Клапан для регулирования расхода горячего газа

 

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 К и давлений до 10 МПа и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов. Клапан для регулирования расхода горячего газа состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, седла с опорным узлом, в цилиндрическое отверстие которого установлен по посадке скольжения цилиндрический регулирующий элемент, кинематически связанный с валом и обеспечивающий за счет вращения перекрытие расходного отверстия седла. На наружной цилиндрической поверхности регулирующего элемента выполнена кольцевая проточка на всю ширину расходного окна регулирующего элемента. Наружная цилиндрическая поверхность кольцевой проточки концентрична с наружной цилиндрической поверхностью регулирующего элемента. Изобретение повышает надежность работы клапана. 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур до 2300 К и давлений до 10 МПа и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.

Известна конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с кольцевым зазором и с возможностью вращения установлена полая цилиндрическая заслонка, на боковой поверхности которой выполнено расходное отверстие, которое совмещается с расходным отверстием выходного патрубка. Корпус изнутри защищен от прогрева теплозащитным материалом (патент США 3276466, НКИ 137-339,1966 г.).

Недостаток этой конструкции состоит в наличии зазора между заслонкой и корпусом, который определяется двумя составляющими: - наличие зазора из-за допусков на изготовление и сборку; - наличие теплового зазора за счет прогрева конструкции.

Величина зазора может быть значительной, а это непроизводительные расходы рабочего тела.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, опорный узел, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, при этом опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные валу сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, а ширина расходного окна регулирующего элемента превышает ширину расходного отверстия седла с обеих сторон (заявка РФ 94005503, кл. F 16 K 5/04, F 16 K 5/12, 1994 г.).

Благодаря тому что регулирующий элемент по посадке скольжения установлен в опорный узел седла, значительно снижается кольцевой зазор между седлом и регулирующим элементом, а в зоне их расходных отверстий зазор минимален, т. к. давлением рабочего тела (горячего газа) регулирующий элемент поджат к седлу. Однако за счет прогрева конструкции и усилий, действующих на регулирующий элемент (особенно в момент полного закрытия клапана), часть регулирующего элемента прогибается в расходное отверстие седла, что приводит к резкому усилию поворота регулирующего элемента, появлению задиров металла на контактирующих поверхностях седла и регулирующего элемента, т.е. ухудшается надежность работы клапана.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы клапана.

На фиг. 1, 2, 3, 4 изображены общий вид клапана для регулирования расхода горячего газа и его сечения.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, опорного узла 4, образованного цилиндрической поверхностью седла 5 с расходным отверстием 6, контактирующего с цилиндрическим регулирующим элементом 7, выполненным с расходным окном 8. Контакт седла и регулирующего элемента происходит по цилиндрическим поверхностям. Регулирующий элемент 7 установлен с возможностью поворота и кинематически связан с валом 9, зафиксированным от осевого перемещения при помощи, например, стопорного кольца 10. Опорный узел 4 образован двумя выступами II, выполненными на седле 5 и имеющими соосные валу 9 сквозные отверстия 12, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью 13 седла 5. Ширина Н расходного окна 8 регулирующего элемента 7 превышает ширину h расходного отверстия 6 седла 5 с обеих сторон. На наружной цилиндрической поверхности 14 регулирующего элемента 7 выполнена кольцевая проточка 15 на всю ширину Н расходного окна 8 регулирующего элемента 7. Наружная цилиндрическая поверхность кольцевой проточки 15 концентрична с наружной цилиндрической поверхностью регулирующего элемента 7. Глубина Δ проточки 15 выбирается исходя из прочностных расчетов и зависит от размеров регулирующего элемента и условий работы клапана (давление и температура рабочего тела). Корпус 1 закрыт крышкой 16 и загерметизирован уплотнительными кольцами 17 и 18. На валу 9 установлен рычаг 19. Внутренняя полость корпуса защищена от прогрева деталями 20, 21, 22 и 23 из эрозионно-стойкого теплозащитного материала.

При работе горячие газы поступают внутрь корпуса через патрубок 2 и истекают наружу через окно 8 и отверстие 6. Поворотом регулирующего элемента 7 изменяется расход горячего газа через клапан. Благодаря наличию проточки 15 исключается продавливание регулирующего элемента 7 в отверстие 6. На фиг. 3 показано положение регулирующего элемента 7, обеспечивающее полное открытие клапана. На фиг. 4 показано положение регулирующего элемента 7, обеспечивающее максимальное закрытие клапана.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, повышается надежность работы клапана за счет исключения продавливания регулирующего элемента в отверстие седла, хотя незначительно увеличивается непроизводительный расход рабочего тела. Проведенные опыты подтвердили правильность принятого решения.

Формула изобретения

Клапан для регулирования расхода горячего газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, опорный узел, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, при этом опорный узел образован двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, а ширина расходного окна регулирующего элемента превышает с обеих сторон ширину расходного отверстия седла, отличающийся тем, что на наружной цилиндрической поверхности регулирующего элемента выполнена кольцевая проточка на всю ширину расходного окна регулирующего элемента, при этом ее наружная цилиндрическая поверхность концентрична с наружной цилиндрической поверхностью регулирующего элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4