Пневмогідроклапан розмежувальний

Реферат: Винахід належить до агрегатів автоматики пневмогідравлічних систем ракет-носіїв. Технічний результат полягає у підвищенні надійності пневмогідроклапана, одержанні високого ступеня герметичності в широких температурних діапазонах, у тому числі при кріогенній температурі, зниженні гідроопору в 2,8-3,5 разу, виключенні гідроудару. Пристрій складається з корпусу, у порожнині якого встановлено привід з поршнем, який жорстко з'єднаний із затвором, що у відкритому положенні контактує з сигналізатором положення затвора, а також оснащений магістраллю підведення керувального тиску. Привід виконано у вигляді пневмогідроприводу, клапан оснащено пристроєм підведення керувального тиску, який встановлено на магістралі підведення керувального тиску і виконаний у вигляді штуцера з керованим зворотним клапаном, а пневмогідропривід обладнано підпружиненими манжетами і гідравлічним гальмом. UA 113734 C2 (12) UA 113734 C2 UA 113734 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до машинобудування, а саме до агрегатів автоматики пневмогідравлічних систем ракет-носіїв, і призначений для розділення магістрального трубопроводу компонента палива з рушійною установкою під час заправно-зливних операцій і поєднання магістрального трубопроводу з рушійною установкою в польоті. 7 Відомий клапан (див. патент України № 27188, МКИ F16K 31/56, 15.08.2000 p.), що складається з корпусу, підпружиненого сферичного затвора, пневмоприводу та сигналізатора положення затвора. До складу пневмоприводу цього клапана входять циліндр, поршень і манжета. Поршень з'єднаний із затвором і взаємодіє з сигналізатором контактного типу. Недоліком такого клапана є великий коефіцієнт гідравлічного опору, оскільки в конструкції клапана відсутні елементи, що покращують обтічність елементів, розміщених у проточній порожнині. Найбільш близьким до заявленого клапана за технічною суттю є пневмоклапан (прототип патент України № 73346 С2 F16K31/143, 15.07.2005 p.), що складається з корпусу, підпружиненого сферичного затвора, пневмоприводу та сигналізатора положення затвора. Його особливістю є те, що затвор розміщено між пневмоприводом і сигналізатором, які виконано у вигляді двох центральних тіл, обладнаних ребрами, при цьому затвор, пневмопривід і сигналізатор оснащено конічними обтічниками, виконаними в опорі затвора, в циліндрі пневмоприводу та в опорі пружин сигналізатора, при цьому затвор оснащено регульованою в осьовому напрямку підпіркою. Основним недоліком цього клапана є його недостатня надійність, обумовлена такими причинами: - неможливо забезпечити рівномірне і постійне зусилля підтиснення манжет пневмоприводу в широкому діапазоні температур, а отже і герметичність пневмоприводу, особливо при кріогенних температурах, через велику жорсткість деталей і їх великі відносні температурні деформації; - під час подачі керувального тиску перекривання магістралі відбувається за час менше 0,1 с, що спричиняє гідравлічний удар у магістралі, вимагає підвищення товщини стінок трубопроводів, призводить до збільшення маси і може призводити до пошкодження чутливих елементів ПГС (датчиків, клапанів керування); - у разі аварійної розгерметизації магістралі керувального тиску клапан закриється (повернеться у вихідне положення під впливом зусилля пружини), збільшуючи наслідки аварії, оскільки відбудеться вимкнення рушійної установки; - при великих діаметрах прохідного перерізу неможливо забезпечити співвісність затвора та сідла, що призводить до підвищення негерметичності посадки затвора на сідло. Задача пропонованого винаходу полягає у вдосконаленні конструкції клапана з модернізацією механізму підведення керувального тиску, підвищенням точності та герметичності посадки затвора на сідло, а також підвищенням герметичності манжет пневмогідроприводу. Технічним результатом є підвищення надійності пневмогідроклапана, одержання високого ступеня герметичності клапана в широких температурних діапазонах, у тому числі при кріогенній температурі, зниження гідроопору в 2,8-3,5 разу, виключення гідроудару. Задача вирішена за рахунок застосування відомих суттєвих конструктивних ознак, а саме використання в конструкції корпуса приводу з поршнем, встановлення у проточній порожнині корпусу підпружиненого затвора, з яким жорстко з'єднаний поршень, впровадження сигналізатора положення затвора, оснащенні магістраллю підведення керувального тиску, а також наступних відмітних суттєвих ознак, які полягають у застосуванні пневмогідроприводу замість пневмоприводу, оснащенні пневмогідроприводу гідравлічним гальмом, яке являє собою калібровані отвори, що виконані в поршні та кришці пиевмогідроприводу і поєднують рідинну порожнину пневмогідроприводу з порожниною магістралі ракети-носія, обладнанні поршня пневмогідроприводу дворядними взаємозворотними манжетами, підтиснутими гайками через пакет тарілчастих пружин Бельвілля, установленні в штуцері підведення керувального тиску, керованого штовхачем зворотного клапана, використанні для компенсації неспіввісностей конструкції пружної деформації штока поршня, обумовленої співвідношенням значень діаметра штока та його довжини, що дорівнює 0,1…0,2, розміщенні пневмогідроприводу під тонкостінним циліндро-конічним обтічником, застосуванні конструкції затвора у вигляді порожнистого тонкостінного конуса. У відкритому положенні клапана затвор є продовженням обтічника, утворюючи тіло краплеподібної форми, найбільш оптимальної для забезпечення мінімального гідроопору. Використання сукупності вищезазначених суттєвих ознак дозволяє підвищити надійність пневмогідроклапана, одержати високий ступінь герметичності клапана в широких 1 UA 113734 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 температурних діапазонах, у тому числі при кріогенній температурі, знизити гідроопір у 2,8-3,5 разу, виключити гідроудар. Для пояснення конструкції пристрою та його роботи наведено креслення: фіг. 1 - загальний вигляд пневмогідроклапана, фіг. 2 - ущільнення поршня; фіг. 3 - калібрувальний отвір у поршні; фіг. 4 - калібрований отвір у кришці пневмогідроприводу; фіг. 5 - пристрій підведення керівного тиску в розрізі; фіг. 6 - загальний вигляд пневмогідроклапана у відкритому положенні. Пневмогідроклапан складається з корпусу із сідлом 1, затвора 2, циліндра 3, поршня 4, радіальної перегородки корпусу 5, магістралі 6, пружин 7, манжет 8, гайок 9, тарілчастих пружин Бельвілля 10, сигналізатора положення затвора 11, кришки 12, пружного штока поршня 13, пристрою підведення керувального тиску 14, який у свою чергу складається зі штуцера підведення керувального тиску 15, зворотного клапана 16, штовхача 17, штуцера 18, пружини 19. Технологічними особливостями конструкції є виконання каліброваних отворів у поршні 4 і у кришці 12 і каналу підведення керувального тиску в порожнину пневмогідроприводу. Канал являє собою систему наскрізних отворів у штуцері підведення керувального пуску 15 та в перегородці 5, з'єднаній з магістраллю 6, яка у свою чергу веде до порожнини в пневмогідроприводі. Пневмогідроклапан працює у такий спосіб. Під дією зусиль пружин 7 затвор 2 притиснено до сідла корпусу 1 клапана і розділяє магістральний трубопровід компонента палива та рушійну установку ракети на всіх етапах експлуатації, крім польоту. За рахунок деформації штока поршня 13 у межах пружної деформації компенсується неспіввісність виготовлення деталей пневмогідроклапана. У заправленому стані компонент заповнює проточну порожнину клапана, у тому числі і рідинну порожнину пневмогідроприводу через калібровані отвори. Для відкриття пневмогідроклапана до пристрою 14 подають керувальний тиск, який, впливаючи на площу поперечного перерізу зворотного клапана 16, розвиває зусилля, що долає зусилля пружини 19, відтискає зворотний клапан і через канал надходить у порожнину циліндра 3 і, виливаючи на площу поперечного перерізу поршня 4, розвиває зусилля, яке долає зусилля пружин 7, переміщує поршень 4 і з'єднаний з ним різзю затвор 2 до упору в кришку 12. При цьому відбувається витіснення компонента з рідинної порожнини пневмогідроприводу через калібровані отвори, тому рух затвора відбувається плавно, що виключає виникнення гідравлічного удару в рушійній установці. У повністю відкритому положенні затвор 2 взаємодіє з сигналізатором положення затвора 11. Унаслідок рівномірного та постійного зусилля притиснення манжет 8 до поршня 4 зусиллям конічних пружин 10, підтиснутих гайкою 9, забезпечується необхідна герметичність манжет 8 для того, щоб утримувати керувальний тиск у циліндрі 3, а затвор 2 залишається у відкритому положенні під час роботи рушійної установки, навіть у тому разі, якщо клерувальний тиск аварійно зникає. У цьому разі тиск у керівній порожнині залишається закритим зворотним клапаном 16. Для закриття пневмогідроклапана керувальний тиск подають до штуцера 18 і він, впливаючи на площу поперечного перерізу штовхача 17, розвиває зусилля, що відтискає зворотний клапан 16, і тиск, замкнений у циліндрі 3, через канал стравиться в атмосферу, і затвор 2 з поршнем 4 під впливом зусиль пружин 7 повернуться у вихідне положення і тратять взаємодію з сигналізатором стану затвора 11. Реалізація запропонованого вдосконалення пневмогідроклапана приводить до одержання високого ступеня герметичності клапана в широких температурних діапазонах, у тому числі при кріогенній температурі, зниження гідроопору в 2,8-3,5 разу, виключення гідроудару і, як наслідок, підвищення надійності й експлуатаційних якостей пневмогідросистеми ракети-носія. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пневмогідроклапан розмежувальний, що містить корпус, у порожнині якого встановлено привід з поршнем, який жорстко з'єднаний із затвором, що у відкритому положенні контактує з сигналізатором положення затвора, а також оснащений магістраллю підведення керувального тиску, який відрізняється тим, що привід виконано у вигляді пневмогідроприводу, клапан оснащено пристроєм підведення керувального тиску, який встановлено на магістралі підведення керувального тиску і виконаний у вигляді штуцера з керованим зворотним клапаном, а пневмогідропривід обладнано підпружиненими манжетами і гідравлічним гальмом. 2. Пневмогідроклапан за п. 1, який відрізняється тим, що манжети підпружинені пакетом тарілчастих пружин Бельвілля, які установлені між кожною манжетою і притискною гайкою. 2 UA 113734 C2 5 3. Пневмогідроклапан за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення значень діаметра штока поршня до його довжини становить 0,1…0,2. 4. Пневмогідроклапан за п. 1, який відрізняється тим, що гідравлічне гальмо виконано у вигляді каліброваних отворів у передній і задній стінках пневмогідроприводу. 5. Пневмогідроклапан за п. 1, який відрізняється тим, що затвор виконаний у вигляді тонкостінного конуса та у відкритому положенні разом з обтічником утворює тіло краплеподібної форми. 3 UA 113734 C2 4 UA 113734 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5