железокобальтового сплава.

В данном предохранительном клапане давление закрытия (Р_з) практически равно давлению открытия клапана (Р_о), т.е. отсутствует гистерезис расходной характеристики. Отсутствие гистерезиса обусловлено отсутствием сил трения при закрывании (открывании) клапана, а также пренебрежительно малым изменением результирующей сил давления газа на тарелку клапана при открывании и закрывании по сравнению с усилием, размываемым штоком при проявлении магнитострикционного эффекта. Усилие, развиваемое штоком, обусловлено физико-механическими характеристиками магнита. Так при диаметра штока 10 мм и пределе текучести 10 кгс/мм² это усилие составит 1000 кг, а сила на клапан за счет разницы площадей тарелки ПК при диаметре тарелки ≈ 30 мм и давлении настройки 6 кгс/см² равна ≈ 20 кгс.

В результате этого возможно повышение точности срабатывания клапана до величины, обеспечиваемой точностью чувствительного элемента.

Формула изобретения

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус, запорный орган и чувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем повышения точности поддержания давления, запорный орган снабжен штоком, выполненным из магнитострикционного материала и жестко закрепленным в корпусе, причем корпус выполнен в виде трубчатого постоянного магнита, а чувствительный элемент в виде гибкой бочкообразной мембраны, установленной в корпусе с регулируемым зазором и жестко соединенной с ним через магнитные экраны, при этом бочкообразная мембрана и шток образуют замкнутую магнитную цепь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2