RU183903U1

RU183903U1 - Flow control unit

Info

Publication number: RU183903U1
Application number: RU2017146984U
Authority: RU
Original assignee: Акционерное общество "НПО Энергомаш имени академика В.П. Глушко"
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-10-08

Abstract

Данная полезная модель относится к области агрегатов автоматики, в частности к блокам регуляторов расхода, устанавливаемых в системах регулирования жидкостных ракетных двигателей.This utility model relates to the field of automation units, in particular to units of flow controllers installed in liquid rocket engine control systems.

Блок регуляторов расхода состоит из соединенных между собой регулятора расхода окислителя, регулятора расхода горючего и электропривода, причем указанные регуляторы имеют одинаковую конструкцию, и каждый из них включает в себя корпус, в котором установлены регулирующая и стабилизирующая части, и приводная часть, имеющая валик, при этом валик регулятора расхода горючего, с одной стороны, через реечное зацепление соединен с регулирующей частью этого регулятора расхода, а с другой стороны, соединен с валом электропривода, при этом валик регулятора расхода горючего соединен с валиком регулятора расхода окислителя, причем указанные валики и вал электропривода расположены на одной оси.The flow regulator block consists of interconnected oxidizer flow regulator, fuel flow regulator and electric drive, moreover, these regulators have the same design, and each of them includes a housing in which the regulating and stabilizing parts are installed, and the drive part having a roller, the roller of the fuel flow regulator, on the one hand, is connected via a rack mesh to the regulating part of this flow regulator, and on the other hand, is connected to the electric drive shaft, while the roller a fuel flow regulator is connected to a roller of an oxidizer flow regulator, wherein said rollers and an electric drive shaft are located on the same axis.

Предлагаемая полезная модель найдет применение в ЖРД без дожигания генераторного газа в магистралях питания восстановительного газогенератора, при этом один из регуляторов расхода будет менять тягу двигателя, а второй регулятор расхода будет поддерживать соотношение компонентов в газогенераторе при изменении тяги. 3 з.п. ф-лы; 2 ил.

The proposed utility model will find application in a liquid-propellant rocket engine after burning the generator gas in the supply lines of the reducing gas generator, while one of the flow controllers will change the engine thrust, and the second flow controller will maintain the ratio of components in the gas generator when the thrust changes. 3 s.p. f-ly; 2 ill.

Description

Полезная модель относится к блоку регуляторов расхода, предназначенному для жидкостных магистралей, в основном жидкостных ракетных двигателей.The utility model relates to a flow control unit for fluid lines, mainly liquid rocket engines.

Известен блок регуляторов давления, в котором используется регулятор тяги, установленный в системе питания восстановительного газогенератора, и регулятор соотношения компонентов топлива, который установлен на магистрали питания горючим газогенератора (см. кн. Володин В.А. и др. «Конструирование и проектирование ЖРД» под общей редакцией проф. Г.Г. Гахуна, Москва, Машиностроение, 1989 г., рис. 12.10, с. 330-331, рис. 12.11, с. 332)[1].Known block pressure regulators, which uses a traction controller installed in the power system of the recovery gas generator, and the ratio of the components of the fuel, which is installed on the fuel supply line of the gas generator fuel (see book. VA Volodin and others. "Construction and design of liquid propellant rocket engine" edited by Prof. G. G. Gakhun, Moscow, Engineering, 1989, Fig. 12.10, pp. 330-331, Fig. 12.11, p. 332) [1].

Регулятора тяги включает в себя управляющую и регулирующую части. К фланцу корпуса управляющей части крепится электродвигатель, который изменяет усилие настроечного элемента регулятора во время работы двигателя. ЧСУ (чувствительно-сравнивающее устройство) и силовым приводом регулятора является сильфон, в полость которого поступает компонент с входным давлением через лыски дроссельной иглы.The draft regulator includes control and regulating parts. An electric motor is attached to the flange of the housing of the control part, which changes the force of the adjusting element of the regulator during engine operation. The CSU (sensitive-comparing device) and the regulator’s power drive is a bellows, into the cavity of which a component with inlet pressure enters through the flats of the throttle needle.

Работа регулятора происходит следующим образом. При увеличении давления на входе в регулятор, соответственно, увеличивается давление во внутренней полости сильфона и последний, сжимая пружину, растягивается и перемещает дроссельную иглу, прикрывая проходное сечение и обеспечивая тем самым поддержание постоянства давления на выходе. Наоборот, при уменьшении давления на входе все происходит в обратном направлении, дроссельная игла приоткрывает проходное сечение [1].The operation of the regulator is as follows. With increasing pressure at the inlet to the regulator, accordingly, the pressure in the inner cavity of the bellows increases, and the latter, compressing the spring, stretches and moves the throttle needle, covering the bore and thereby maintaining a constant pressure at the outlet. On the contrary, when the inlet pressure decreases, everything happens in the opposite direction, the throttle needle opens the passage section [1].

В регуляторе, поддерживающем постоянное соотношение компонентов в газогенераторе, в качестве ЧСУ применена гибкая мембрана, которая одновременно является и приводом дросселирующего плунжера. Слева на мембрану действует управляющее давление окислителя, справа - регулируемое давление горючего. При нарушении равновесия мембрана прогибается и перемещает в соответствующую сторону дросселирующий орган, увеличивая или уменьшая проходное сечение канала горючего. В результате этого происходит поддержание давления горючего в магистрали в соответствии с изменениями давления окислителя, что обеспечивает постоянство соотношения компонентов, поступающих в газогенератор.In the regulator, which maintains a constant ratio of components in the gas generator, a flexible membrane is used as a CSU, which is also the drive of the throttling plunger. The control pressure of the oxidizing agent acts on the left of the membrane, and on the right is the regulated pressure of the fuel. In case of imbalance, the membrane bends and moves the throttle body to the corresponding side, increasing or decreasing the passage section of the fuel channel. As a result of this, the pressure of the fuel in the line is maintained in accordance with changes in the pressure of the oxidizing agent, which ensures a constant ratio of the components entering the gas generator.

Недостатком этого блока регуляторов является то, что между двумя регуляторами существует гидравлическая связь через мембрану, установленную в регуляторе соотношения компонентов. Поэтому в случае использования криогенных компонентов топлива, таких как жидкий кислород и жидкий аммиак, для работы газогенератора и двигателя этот блок не будет работать, так как с двух сторон мембраны будут находиться криогенные компоненты с большой разницей температур, что приведет к захолаживанию аммиака. Задачей полезной модели является создание блока регуляторов расхода, работающего на любых компонентах топлива.The disadvantage of this block of regulators is that between the two regulators there is a hydraulic connection through the membrane installed in the regulator of the ratio of components. Therefore, in the case of using cryogenic fuel components, such as liquid oxygen and liquid ammonia, this unit will not work for operation of the gas generator and engine, since there will be cryogenic components with a large temperature difference on both sides of the membrane, which will lead to cooling of ammonia. The objective of the utility model is to create a block of flow controllers that runs on any fuel component.

Эта задача решена за счет того, что в блоке регуляторов расхода, состоящем из соединенных между собой регулятора расхода окислителя, регулятора расхода горючего и электропривода, причем указанные регуляторы имеют одинаковую конструкцию, и каждый из них включает в себя корпус, в котором установлены регулирующая и стабилизирующая части и приводная часть, имеющая валик, при этом валик регулятора расхода горючего, с одной стороны, через реечное зацепление соединен с регулирующей частью этого регулятора расхода, а с другой стороны, соединен с валом электропривода, кроме того, валик регулятора расхода горючего соединен с валиком регулятора расхода окислителя, а указанные валики и вал электропривода расположены на одной оси.This problem is solved due to the fact that in the unit of flow regulators, consisting of interconnected oxidizer flow regulator, fuel flow regulator and electric drive, moreover, these regulators have the same design, and each of them includes a housing in which the regulating and stabilizing parts and a drive part having a roller, the roller of the fuel flow regulator, on the one hand, through the rack mesh connected to the regulating part of this flow regulator, and on the other hand, connected to the drive shaft, in addition, the fuel flow regulator roller is connected to the oxidizer flow regulator roller, and these rollers and the electric drive shaft are located on the same axis.

Другими отличиями являются:Other differences are:

- соединение валика регулятора расхода горючего с валиком регулятора расхода окислителя осуществлено через полумуфту и крестовину, установленные на концевых участках двух валиков, при этом между крестовиной и полумуфтой установлена проставка, имеющая разное количество конических зубьев;- the connection of the roller of the fuel flow regulator with the roller of the oxidizer flow regulator is carried out through the coupling half and the spider installed on the end sections of the two rollers, while a spacer having a different number of bevel teeth is installed between the spider and the coupling half;

- соединение валика регулятора горючего с валом электропривода осуществляется через полумуфту, проставку, имеющую разное количество конических зубьев;- the connection of the fuel regulator roller with the electric drive shaft is carried out through the coupling half, a spacer having a different number of bevel teeth;

- соединение приводных корпусов регуляторов расхода осуществлено с помощью фланцев, между которыми установлено кольцо из материала с низкой теплопроводностью, например, из паронита.- the connection of the drive housings of the flow controllers is carried out using flanges, between which a ring of material with low thermal conductivity, for example, of paronite, is installed.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 представлено продольное сечение блока регуляторов расхода.In FIG. 1 shows a longitudinal section of a flow control unit.

На фиг. 2 представлено сечение по А-А на фиг. 1.In FIG. 2 is a section along AA in FIG. one.

Описание полезной моделиUtility Model Description

Блок регуляторов расхода (фиг. 1) состоит из регулятора расхода горючего 1 и регулятора расхода окислителя 2, настройка которых на заданные уровни расхода осуществляется одним электроприводом (не показан).The unit of flow regulators (Fig. 1) consists of a fuel flow regulator 1 and an oxidizer 2 flow regulator, the adjustment of which to the specified flow levels is carried out by one electric drive (not shown).

Регуляторы расхода, входящие в состав блока регуляторов расхода, имеют одну конструктивную схему исполнения, поэтому описание конструкции и принципа работы приводится на примере одного из двух регуляторов расхода.Flow controllers, which are part of the flow controllers block, have one design scheme, therefore, the design and operating principle are described using one of two flow controllers as an example.

Каждый регулятор расхода содержит приводной корпус 3, внутри которого установлен валик 4 (4'), который соединен с регулирующей частью регулятора. Приводные корпуса 3 обоих регуляторов расхода имеют фланцы 5 и 6, стянутые болтами 7. Между фланцами установлено кольцо 8 из материала с низкой теплопроводностью, например, из паронита. Валики 4 указанных регуляторов также соединены между собой и с валом электропривода и расположены на одной оси.Each flow regulator contains a drive housing 3, inside of which a roller 4 (4 ') is installed, which is connected to the regulating part of the regulator. The drive bodies 3 of both flow controllers have flanges 5 and 6 tightened by bolts 7. A ring 8 is made between the flanges of material with low thermal conductivity, for example, of paronite. The rollers 4 of these controllers are also connected to each other and to the drive shaft and are located on the same axis.

Регулятор расхода окислителя (горючего) (фиг. 2) имеет дросселирующую часть, состоящую из направляющей 9, в которой имеются перекрываемые дросселирующие окна 10 определенного профиля, рейки 11, перекрывающей эти дросселирующие окна, причем перемещение рейки 11 осуществляется с помощью реечного зацепления при вращении валика 4, и стабилизирующую часть, которая обеспечивает поддержание постоянного перепада давлений на дросселирующих окнах 10, состоящую из золотника 12, направляющей 13 и пружины 14, установленной между золотником 12 и направляющей 13.The oxidizer (fuel) flow regulator (Fig. 2) has a throttling part, consisting of a guide 9, in which there are overlapping throttling windows 10 of a certain profile, rails 11 that overlap these throttling windows, and the rail 11 is moved by means of rack engagement during rotation of the roller 4, and the stabilizing part, which provides a constant pressure drop across the throttling windows 10, consisting of a spool 12, a guide 13 and a spring 14 mounted between the spool 12 and the guide 1 3.

В направляющих 9 и 13 имеются отверстия 15 и 16, через которые подводится компонент с давлением на входе в дросселирующие окна 10 в полость, образованную направляющей 9 и золотником 12, а в золотнике 12 имеются отверстия 17, по которым компонент, прошедший через дросселирующие окна 10, подводится в полость, образованную золотником 12 и направляющей 13. Таким образом, на эффективную площадь золотника 12 воздействует усилие от перепада давлений на дросселирующих окнах 10, которое уравновешивается усилием пружины 14. В направляющей 13 выполнены стабилизирующие окна 18, перекрываемые при работе регулятора золотником 12.In the guides 9 and 13 there are holes 15 and 16, through which a component is supplied with pressure at the inlet of the throttling windows 10 into the cavity formed by the guide 9 and the spool 12, and in the spool 12 there are holes 17 through which the component passing through the throttling windows 10 , is introduced into the cavity formed by the spool 12 and the guide 13. Thus, the effective area of the spool 12 is affected by the force from the differential pressure on the throttling windows 10, which is balanced by the force of the spring 14. In the guide 13 are made stabilizing windows 18, overlapped during operation of the regulator by spool 12.

Для обеспечения работы двух регуляторов от одного электропривода на валике 4 регулятора горючего закреплена крестовина 19, находящаяся в зацеплении с полумуфтой 20, жестко соединенной с валиком 4' регулятора окислителя. При стыковке с электроприводом валик 4 регулятора горючего устанавливается в нужное угловое положение относительно вала электропривода с помощью проставки 21, имеющей разное количество конических зубьев, расположенных на ее торцах. В таком случае при повороте проставки в окружном положении на 1 зуб относительно полумуфты 22, жестко соединенной с валом электропривода, валик регулятора горючего повернется на необходимую часть окружности. Такая же регулировка по углу предусмотрена и для регулятора окислителя с помощью проставки 23.To ensure the operation of two regulators from one electric drive, a crosspiece 19 is fixed on the roller 4 of the fuel regulator, which is engaged with the coupling half 20, which is rigidly connected to the roller 4 'of the oxidizer regulator. When docking with the electric drive, the fuel regulator roller 4 is set to the desired angular position relative to the electric drive shaft with the help of a spacer 21 having a different number of bevel teeth located at its ends. In this case, when the spacer is rotated in the circumferential position by 1 tooth relative to the coupling half 22, rigidly connected to the electric drive shaft, the fuel regulator roller will turn to the necessary part of the circle. The same angle adjustment is provided for the oxidizer regulator using spacers 23.

Для исключения захолаживания регулятора горючего, работающего на высококипящем компоненте - жидком аммиаке от взаимодействия с жидким кислородом, фланцы регуляторов расхода разделены кольцом из материала с малой теплопроводностью.To prevent cooling of the fuel regulator operating on a high-boiling component - liquid ammonia from interaction with liquid oxygen, the flanges of the flow regulators are separated by a ring of material with low thermal conductivity.

Работа блока регуляторов расходаThe operation of the flow control unit

При повороте вала электропривода крутящий момент через полумуфту 22 передается на валик 4 регулятора горючего, а затем с крестовины 19, укрепленной наWhen the electric drive shaft is rotated, the torque through the coupling half 22 is transmitted to the fuel regulator roller 4, and then from the crosspiece 19, mounted on

валике 4, передается на полумуфту 20, и таким образом приводятся в действие одновременно обе рейки 11, связанные с соответствующими валиками. При перемещении реек 11 осуществляется перекрытие (открытие) дросселирующих окон 10 в направляющих с целью изменения расхода окислителя (горючего).the roller 4, is transmitted to the coupling half 20, and thus both rails 11 connected to the respective rollers are simultaneously driven. When moving the rails 11 is the overlap (opening) of the throttling windows 10 in the rails in order to change the flow rate of the oxidizing agent (fuel).

Постоянный расход компонента на заданном уровне настройки обеспечивается поддержанием постоянного перепада давлений на дросселирующих окнах 10 направляющей 9, которые открыты на постоянную величину для заданного уровня расхода. Постоянство перепада давления обеспечивается балансом сил: усилия от действия перепада давления на эффективную площадь золотника 12 и усилия пружины 14. При случайном возмущении давлений на входе или выходе из регулятора изменяется перепад давлений на дросселирующих окнах 10 и, следовательно, изменяется усилие, действующее на золотник 12. Золотник по направляющей 13 перемещается в уравновешенное положение, изменяя проходное сечение стабилизирующих окон 18 в этой направляющей, тем самым изменяет гидравлическое сопротивление тракта регулятора, что приводит к восстановлению перепада давлений на дросселирующей части регулятора и расхода компонента.Constant flow rate of the component at a given level of adjustment is ensured by maintaining a constant pressure drop across the throttling windows 10 of the guide 9, which are open at a constant value for a given flow rate. The constancy of the differential pressure is ensured by the balance of forces: the forces from the action of the differential pressure on the effective area of the spool 12 and the force of the spring 14. With a random disturbance in the pressure at the inlet or outlet of the regulator, the differential pressure across the throttling windows 10 changes and, therefore, the force acting on the spool 12 The slide valve along the guide 13 moves to a balanced position, changing the flow area of the stabilizing windows 18 in this guide, thereby changing the hydraulic resistance of the path ra, which leads to the restoration of the differential pressure on the throttling part of the regulator and the flow rate of the component.

Установка двух валиков регулятора расхода на одном валу вместе с валом электропривода позволяет обеспечить работу газогенератора и двигателя в целом на любых компонентах топлива.The installation of two rollers of the flow regulator on one shaft together with the electric drive shaft allows the gas generator and the engine as a whole to operate on any fuel components.

Промышленное применениеIndustrial application

Предлагаемая полезная модель найдет применение в ЖРД без дожигания генераторного газа в магистралях питания восстановительного газогенератора, при этом один из регуляторов расхода будет регулировать тягу двигателя, а второй регулятор расхода будет поддерживать соотношение компонентов в газогенераторе при изменении тяги.The proposed utility model will find application in a liquid-propellant rocket engine without burning the generator gas in the supply lines of the reducing gas generator, while one of the flow regulators will regulate the engine thrust, and the second flow regulator will maintain the ratio of components in the gas generator when the thrust changes.

Claims

1. The block of flow regulators, consisting of interconnected flow regulator of oxidizer, fuel flow regulator and electric drive, moreover, these regulators have the same design, and each of them includes a housing in which the regulating and stabilizing parts and the drive part having a roller are installed wherein the roller of the fuel flow regulator, on the one hand, is connected via a rack mesh to the regulating part of this flow regulator, and on the other hand, is connected to the electric drive shaft, characterized the fact that the roller of the fuel flow regulator is connected to the roller of the oxidizer flow regulator, and these rollers and the electric drive shaft are located on the same axis.

2. The flow control unit according to claim 1, characterized in that the connection of the fuel flow regulator roller with the oxidizer flow regulator roller is made through a coupling half and a spider installed on the end sections of the two rollers, while a spacer having a different number of conical spacers is installed between the spider and the coupling half teeth.

3. The flow control unit according to claim 1, characterized in that the fuel roller is connected to the electric drive shaft through a coupling half, a spacer having a different number of bevel teeth.

4. The block of flow controllers according to claim 1, characterized in that the drive enclosures of the flow controllers are connected using flanges, between which a ring of material with low thermal conductivity, for example, of paronite, is installed.