Пусковой клапан для импульсных установок

 

Использование: импульсные установки управления потоками газа в трубопроводах Сущность изобретения: пусковой клапан содержит запорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, и седло, на котором выполнено не менее двух колыде вых выступов. Диаметр наружной кромки первого выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака а диаметр наружной кромки последнего выступа. примыкающего к входу трубы низкого давления равен диаметру выходного сечения клапана, при этом суммарная площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по соответствующей формуле. 1 ия

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5035993/29 (22) 07.04.92 (46) 30.1293 Бютт Мю 47-48 (71) Товарищество с ограниченнои ответственностью "ИСТА" (72) Исаков С.Н. Исаков И.Н. (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "ИСТА" (54) ПУСКОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ

УСТАНОВОК (57) Использование: импульсные установки управления потоками газа в трубопроводах Сущность (в) RU (»> 2005249 С1 (5Ц 5 F 16 K 31 12 изобретения: пусковой клапан содержит запорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, и седло. на котором выполнено не менее двух кольцевых выступов. Диаметр наружной кромки первого выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака а диаметр наружной кромки последнего выступа, примыкающего к входу трубы низкого давления, равен диаметру выходного сечения клапана, при этом суммарная площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по соот— ветствующей формуле. 1 ип.

2005249

Изобретение относится к устройствам управления потоками газа в трубопроводах и предназначено для использования в качестве пускового клапана в импульсных установках вместо разрушаемых див,,рагм, Известен клапан, используемый в ударной трубе, содержащий источник сжатого газа, соединенный с камерой высокого дав. ления, рабочий канал и управляемый клапан, помещенный между камерой высокого 0 давления и рабочим каналом, отличающийся тем, что с целью повышения надежности, снижения стоимости и упрощения эксплуатации трубы, клапан выполнен в виде тонко-стенного тела вращения с конической рабочей поверхностью и цилиндрическим направляющим участком, подвижно сочлененным по внутренней поверхности с центральным пустотелым направляющим стержнем, внутренняя полость которого с 20 помощью отверстий сообщена с внутренней полостью клапана, а посредством каналов . с управляемыми кранами соединена с источником сжатого газа и атмосферой.

В аналоге диаметр, по которому колпак 25 запирает вход в канал низкого давления, выбирается близким к диаметру обтекателя, который мало отличается от наружной цилиндрической поверхности колпака, Это приводит к тому, что место расположения критического сечения с самого начала движения колпака находится вблизи диаметра, по которому колпак запирает выход в канал низкого давления и, следовательно, большая часть наружной поверхности колпака З5 (особенно на начальных участках движения) находится под давлением, которое во много раз меньше рабочего, что значительно ухудшает быстродействие клапана, Наиболее близким по технической сущ- 40 ности к изобретению является пусковой клапан для ударных труб с запорным органом в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, внутренняя полость которого связана с источником управ- 45 ляющего давления, отличающийся тем, что для улучшения эксплуатационных характеристик клапана запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давления, а своей внутренней поверхно- 50 стью повторяет поверхность обтекателя в месте их контакта.

В прототипе уплотнение выполнено в виде единого выступа, причем нижняя кромка выступа седла не совпадает с диаметром .55 выходной трубы, Это приводит к тому, что в момент открытия клапана критическое сечение оказывается на этой кромке в течение длительного времени движения колпака, особенно в начале движения. Это приводит к большому недобору результирующей сил давления, действующих на наружную коническую поверхность колпака, Это приводит к тому, что колпак на начальном этапе движения движется с недостаточным ускорением, приводящим к резкому ухудшению быстродействию клапана.

Цель изобретения — повышение быстродействия клапана.

Поставленная цель достигается тем, что пусковой клапан для импульсных установок, имеющий запорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, внутренняя полость которого связана с источником управляющего давления, при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давления, седло клапана имеет не менее двух кольцевых выступов, диаметр наружной кромки первого выступа равен. диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака, а диаметр наружной кромки последнего выступа, примыкающего к входу трубы низкого давления, равен диаметру выходного сечения клапан, при этом суммарная площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком определяется по формуле л Рпк

Sybil. = — (Dk

4 Рр. 2 Рвых z + тр

0вых Р +

P р где .$упл — суммарная площадь кольцевых выступов, D» — диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака;

Pe» — давление газа в полости под колпаком в момент запуска;

Рр — рабочее давление газа в трубе высокого давления;

Ртр — сила трения колпака о направляющую в момент страгивания.

Быстродействие клапана при прочи.-. равных условиях (масса колпака, Dk, Deux, Рр, I eux) будут определяться в основном двумя условиями: необходимо, чтобы с момента страгивания и во время движения колпака по направляющей газ под рабочим давлением воздействовал на максимально большую часть наружной конусной поверхности колпака; необходимо, чтобы с момента запуска давление газа в полости под колпаком Р«было максимально низким.

При страгивании колпака в момент запуска клапана между уплотняющей поверхностью седла и конической поверхностью колпака образуется кольцевой сужающийся

2005249

15

25

35

Л .

Fp = — 01 Pnx+

Л, 2

+ Ftp D. x Рвых

40 где Рок — давление газа под колпаком;

FTp — сила трения покоя юбки колпака о направляющую;

0вых — диаметр трубы низкого давления;

Рвых — давление газа в трубе низкого давления.

ПУСТЬ Synn = — . (Dk — Deux ), тОГДа МО2 2

4 мент появления протечек газа определится уравнением;

50

Рр/Syne = Рр, отсюда

I PnK +

Рр 4 Рр

2 Рвых 2 2 — Овых = 0k 0вых

Рр

Полагая Frp = 0 и Рвых = О, имеем канал, аналогичный входной части сверхзвукового сопла Лаваля, критическое сечение которого совпадает с кромкой выходной части седла уплотнения. Ниже по потоку давление в таком канале резко падает. Поэтому для максимального использования рабочего давления газа необходимо, чтобы минимальным выходным диаметром уплотнения была величина не более Овых. Этим обуславливается диаметр выходной кромки уплотнения, Диаметр наружной кромки уплотнения должен быть выбран максимальным. Это может быть только диаметр равный 0, так как та часть наружной поверхности колпака. которая находится выше 0 в создании полезной силы, приводящей в движение колпак, не участвует, так как полностью компенсируется результирующей сил давления, действующих на торец юбки колпака, Поэтому верхней границей диаметра кромки уплотнения седла следует принять величину, равную 0 . Выполнение второго условия — необходимости обеспечения максимально низкой величины давления газа под колплак Рпк, обуславливается величиной площади опорной поверхности седла Synn, В момент страгивания условием появления протечек газа между седлом и. поверхностью колпака является равенство величины удельного давления в уплотнении и рабочего давления газа Рр. Результирующая сил, действующих на колпак в момент страгивания Fp определяется как

Рнк 0вых — =1—

Иэ полученного выражения следует, чтс

ПРИ ЭаДаННОМ ОТНОШЕНИИ 0вых/Dk ПОЛУЧИТЬ достаточно малую величину P«/Ðð (например 0,1 — 0,3) не представляется возможным, так как в этом случае отношение

Dk/Deux должно быть 1,05 — 1,2 что приведет к очень малой величине площади наружной конической поверхности колпака, находящейся под рабочим давлением газа в момент„движения. Решить поставленную задачу можно только уменьшая величину

Synn. не изменяя диаметров наружных кромок седла, т.е. проточками седла, при которых на седле образуются опорные выступы. минимальное колччество которых два.

На чертеже изображен схематически пусковой клапан для импульсных установок в разрезе.

Пусковой клапан для импульсных установок содержит корпус клапана 1, являющегося соединительным звеном участков трубы высокого 2 и низкого 3 давлений.

Внутри корпуса 1 расположен обтекатель 4, внутренняя полость 5 которого связана с источником управляющего давления (на чертеже не показан), По цилиндрической образующей обтекателя 4 перемещается запорный орган 6, который выполнен в виде колпака, обращенного вершиной к участку трубы низкого давления 3, Герметизация запорного органа осуществляется по седлу 7, имеющему как минимум два кольцевых выступа 8 и 9.

Клапан работает следующим образом.

В подготовленном к работе клапане давление газа в полости 5 под колпаком 6 равно рабочему давлению в трубе 2. Наружная коническая поверхность колпака 6 упирается с выступы седла 8 и 9. При запуске клапана производится сброс давления газа из полости под колпаком 6, вследствие чего равнодействующая сил давления, прижимающая колпак 6 к седлу 7, падает. Суммарная площадь кольцевых выступов 8 и 9 седла 7 в месте контакта с поверхностью колпака 6 выбрана так, что движение колпака 6 начинается лишь тогда, когда давление газа в полости 5 под колпаком 6 станет во много раз меньше рабочего давления газа в трубе

2, В момент, когда удельное давление, обусловленное прижатием колпака 6 к седлу 7 в месте контакта колпака 6 с седлом 7 станет меньше рабочего давления газа, начинаются протечки газа в канал низкого давления

3, Газ под давлением начинает распространяться на наружную коническую поверх2005249 ность колпака 6, что приводит к изменению знака равнодействующей сил, действующих на колпак 6. Колпак 6 начинает двигаться, открывая вход в канал низкого давления 3.

Канал, который образован поверхностями седла 7, входной частью канала низкого давления 3 и наружной конической поверхностью колпака 6, представляет собой сверхзвуковое сопло Лаваля. Известно, что в сверхзвуковом сопле Лаваля в режиме, который характеризуется отношением давлений в каналах высокого и низкого давлений много меньшим единицы, минимальное по площади сечение называется критическим, в котором газ достигает скорости звука и после которого резко падает давление.

Формула изобретения

ПУСКОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК, содержащий седло и запорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, внутренняя полость которого связана с источником управляющего давления, при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давления, отличающийся тем, что на седле. выполнено не менее двух кольцевых выступов, при этом диаметр наружной кромки первого выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака, а диаметр наружной кромки последнего выступа, примыкающего к входу трубы низкого давления, равен диаметру выходного сечения клапана, причем суммарная

Критическим сечением в нашем случае служит наружная кромка выступа 9 седла 7, диаметр которого равен диаметру Оаих трубы низкого давления 3 и сохраняет свое

5 положение во все время движения колпака.

Следовательно, давление газа, действующее на наружную коническую поверхность колпака 6 вплоть до диаметра О ы практически равно рабочему давлению, что приво10 дит к максимальному использованию рабочего давления для ускорения движения колпака 6. (56) Авторское свидетельство СССР

М 405446, кл. G 01 М 9/00, 1968.

15 АвтЬрское свидетельство СССР

К . 496405, кл, F 16 К 1/12, 1972. площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по форму20 ле

2 Рпк 2 Рвых т дупл= Ок — — Овых — ) + —, Рр Рр ) Pp где Synn - суммарная площадь кольцевых

25 выступов;

Ок - диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака;

Ря - давление газа в полости под колпаком в момент запуска:

30 Pp - рабочее давление газа в трубе высокого давления;

F p — сила трения колпака о направляющую в момент страгивания:

D> > - диаметр трубы низкого давления;

35 Рных - давление газа в трубе низкого давления.

2005249

f 2 Ф

Составитель С.Исаков

Техред M.Моргентал . Корректор M. Шароши

Редактор

Заказ 3429

Тираж Подписное

НПО Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101