Клапан для регулирования расхода горячего газа
Владельцы патента RU 2695561:
Акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (АО "Корпорация "МИТ") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений, используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов. Клапан для регулирования расхода горячего газа содержит корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, установленным в подшипники и соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, а в кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца, которые попеременно введены в контакт с наружной поверхностью вала или внутренней поверхностью цилиндрической полости и контактирующие между собой по плоским торцовым поверхностям, причем первое графитовое кольцо, расположенное за кольцевым уступом вала, введено в контакт с наружной поверхностью вала и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости с равномерным зазором, а последнее графитовое кольцо торцового уплотнения введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости и установлено по отношению к наружной поверхности вала с равномерным кольцевым зазором. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и направлено на создание клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений и используемых для управления вектором тяги летательных аппаратов.
Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, наружный диаметр которого превышает внутренний диаметр ближайшего к нему кольца торцового уплотнения, а торцовое уплотнение состоит из трех графитовых колец (патент №2349818, РФ, кл. F16K 5/12, F16K 5/04, 2007 г.).
Недостаток этой конструкции состоит в том, что при переменном давлении продуктов сгорания графитовые кольца не только трутся друг от друга, но и могут тереться по деталям из эрозионностойкого прессматериала, а это приводит к увеличению коэффициента трения и нагрузочной характеристики (шарнирного момента), который в свою очередь требует увеличения мощности привода и утяжелению всех узлов кинематики. Существует еще один недостаток: при длительном времени работы детали из эрозионностойкого прессматериала прогреваются и прококсовываются, что, в свою очередь, приводит к тому, что прококсованный слой уносится продуктами сгорания и образуется дополнительный зазор между кольцами и деталями из эрозионностойкого прессматериала, который увеличивает поступление продуктов сгорания в зону подшипников и уплотнительных колец вала, а это приводит к перегреву подшипников и уплотнительных колец вала, и следовательно, к снижению надежности работы клапана.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы клапана.
Указанная задача решается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, установленным в подшипники и соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, а в кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца, которые попеременно введены в контакт с наружной поверхностью вала или внутренней поверхностью цилиндрической полости и котактируют между собой по плоским торцовым поверхностям, торцовое уплотнение состоит из четырех графитовых колец, при этом первое графитовое кольцо, расположенное за кольцевым уступом вала введено в контакт с наружной поверхностью вала и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости с равномерным кольцевым зазором, следующее за ним второе графитовое кольцо введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости и установлено по отношению к наружной поверхности вала с равномерным кольцевым зазором, следующие третье кольцо выполнено одинаковым с первым графитовым кольцом, четвертое графитовое кольцо выполнено одинаковым со вторым графитовым кольцом, в цилиндрическую полость установлена втулка, выполненная из графита, при чем графитовые кольца, введенные в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости, выполнены с поперечным разрезом на всю толщину кольца.
На фиг. 1 изображен общий клапана для регулирования расхода горячего газа.
На фиг. 2 изображено графитовое кольцо с поперечным разрезом.
Клапан для регулирования расхода горячего газа (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с входным и выходным патрубками, облицованными деталями 2 из эрозионностойкого прессматериала. В корпусе размещен вал 3, соединенный кинематически с регулирующим элементом 4. Узел уплотнения вала состоит из двух уплотнительных колец 5, расположенных в месте выхода вала 3 из корпуса 1. Торцевое уплотнение, состоящее из нескольких графитовых колец 6, 7, 8 и 9, расположено в цилиндрической полости 10, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала 3. На валу 3 валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ 11. В кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца 6, 7, 8 и 9. Графитовые кольца контактируют между собой по плоским торцовым поверхностям. Торцовое уплотнение состоит из четырех графитовых колец, при этом первое графитовое кольцо 6, расположенное за кольцевым уступом 11 вала 3 введено в контакт с наружной поверхностью вала 3 и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости 10 с равномерным кольцевым зазором, следующее за ним второе графитовое кольцо 7 введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости 8 и установлено по отношению к наружной поверхности вала 3 с равномерным кольцевым зазором, следующие третье кольцо 8 выполнено одинаковым с первым графитовым кольцом 6, четвертое графитовое кольцо 9 выполнено одинаковым со вторым графитовым кольцом 7. Вал 3 установлен в подшипники 13.
В цилиндрическую полость установлена втулка 12, выполненная из материала одинакового с материалом графитовых колец, при чем графитовые кольца 7 и 9, введенные в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости 10, выполнены с поперечным разрезом «5» на всю толщину кольца (фиг. 2).
Благодаря тому, что графитовые кольца 6 и 8.установлены с зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической полости 10, то при переменном давлении они трутся своими торцовыми поверхностями только о торцовые поверхности графитовых колец 7 и 9, что по сравнению с прототипом ведет к снижению величины нагрузочной характеристики (шарнирному моменту), т.к. коэффициента-трения графита по графиту меньше чем графита по эрозионностойкому прессматериалу или металлу. Особенно, если эрозионностойкий прессматериал прококсуется во время работы под воздействием продуктов сгорания, имеющих высокую температуру.
Также по сравнению с прототипом установка графитовой втулки 12, выполненной из материала графитовых колец, в цилиндрическую полость, исключает появления увеличенного зазора между графитовыми кольцами 7 и 9 из-за прококсовки эрозионностойкого прессматериала.
Т.к. втулка 12 и графитовые кольца изготовлены из одинакового материала, то при прогреве графитовые кольца прогреваются быстрее (масса их меньше, чем масса втулки) и по этому необходимо в графитовых кольцах выполнить поперечный разрез на всю толщину кольца.
Таким образом, как видно из вышесказанного, повышается надежность работы клапана для регулирования расхода горячего газа.
1. Клапан для регулирования расхода горячего газа, содержащий корпус, облицованный изнутри деталями из эрозионностойкого прессматериала и с размещенным в нем валом, установленным в подшипники и соединенным кинематически с регулирующим элементом, узел уплотнения вала, расположенный в месте выхода вала из корпуса, и торцовое уплотнение, установленное в цилиндрическую полость, диаметр которой соосен с наружной поверхностью вала, при этом на валу со стороны регулирующего элемента выполнен кольцевой уступ, а в кольцевой зазор, образованный цилиндрической полостью и наружной поверхностью вала за кольцевым уступом, установлены графитовые кольца, которые попеременно введены в контакт с наружной поверхностью вала или внутренней поверхностью цилиндрической полости и контактирующие между собой по плоским торцовым поверхностям, отличающийся тем, что первое графитовое кольцо, расположенное за кольцевым уступом вала, введено в контакт с наружной поверхностью вала и установлено по отношению к внутренней поверхности цилиндрической полости с равномерным зазором, а последнее графитовое кольцо торцового уплотнения введено в контакт с внутренней поверхностью цилиндрической полости и установлено по отношению к наружной поверхности вала с равномерным кольцевым зазором.
2. Клапан для регулирования расхода горячего газа про п. 1, отличающийся тем, что в цилиндрическую полость установлена втулка, выполненная из материала графитовых колец.
