RU2059909C1

RU2059909C1 - Safety valve

Info

Publication number: RU2059909C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Саламатов; Д.В. Анфиногенов; В.Г. Ахрамеев; Р.Д. Марданов
Original assignee: Саламатов Александр Михайлович
Priority date: 1985-11-06
Filing date: 1985-11-06
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: safety valve has housing 3, valving member 2 and sensitive element 5. The valving member is provided with rod 4. Rod 4 is made of a magnetostrictive material and rigidly secured inside housing 3. The housing is made up as a tubular permanent magnet. Sensitive element 5 is made up as a flexible barrel-shaped diaphragm mounted inside housing 3 with a controllable spaced relation and connected with the housing by way of magnetic screens. The diaphragm and rod define closed magnetic circuit. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к клапанам бортовых систем ракет и космических аппаратов, а более конкретно, к предохранительным клапанам, может быть использовано в пневмогидросистемах самолетов, морских и речных судов, машиностроительных станков, автомобилей и др. The invention relates to valves of onboard systems of rockets and spacecraft, and more particularly, to safety valves, can be used in the pneumohydrosystems of aircraft, sea and river vessels, machine tools, automobiles, etc.

Известен предохранительный клапан, содержащий корпус, запорный орган и чувствительный элемент (ОСТ 92-0136-70 "Клапаны предохранительные. Газодинамический расчет КП низкоподъемной схемы", 1970, с.59, рис.37). A known safety valve containing a housing, a locking member and a sensing element (OST 92-0136-70 "Safety valves. Gas-dynamic calculation of the KP low-lifting circuit", 1970, p. 59, Fig. 37).

Недостатком этого клапана является невысокая точность поддержания давления. The disadvantage of this valve is the low accuracy of pressure maintenance.

Изобретение направлено на повышение точности поддержания давления клапаном, в результате чего улучшаются эксплуатационные характеристики клапана. The invention is aimed at improving the accuracy of maintaining pressure by a valve, thereby improving valve performance.

Указанная задача решается за счет того, что в предохранительном клапане, содержащем корпус, запорный орган и чувствительный элемент, запорный орган снабжен штоком, выполненным из магнитострикционного материала и жестко закрепленным в корпусе, причем корпус выполнен в виде трубчатого постоянного магнита, а чувствительный элемент в виде гибкой, бочкообразной мембраны, установленной в корпусе с регулируемым зазором, и жестко соединенной с ним через магнитные экраны, при этом бочкообразная мембрана и шток образуют магнитную цепь. This problem is solved due to the fact that in the safety valve containing the housing, a locking member and a sensing element, the locking member is provided with a rod made of magnetostrictive material and rigidly fixed in the housing, the housing being made in the form of a tubular permanent magnet, and the sensitive element in the form a flexible, barrel-shaped membrane mounted in a housing with an adjustable gap, and rigidly connected to it through magnetic screens, while the barrel-shaped membrane and rod form a magnetic circuit.

На фиг. 1 изображен клапан, продольный разрез; на фиг.2 поперечный разрез. In FIG. 1 shows a valve, a longitudinal section; figure 2 cross section.

Клапан содержит 1, 8 магнитные экраны, 2 запорный орган (тарелка), 3 корпус клапана, выполненный в виде трубчатого постоянного магнита, 4 шток запорного органа, выполненный из магнитострикционного материала, 5 чувствительный элемент в виде гибкой бочкообразной мембраны, выполненной из магнитного материала, 6 корпус чувствительного элемента, выполненный из магнитного материала, 7 регулировочная гайка, 9 крышка регулировочного окна. The valve contains 1, 8 magnetic screens, 2 shut-off element (plate), 3 valve body made in the form of a tubular permanent magnet, 4 shutoff rod made of magnetostrictive material, 5 sensitive element in the form of a flexible barrel-shaped membrane made of magnetic material, 6 case of the sensing element made of magnetic material; 7 adjustment nut; 9 cover of the adjustment window.

Работа предохранительного клапана основана на явлении магнитострикции, т. е. это изменение формы и размеров тела при изменении его магнитного состояния, которое возникает при воздействии внешнего поля на ферромагнетик, температура которого ниже точки Кюри (см. например, Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. М. Высшая школа, 1972 г. УДК 538.1+538.2, с. 49). The operation of the safety valve is based on the phenomenon of magnetostriction, i.e., this is a change in the shape and size of the body when its magnetic state changes, which occurs when an external field acts on a ferromagnet whose temperature is below the Curie point (see, for example, A. Preobrazhensky, Theory of Magnetism , Magnetic Materials and Elements. M. Higher School, 1972. UDC 538.1 + 538.2, p. 49).

В предохранительном клапане шток запорного органа 4 выполнен из магнитострикционного материала, например, на основе редкоземельного металла гадолиния (РЗМ Gd), имеющего точку Кюри +18^оС и константу магнитострикции λ_s 10^-2 10^-3. Шток в закрытом клапане размагничен (магнитная индукция примерно равна нулю В 0 Тл.).The safety valve rod blocking member 4 is made of a magnetostrictive material, e.g., a rare earth metal gadolinium (REM Gd), having a Curie point of 18 ^{° C} and the magnetostriction constant λ _s 10 ^-2 10 ^-3. The stem in the closed valve is demagnetized (magnetic induction is approximately equal to zero In 0 T.).

В тот момент, когда давление газа в рабочей полости клапана превысит допустимое, гибкая мембрана 5, расширившись, выберет зазор между ней и магнитным корпусом 3 и соединит тем самым корпус 3 со штоком 4 в одну магнитную цепь. До этого цепь была разомкнута, так как между мембраной 5 и корпусом 3 существовал зазор, а шток 4 экранирован от корпуса 3 магнитными экранами 1 и 8. At that moment, when the gas pressure in the working cavity of the valve exceeds the permissible, flexible membrane 5, expanding, selects the gap between it and the magnetic housing 3 and thereby connects the housing 3 with the rod 4 in one magnetic circuit. Prior to this, the circuit was open, since there was a gap between the membrane 5 and the casing 3, and the rod 4 was shielded from the casing 3 by magnetic screens 1 and 8.

При соединении корпуса 3, намагниченного до насыщения, со штоком 4 посредством мембраны 5 магнитное поле в штоке 4 изменяется и за счет эффекта магнитострикции шток удлиняется на величину Δ l l_o ·λ_s например, при l_o 1000 мм и λ_s 10^-2 Δ l составит 2 мм, что вполне достаточно для обеспечения работы предохранительного клапана, так как для большинства эксплуатируемых в составе ракет и космических аппаратов предохранительных клапанов высота подъема клапана не превышает 2 мм. Закрытие клапана происходит тогда, когда давление в рабочей полости упадет ниже давления настройки, при этом мембрана 5, сужаясь, разъединит корпус 3 со штоком 4, магнитное поле через шток уменьшится, его длина уменьшится на Δ l, клапан закроется.When connecting the housing 3, magnetized to saturation, with the rod 4 through the membrane 5, the magnetic field in the rod 4 changes and due to the magnetostriction effect, the rod is extended by Δ ll _o · λ _s for example, when l _o 1000 mm and λ _s 10 ^-2 Δ l will be 2 mm, which is enough to ensure the operation of the safety valve, since for most safety valves operated as part of rockets and spacecraft, the valve lift height does not exceed 2 mm. The valve closes when the pressure in the working cavity drops below the setting pressure, while the membrane 5, tapering, disconnects the housing 3 from the stem 4, the magnetic field through the stem decreases, its length decreases by Δ l, the valve closes.

Для того, чтобы возник эффект магнитострикции необходимо размагниченный шток 4 намагнитить до насыщения (для гадолиния В 2,66 Тл). Это возможно при изменении напряженности внешнего магнитного поля, каким является магнитное поле намагниченного корпуса 3. Напряженность внешнего магнитного поля будет увеличиваться пропорционально уменьшению зазора между корпусом 3 и мембраной 5 и при условии, что ферромагнитные вещества, к которым относится и гадолиний, характеризуются способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых полях (см. справочник "Постоянные магниты", под ред. проф. Пятина, с.17), при некотором зазоре или при его отсутствии произойдет намагничивание штока 4 до насыщения. При этом, с учетом способности ферромагнетиков намагничиваться даже в слабых полях, корпус 3 может быть изготовлен не из редкоземельных металлов, а например, из менее дорогостоящего железокобальтового сплава. In order for the magnetostriction effect to occur, it is necessary to magnetize the demagnetized rod 4 to saturation (for gadolinium B 2.66 T). This is possible with a change in the external magnetic field strength, which is the magnetic field of the magnetized casing 3. The external magnetic field strength will increase in proportion to the decrease in the gap between the casing 3 and the membrane 5 and provided that the ferromagnetic materials, which include gadolinium, are characterized by the ability to magnetize up to saturation at ordinary temperatures even in weak fields (see the reference book "Permanent magnets", edited by prof. Pyatin, p.17), with some clearance or in the absence of it The magnetization of rod 4 will go to saturation. Moreover, taking into account the ability of ferromagnets to magnetize even in weak fields, the housing 3 can be made not of rare-earth metals, but, for example, of a less expensive iron-cobalt alloy.

В данном предохранительном клапане давление закрытия (Р_з) практически равно давлению открытия клапана (Р_о), т.е. отсутствует гистерезис расходной характеристики. Отсутствие гистерезиса обусловлено отсутствием сил трения при закрывании (открывании) клапана, а также пренебрежительно малым изменением результирующей сил давления газа на тарелку клапана при открывании и закрывании по сравнению с усилием, размываемым штоком при проявлении магнитострикционного эффекта. Усилие, развиваемое штоком, обусловлено физико-механическими характеристиками магнита. Так при диаметра штока 10 мм и пределе текучести 10 кгс/мм² это усилие составит 1000 кг, а сила на клапан за счет разницы площадей тарелки ПК при диаметре тарелки ≈ 30 мм и давлении настройки 6 кгс/см² равна ≈ 20 кгс.In this safety valve, the closing pressure (P _s ) is almost equal to the valve opening pressure (P _o ), i.e. there is no hysteresis of the flow rate characteristic. The absence of hysteresis is due to the absence of friction forces when closing (opening) the valve, as well as the negligibly small change in the resulting gas pressure forces on the valve plate when opening and closing compared with the force eroded by the rod when the magnetostrictive effect is manifested. The force developed by the rod is due to the physicomechanical characteristics of the magnet. So, with a rod diameter of 10 mm and a yield strength of 10 kgf / mm ^2, this force will be 1000 kg, and the force on the valve due to the difference in the area of the PC plate with a plate diameter of ≈ 30 mm and a setting pressure of 6 kgf / cm ² is ≈ 20 kgf.

В результате этого возможно повышение точности срабатывания клапана до величины, обеспечиваемой точностью чувствительного элемента. As a result of this, it is possible to increase the accuracy of the valve to the value provided by the accuracy of the sensing element.

Claims

SAFETY VALVE, comprising a housing, a locking member and a sensing element, characterized in that, in order to improve operational characteristics by increasing the accuracy of maintaining pressure, the locking member is equipped with a rod made of magnetostrictive material and rigidly fixed in the housing, and the housing is made in the form of a tubular constant a magnet, and a sensing element in the form of a flexible barrel-shaped membrane installed in a housing with an adjustable gap and rigidly connected to it through magnetic screens, while the barrel-shaped membrane and the rod form a closed magnetic circuit.