Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления


 


Владельцы патента RU 2529920:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

Изобретение относится к области авиации, в частности к технике экспериментов в аэродинамических трубах кратковременного (импульсного) действия с продолжительностью пуска порядка 40 миллисекунд, работающих при высоких давлениях и температурах газа. Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления содержит корпус, заслонку с отверстием, связанную с пневматическим приводом заслонки. Заслонка имеет длину, в шесть раз и более превышающую диаметр открываемого канала трубы. Отверстие в заслонке выполнено прямоугольным, при этом его ширина перпендикулярна оси пускового затвора и равна диаметру канала трубы, а длина параллельна оси пускового затвора и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы. Пневматический привод заслонки содержит шток, присоединенный к заслонке, поршень, цилиндр с расположенными в его передней части окнами, перекрываемыми поршнем, и цилиндрическим обводным каналом, расположенным в середине цилиндра и соединяющим полости, находящиеся по обе стороны поршня, а также аккумулятор сжатого воздуха, окружающий цилиндр, и гидравлический тормоз, содержащий цилиндрическую камеру, расположенную непосредственно за цилиндром и переходящую в сужающийся конус. 1 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к технике экспериментов в аэродинамических трубах кратковременного (импульсного) действия при высоких давлениях и температурах газа.

Для запуска аэродинамических труб с малой продолжительностью течения (около 40 миллисекунд), в том числе трубы УТ-1М ЦАГИ, используются одноразовые диафрагмы, разрывающиеся под давлением высоконапорного газа. Недостатки этого устройства состоят в том, что, во-первых, для каждого режима работы аэродинамической трубы (давления и температуры газа) необходимо подобрать диафрагмы, отличающиеся толщиной и материалом. Поэтому эксперименты возможны лишь при тех условиях, для которых подобраны диафрагмы. Это затрудняет использование всех потенциальных возможностей аэродинамической трубы. Во-вторых, диафрагмы разрываются нестабильно, при несколько различающихся давлениях, вследствие чего увеличивается разброс характеристик режима эксперимента и понижается точность измерений. В-третьих, частицы разрывающейся диафрагмы нередко повреждают испытываемую модель и измерительные приборы.

Известны быстродействующие затворы, используемые в аэродинамических трубах с относительно большой продолжительностью работы (300-400 миллисекунд) (Schrijer F.F.J., Bannink W.J. Description and flow assessment of the Delft hypersonic Ludwieg tube. AIAA 2008-3943. 14 p. 2008). В них используется внутренний привод запорного элемента, то есть поршень, перемещающий запорный элемент, и сам запорный элемент находятся в проточной части аэродинамической трубы. Недостатки такого затвора применительно к аэродинамическим трубам со значительно меньшей продолжительностью работы состоят в следующем: 1) продолжительность формирования заданного режима течения за затвором составляет более 50 миллисекунд, что превышает продолжительность работы аэродинамических труб типа УТ-1М (40 миллисекунд), для которых формирование режима течения должно осуществляться в течение 2-4 миллисекунд; 2) затвор создает большие потери давления; 3) затвор поглощает много тепла и понижает температуру рабочего газа.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления» (Дядченко Г.Е., Зубарев Н.С. и Плотников М.А., описание к авторскому свидетельству №693744, МПК F16K 3/10, B64C 13/36). Он содержит корпус, запирающий орган (заслонку) с профилированным сквозным каналом (отверстием), пневмоцилиндр с поршнем (пневматический привод запирающего органа), быстродействующий пусковой клапан, быстродействующий клапан сброса давления, устройство индикации запирающего органа в крайнем положении. Недостаток этого пускового затвора применительно к аэродинамическим трубам типа УТ-1М состоит, во-первых, в том, что он обеспечивает необходимое быстродействие лишь при небольшом диаметре открываемого канала (порядка 10 мм). В то же время в аэродинамических трубах типа трубы УТ-1М со сменными профилированными соплами различной конфигурации необходимо быстро открывать канал, расположенный перед соплом и имеющий значительно больший диаметр (70 мм и больше). Во-вторых, расчетное течение газа в сопле начинается лишь после полной остановки заслонки и при условии полного согласования контура отверстия в заслонке с контуром сопла. Это требование является следствием того, что контур отверстия в заслонке является частью контура профилированного сопла.

Задачей и техническим результатом изобретения является разработка пускового затвора, обеспечивающего быстрое открытие высоконапорного канала трубы (за время порядка 2-4 миллисекунд) в расширенном диапазоне размеров открываемого канала без существенных потерь давления и температуры газа, протекающего из канала трубы в сопло.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в пусковом затворе струйного аппарата высокого давления, содержащем корпус и заслонку с отверстием, связанную с пневматическим приводом заслонки, заслонка имеет длину, в шесть раз и более превышающую диаметр открываемого канала трубы, отверстие в заслонке выполнено прямоугольным, при этом его ширина перпендикулярна оси пускового клапана и равна диаметру канала трубы, а длина параллельна оси пускового клапана и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы, а пневматический привод заслонки содержит шток, подсоединенный к заслонке, поршень, цилиндр с расположенными в его начале окнами, перекрываемыми поршнем, и цилиндрическим обводным каналом, расположенным в середине цилиндра, а также аккумулятор сжатого воздуха, окружающий цилиндр, и гидравлический тормоз, содержащий цилиндрическую камеру, расположенную непосредственно за цилиндром и переходящую в сужающийся конус.

Сущность изобретения поясняется на чертеже. Устройство содержит:

1. корпус (устанавливается взамен диафрагменного отсека между каналом трубы и соплом),

2. заслонку с прямоугольным отверстием (на чертеже заслонка находится в положении «закрыто»),

3. шток,

4. поршень,

5. цилиндр,

6. аккумулятор сжатого воздуха,

7. цилиндрический обводной канал,

8. гидравлический тормоз,

9. пневматический механизм, предназначенный для предварительного поджатия заслонки,

10. вентиль системы предварительного поджатия заслонки,

11. вентиль запуска,

12. вентиль трассы, подводящей воздух в аккумулятор сжатого воздуха,

13. окна цилиндра,

14. вентиль подачи воздуха в гидравлическую систему,

15. камеру гидравлического тормоза,

16. отверстие в заслонке.

Элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8 образуют пневматический привод заслонки. Длина заслонки 2 в 6 раз и более превышает диаметр перекрываемого канала трубы. Кроме того, в заслонке 2 выполнено прямоугольное отверстие 16, ширина которого перпендикулярна оси пускового затвора и равна диаметру канала трубы, длина отверстия параллельна оси пускового затвора и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы. К заслонке 2 присоединен шток 3. Окна цилиндра 13 расположены в передней части цилиндра 5 и перекрываются поршнем 4. Цилиндрический обводной канал 7 расположен в середине цилиндра 5 и соединяет полости, находящиеся по обе стороны поршня 4. Цилиндр 5 окружен аккумулятором сжатого воздуха 6, а гидравлический тормоз 8 содержит цилиндрическую камеру, расположенную непосредственно за цилиндром 5 и переходящую в сужающийся конус.

Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления работает следующим образом.

1) Во все подводящие трубы устройства подано давление. Все вентили закрыты. Заслонка 2 находится в положении «открыто».

2) Открывается вентиль 14 подачи воздуха в гидравлическую систему. В тормозную систему подается воздух под давлением 5-10 атмосфер. Заслонка 2 медленно перемещается в положение «закрыто» и полностью перекрывает канал трубы, как показано на чертеже.

3) Открывается вентиль 10 системы предварительного поджатия заслонки. Воздух под давлением больше 5 атмосфер прижимает заслонку к корпусу.

4) Открывается вентиль трассы, питающей канал трубы (не показан на схеме). Канал трубы заполняется рабочим газом (воздухом, углекислым газом и др.) под давлением от 1 до 150 атмосфер, который дополнительно поджимает заслонку 2 к корпусу.

5) Открывается вентиль 12 трассы, подводящей воздух в аккумулятор сжатого воздуха 6. Аккумулятор постепенно заполняется воздухом под давлением до 150 атмосфер.

6) Открывается вентиль запуска 11. Воздух поступает в цилиндр 5. Под давлением воздуха начинается медленное перемещение поршня 4. После небольшого смещения поршня автоматически открываются окна цилиндра 13, расположенные в начале его и непосредственно соединяющие полости цилиндра и аккумулятора сжатого воздуха. Благодаря наличию окон цилиндра 13 и достаточному запасу сжатого воздуха в аккумуляторе 6, окружающем цилиндр, резко увеличивается приток воздуха в цилиндр, давление на поршень многократно повышается, и начинается разгон подвижной части затвора (заслонки, штока и поршня) с максимальным ускорением. Благодаря тому, что длина заслонки 2 в 6 раз и более превышает диаметр перекрываемого канала трубы, заслонка 2 разгоняется до большой скорости (35 м/с) еще до начала открытия канала трубы. После смещения заслонки 2 от исходного положения на 100 мм начинается открытие канала трубы. Затем в течение 2-4 миллисекунд заслонка смещается еще на 70 мм, канал трубы диаметром 70 мм открывается полностью и устанавливается расчетный режим течения в канале трубы. При дальнейшем перемещении заслонки еще на 35 мм и после ее остановки, канал трубы остается полностью открытым. Благодаря тому, что в заслонке 2 выполнено прямоугольное отверстие 16, ширина которого перпендикулярна оси пускового затвора и равна диаметру канала трубы, а длина отверстия параллельна оси пускового затвора и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы, не требуется точное совмещение переднего и заднего краев отверстия с каналом трубы, и канал трубы открывается полностью еще во время движения заслонки, что способствует быстродействию пускового затвора.

После того как канал трубы откроется наполовину, шток 3 входит в цилиндрическую камеру гидравлического тормоза 15 и начинается торможение подвижной части затвора. Одновременно по цилиндрическому обводному каналу 7, расположенному в середине цилиндра, воздух перетекает с высоконапорной стороны поршня на его низконапорную сторону и давление в цилиндре по обе стороны поршня выравнивается. Благодаря наличию цилиндрического обводного канала сокращается длина участка торможения подвижной части затвора и смягчается удар при торможении ее. После входа штока в сужающийся конус гидравлического тормоза и торможение усиливается (на чертеже позиция 4' показывает положение поршня после остановки).

7) По окончании истечения газа из канала трубы все вентили затвора закрываются.

Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления позволяет широко варьировать давление, при котором могут проводиться эксперименты в аэродинамической трубе, обеспечивает высокую точность воспроизведения заданного режима эксперимента, что повышает его качество, и устраняет возможность повреждения испытываемой в аэродинамической трубе модели и измерительной аппаратуры обломками разрываемой диафрагмы, обычно используемой в аэродинамических трубах импульсного действия.

Пусковой затвор струйного аппарата высокого давления, содержащий корпус, заслонку с отверстием, связанную с пневматическим приводом заслонки, отличающийся тем, что заслонка имеет длину, в шесть раз и более превышающую диаметр открываемого канала трубы, отверстие в заслонке выполнено прямоугольным, при этом его ширина перпендикулярна оси пускового затвора и равна диаметру канала трубы, а длина параллельна оси пускового затвора и в 1.5 раза и более превышает диаметр канала трубы, а пневматический привод заслонки содержит шток, присоединенный к заслонке, поршень, цилиндр с расположенными в его передней части окнами, перекрываемыми поршнем, и цилиндрическим обводным каналом, расположенным в середине цилиндра и соединяющим полости, находящиеся по обе стороны поршня, а также аккумулятор сжатого воздуха, окружающий цилиндр, и гидравлический тормоз, содержащий цилиндрическую камеру, расположенную непосредственно за цилиндром и переходящую в сужающийся конус.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство состоит из силового механизма, изменяющего его контур по заданной программе, и командного устройства, управляющего этой программой.

Изобретение касается систем управления в экспериментальной аэродинамике, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Устройство содержит контроллер управления приводами ведомых рядов гибких стенок сопла, приводы управления гибкими стенками сопла, цифровые датчики обратной связи, а также командное устройство, цифровой блок вычисления заданного положения ведомых рядов в функции измеренного положения ведущего ряда, а также цифровой датчик положения ведущего ряда и переключатель режима работы.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к аэродинамическим трубам с регулируемыми соплами. Способ заключается в том, что управление гибкими стенками сопла осуществляют автоматическими приводными механизмами по заданной программе.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационной промышленности при проведении наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению в естественных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано в отраслях промышленности, занимающихся проектированием и созданием транспортных средств различного назначения.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, и может быть использовано в технологических трубопроводах для управления проводимой средой. Узел затвора клиновой задвижки содержит корпус с входным и выходным патрубками с обращенными друг к другу расточками, в которых установлены загерметизированные и закрепленные относительно корпуса седла, взаимодействующие с ответными уплотнительными полями дисков, управляемых посредством выступов с криволинейной поверхностью, размещенных в отверстии обоймы, соединенной со шпинделем.

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано в оборудовании газовой, нефтяной, химической, энергетической, металлургической и угольной отраслях промышленности.

Изобретение относится к области машиностроения, к устройствам регулирования расхода рабочей среды в трубопроводе путем дросселирования потока среды, проходящего через дросселирующий элемент, создающий перепад давления между входом в устройство и выходом из него и пропускающее требуемый расход среды.

Запорный клапан с невыдвижным шпинделем используется в трубопроводной системе. Запорный клапан с невыдвижным шпинделем содержит корпус, колпачок, соединенный с корпусом, шток, затвор и устройство сдвига, причем верхний конец указанного штока соединен с устройством сдвига, а его нижний конец соединен с затвором.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, и может быть использовано в качестве запорно-регулирующего устройства в напорных технологических трубопроводах.

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода среды (воздуха) и может быть использовано в промышленности и энергетике, в частности в системах отвода остаточных тепловыделений АЭС.

Изобретение относится к устройствам и системам для открытия и закрытия задвижки, соединенной либо непосредственно, либо через промежуточный шкив с резервуаром, который может содержать флюид, дистиллят или побочный продукт в виде рыхлых отходов.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к арматуростроению, и может быть использовано в качестве запорной арматуры в различных отраслях промышленности, таких как нефтегазодобывающая, нефтегазоперерабатывающая и др.

Клапан // 2468271

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, преимущественно регулирующей, и предназначено для использования на ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ, АЭС в системах регулирования уровня пара, конденсата и позволяет снизить габариты и массу клапана, силы трения и усилия по перемещению шибера, мощность привода.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к запорной трубопроводной арматуре, предназначенной для перекрытия и регулирования потока проходящей среды, и может быть использовано при разработке приводов для задвижек. Гидропривод запорной арматуры содержит корпус с каналами подвода рабочего тела, подпружиненный шток, выполненный с возможностью осевого перемещения и установленный внутри упомянутого корпуса. Один конец штока выполнен с возможностью обеспечения механического взаимодействия с исполнительным органом запорной арматуры, преимущественно шибером задвижки, а на другом конце штока установлен гидроцилиндр, выполненный с возможностью осевого перемещения вместе со штоком. Внутри указанного гидроцилиндра установлен неподвижный поршень, закрепленный одним концом на корпусе гидропривода и выполненный в виде профилированного цилиндра, преимущественно полого. Каналы подвода рабочего тела соединены с торцевым зазором между упомянутыми подвижным гидроцилиндром и неподвижным поршнем. 3 ил.
Наверх