RU2005249C1

RU2005249C1 - Пусковой клапан дл импульсных установок

Info

Publication number: RU2005249C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Исаков; Игорь Николаевич Исаков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Иста"
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1993-12-30

Abstract

Использование: импульсные установки управлени потоками газа в трубопроводах Сущность изобретени : пусковой клапан содержит запорный орган в виде колпака, перемещающегос по образующей обтекател , 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 давлени равен диаметру выходного сечени клапана, при этом суммарна площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по соответствующей формуле. 1 и

Description

Изобретение относитс к устройствам управлени потоками газа в трубопроводах и предназначено дл использовани в качестве пускового клапана в импульсных установках вместо разрушаемых диафрагм,

Известен клапан, используемый в ударной трубе, содержащий источник сж.атого газа, соединенный с камерой высокого дав лени , рабочий канал и управл емый клапан , помещенный между камерой высокого давлени и рабочим каналом, отличающийс тем, что с целью повышени надежности, снижени стоимости и упрощени эксплуатации трубы, клапан выполнен в виде тонкостенного тела вращени с конической рабочей поверхностью и цилиндрическим направл ющим участком, подвижно сочлененным по внутренней поверхности с цент- ральным пустотелым направл ющим стержнем, внутренн полость которого с помощью отверстий сообщена с внутренней полостью клапана, а посредством каналов с управл емыми кранами соединена с источником сжатого газа и атмосферой.

В аналоге диаметр, по которому колпак запирает вход в канал низкого давлени , выбираетс близким к диаметру обтекател , который мало отличаетс от наружной цилиндрической поверхности колпака, Это приводит к тому, что место расположени критического сечени с самого начала движени колпака находитс вблизи диаметра, по которому колпак запирает выход в канал низкого давлени и, следовательно, больша часть наружной поверхности колпака (особенно на начальных участках движени ) находитс под давлением, которое во много раз меньше рабочего, что значительно ухудшает быстродействие клапана.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс пусковой клапан дл ударных труб с запорным органом в виде колпака, перемещающегос по образующей обтекател , внутренн полость которого св зана с источником управл ющего давлени , отличающийс тем, что дл улучшени эксплуатационных характеристик клапана запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давлени , а своей внутренней, поверхностью повтор ет поверхность обтекател в месте их контакта.

В прототипе уплотнение выполнено в виде единого выступа, причем нижн кромка выступа седла не соопадает с диаметром выходной трубы, Это приводит к тому, что в момент открыти клапана критическое сечение оказываетс на этой кромке в течение длительного времени движени колпака, особенно в начале движени . Это приводит

к большому недобору результирующей сил давлени , действующих на наружную коническую поверхность колпака. Это приводит к тому, что колпак на начальном этапе движени движетс с недостаточным ускорением , привод щим к резкому ухудшению быстродействию клапана.

Цель изобретени - повышение быстродействи клапана.

Поставленна цель достигаетс тем, что пусковой клапан дл импульсных установок, имеющий запорный орган в виде колпака, перемещающегос по образующей обтекател , внутренн полость которого св зана

с источником управл ющего давлени , при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давлени , 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 давлени , равен диаметру выходного сечени клапан, при этом суммарна площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком определ етс по формуле

30

Зупл. f(Dg

-D

вых

5

0

5

где .Зупл - суммарна площадь кольцевых выступов,

DK диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака;

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

Рр - рабочее давление газа в трубе высокого давлени ;

Ртр - сила трени колпака о направл ющую в момент страгивани . 5Быстродействие клапана при прочи:: равных услови х (масса колпака, Dk, Овых, Pp. Рвых) будут определ тьс в основном двум услови ми: необходимо, чтобы с момента страгивани и во врем движени колпака по направл ющей газ под рабочим давлением воздействовал на максимально большую часть наружной конусной поверхности колпака; необходимо, чтобы с момента запуска давление газа в полости под

колпаком Рпк было максимально низким.

При страгивании колпака в момент запуска клапана между уплотн ющей поверхностью седла и конической поверхностью колпака образуетс кольцевой сужающийс

канал, аналогичный входной части сверхзвукового сопла Лавал , критическое сечение которого совпадает с кромкой выходной части седла уплотнени . Ниже по потоку давление в таком канале резко падает. Поэтому дл максимального использовани рабочего давлени газа необходимо, чтобы минимальным выходным диаметром уплотнени была величина не более Ьвых- Этим обуславливаетс диаметр выходной кромки уплотнени . Диаметр наружной кромки уплотнени должен быть выбран максимальным . Это может быть только диаметр равный Dk, так как та часть наружной поверхности колпака, котора находитс выше Dk в создании полезной силы, привод щей в движение колпчк, не участвует, так как полностью компенсируетс результирующей сил давлени , действующих на торец юбки колпака. Поэтому верхней границей диаметра кромки уплотнени седла следует прин ть величину, равную pk. Выполнение второго услови - необходимости обеспечени максимально низкой величины давлени газа под колплак РПк, обуславливаетс величиной площади опорной поверхности седла 5упл. В момент страгивани условием по влени протечек газа между седлом и поверхностью колпака вл етс равенство величины удельного давлени в уплотнении и рабочего давлени газа Рр. Результирующа сил, действующих на колпак в момент страгивани Fp определ етс как

РР |;0|-Рпк+ L . СП . Р

г гтр - - Ывых вых

где Рпк - давление газа под колпаком;

Ртр - сила трени поко юбки колпака о направл ющую;

Овых диаметр трубы низкого давлени ;

Рвых - давление газа в трубе низкого давлени .

Пусть 5упл (Dk2 - Овых2), тогда момент по влени протечек газа определитс уравнением:

Овых

Полага Frp 0 и РВЫх 0, имеем

РПК Овых

Ок

5Из полученного выражени следует, что при заданном отношении Оаых/Dk получить достаточно малую величину Рпк/Рр (например 0,1 - 0,3) не представл етс возможным , так как в этом случае отношение 0 Dk/Овых должно быть 1,05-1,2 что приведет к очень малой величине площади наружной конической поверхности колпака, наход щейс под рабочим давлением газа в мо- мент-,движени . Решить поставленную 5 задачу можно только уменьша величину 5угтл, не измен диаметров наружных кромок седла, т.е. проточками седла, при которых на седле образуютс опорные выступы, минимальное количество которых два.

Q На чертеже изображен схематически пусковой клапан дл импульсных установок в разрезе.

Пусковой клапан дл импульсных установок содержит корпус клапана 1, вл юще5 гос соединительным звеном участков трубы высокого 2 и низкого 3 давлений. Внутри корпуса 1 расположен обтекатель 4, внутренн полость 5 которого св зана с источником управл ющего давлени (на

0 чертеже не показан). По цилиндрической образующей обтекател 4 перемещаетс запорный орган 6, который выполнен в виде колпака, обращенного вершиной к участку трубы низкого давлени 3. Герметизаци за5 порного органа осуществл етс по седлу 7, имеющему как минимум два кольцевых выступа 8 и 9.

Клапан работает следующим образом. В подготовленном к работе клапане

0 давление газа в полости 5 под колпаком 6 равно рабочему давлению в трубе 2. Наружна коническа поверхность колпака б упираетс с выступы седла 8 и 9. При запуске клапана производитс сброс давлени газа

5 из полости под колпаком 6, вследствие чего равнодействующа сил давлени , прижима- юща колпак 6 к седлу 7, падает. Суммарна площадь кольцевых выступов 8 и 9 седла 7 в месте контакта с поверхностью колпака 6

0 выбрана так, что движение колпака 6 начинаетс лишь тогда, когда давление газа в полости 5 под колпаком 6 станет во много раз меньше рабочего давлени газа в трубе

2. В момент, когда удельное давление, обус- 5 ловленное прижатием колпака 6 к седлу 7 в месте контакта колпака 6 с седлом 7 станет меньше рабочего давлени газа, начинаютс протечки газа в канал низкого давлени

3. Газ под давлением начинает распростран тьс на наружную коническую поверхность колпака б, что приводит к изменению знака равнодействующей сил, действующих на колпак 6. Колпак 6 начинает двигатьс , открыва оход в канал низкого давлени 3. Канал, который образован поверхност ми седла 7, входной частью канала низкого давлени 3 и наружной конической поведхно- стьккколпака 6, представл ет собой сверхзвуковое сопло Лавал . Известно, что в сверхзвуковом сопле Лавал в режиме, который характеризуетс отношением давлений в каналах высокого и низкого давлений много меньшим единицы, минимальное по площади сечение называетс критическим , в котором газ достигает скорости звука и после которого резко падает давление.

Claims

Формула изобретени ПУСКОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК, содержащий седло и запорный орган в виде колпака, перемещающегос по образующей обтекател , внутренн полость которого св зана с источником управл ющего давлени , при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давлени , отличающийс тем, что на седле, выполнено ме 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 давлени , равен диаметру выходного сечени клапана, причем суммарна

Критическим сечением в нашем случае служит наружна кромка выступа 9 седла 7, диаметр которого равен диаметру 0Вых трубы низкого давлени 3 и сохран ет свое

5 положение во все врем движени колпака. Следовательно, давление газа, действую- щее на наружную коническую поверхность колпака 6 вплоть до диаметра 00ых практически равно рабочему давлению, что приво10 дит к максимальному использованию рабочего давлени дл ускорени движени колпака 6.

(56) Авторское свидетельство СССР № 405446, кл. G 01 М 9/00. 1968.

15 Авторское свидетельство СССР №496405, кл. F 16 К 1/12, 1972.

площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по форму- 20 ле

РПК РВЫХД FTp

Овых

Ро / РЕ

где Зупл - суммарна площадь кольцевых 25 выступов;

DK - диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака; РПК - давление газа в полости под колпаком в момент запуска;

30 Рр - рабочее давление газа в трубе высокого давлени ;

FTp - сила трени колпака о направл ющую в момент страгивани ; Оных - диаметр трубы низкого давлени ; 35 Рвых - давление газа в трубе низкого давлени .

/ г 4

5 6