RU2466320C1

RU2466320C1 - Gas-distributing valve

Info

Publication number: RU2466320C1
Application number: RU2011139335/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Черепов (RU); Владимир Иванович Черепов; Олег Александрович Лобанов (RU); Олег Александрович Лобанов; Валентина Павловна Тумановская (RU); Валентина Павловна Тумановская
Original assignee: Открытое акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники"
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-11-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: gas-distributing valve includes body with one inlet and two outlet connection pipes, and dampers kinematically connected to the shaft. Shaft axis is located perpendicular to axes of flow ports of outlet connection pipes. Dampers are made in the form of a part of hollow rotation body in the form of a sector with flow ports and installed with radial gap in relation to the shaft and adjacent to outlet connection pipes along mutually facing equal rotation surfaces with common centre on the shaft axis. Annular bosses not covering the flow ports of inlet and outlet connection pipes, which are located in one plane, are made on the shaft perpendicular to its axis. Limit stops of dampers are made on side surfaces of dampers throughout the length in their rotation plane in the form of a part of hollow cylinder in the form of a sector. Through slots are made in limit stops of dampers. On annular bosses of the shaft there made are projections which enter through slots of cylindrical limit stops of dampers and contact the side walls of slots along cylindrical surfaces.

EFFECT: decrease of hinge moment value of valve drive shaft.

3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование газораспределительных клапанов, работающих на продуктах сгорания ракетных топлив и обеспечивающих управление летательным аппаратом в плоскостях тангажа, рыскания и крена.The invention relates to the field of engineering and is aimed at improving gas distribution valves operating on the combustion products of rocket fuels and providing control of the aircraft in the planes of pitch, yaw and roll.

Известна конструкция газораспределительного клапана горячего газа, содержащая корпус с входным и двумя выходными патрубками, в выходные патрубки установлены седла, с которыми по цилиндрическим поверхностям контактируют регулирующие элементы, которые соединены с валами, при этом в седлах и регулирующих элементах выполнены расходные отверстия прямоугольной формы (патент РФ №2355931, МПК F16К 5/12, F16К 5/04, 2009 г., бюл. №14).A known design of a gas distribution valve of hot gas, comprising a housing with an inlet and two outlet pipes, seats are installed in the outlet pipes, with which control elements are connected on cylindrical surfaces, which are connected to the shafts, and rectangular holes are made in the seats and control elements (patent RF No. 2355931, IPC F16K 5/12, F16K 5/04, 2009, bull. No. 14).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что требуется наличие двух валов и двух приводов для обеспечения управления.The disadvantage of this design is that it requires two shafts and two drives to provide control.

Известна конструкция газораспределительного клапана, состоящая из корпуса с входным и двумя расходными патрубками, а также расположенных в корпусе с возможностью поворота заслонок, связанных кинематически с общим валом и установленных по отношению к выходным патрубкам и валу с осевым люфтом, на валу перпендикулярно его оси выполнены кольцевые приливы, не перекрывающие расположенные в одной плоскости расходные отверстия прямоугольной формы, одна пара сторон которого перпендикулярна оси вала, входного и выходных патрубков, при этом для заданной расходной характеристики угловое расположение расходных отверстий заслонок и выходных патрубков определяется определенным соотношением (патент РФ №2377460, МПК 16К 11/085, 16К 5/12, 16К 5/04, 2009 г., бюл.36).A known design of a gas control valve, consisting of a housing with an inlet and two consumable nozzles, and also located in the housing with the ability to rotate the shutters, kinematically connected with a common shaft and installed in relation to the outlet nozzles and the shaft with axial play, annular rings are made on the shaft perpendicular to its axis tides that do not overlap the rectangular openings located in the same plane, one pair of sides of which are perpendicular to the axis of the shaft, inlet and outlet nozzles, while for given flow characteristics, the angular location of the flow openings of the shutters and outlet pipes is determined by a certain ratio (RF patent No. 2377460, IPC 16K 11/085, 16K 5/12, 16K 5/04, 2009, bull. 36).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что в соединении вала с заслонкой реализована толкающая схема, которая приводит к увеличению нагрузочной характеристики (шарнирному моменту), а контакт седла и заслонки происходит по цилиндрическим поверхностям, что в некоторых случаях может также приводить к увеличению шарнирного момента. Увеличение шарнирного момента в свою очередь приводит к увеличению массы привода и узлов кинематической цепи привод-заслонка.The disadvantage of this design is that in the connection of the shaft with the shutter, a pushing scheme is implemented, which leads to an increase in the load characteristic (hinge moment), and the contact of the seat and the shutter occurs on cylindrical surfaces, which in some cases can also lead to an increase in the hinge moment. An increase in the hinge moment in turn leads to an increase in the mass of the actuator and the nodes of the kinematic chain of the actuator-damper.

Целью изобретения является уменьшение величины шарнирного момента вала.The aim of the invention is to reduce the magnitude of the hinge moment of the shaft.

Указанная цель достигается тем, что в газораспределительном клапане, содержащем корпус с входным и двумя выходными патрубками с расходными отверстиями, а также расположенные в корпусе с возможностью поворота заслонки, связанные кинематически с валом, при этом ось вала расположена перпендикулярно осям расходных отверстий выходных патрубков, а заслонки выполнены в виде части полого тела вращения в форме сектора с расходными отверстиями и установлены по отношению к валу с радиальным зазором и сопряжены с выходными патрубками по взаимообращенным одинаковым поверхностям вращения с общим центром на оси вала, а на валу выполнены перпендикулярно его оси кольцевые приливы, не перекрывающие расположенные в одной плоскости расходные, отверстия входного и выходных патрубков, на боковых поверхностях заслонок выполнены на всю длину в плоскости их вращения ограничители заслонок в виде части полого цилиндра в форме сектора, при этом в ограничителях заслонок выполнены сквозные прорези, а на кольцевых приливах вала выполнены выступы, которые заходят в сквозные прорези цилиндрических ограничителей заслонок и контактируют с боковыми стенками прорезей по цилиндрическим поверхностям.This goal is achieved by the fact that in a gas distribution valve containing a housing with an inlet and two outlet pipes with consumable holes, and also located in the housing with the possibility of rotation of the shutter, kinematically connected with the shaft, while the shaft axis is perpendicular to the axes of the outlet openings of the outlet pipes, and the shutters are made in the form of a part of a hollow body of revolution in the form of a sector with consumable holes and are mounted with respect to the shaft with a radial clearance and are interfaced with the outlet pipes Equal surfaces of revolution with a common center on the axis of the shaft and ring tides perpendicular to its axis, not overlapping consumables located in the same plane, openings of the inlet and outlet pipes, are made on the side surfaces of the shutters along the entire length in the plane of their rotation, the shutter stops in in the form of a part of a hollow cylinder in the form of a sector, while through the slots in the stoppers of the shutters, protrusions are made on the annular tides of the shaft, which go into the through cuts of the cylindrical x limiters and damper in contact with the side walls of the slots on the cylindrical surfaces.

На фиг.1 изображен общий вид газораспределительного клапана.Figure 1 shows a General view of the gas distribution valve.

На фиг.2 изображено сечение газораспределительного клапана.Figure 2 shows a cross section of a gas distribution valve.

На фиг.3 изображен вид вала с выступами.Figure 3 shows a view of a shaft with protrusions.

На фиг.4 изображено расходное отверстие заслонки и выходного патрубка прямоугольной формы.Figure 4 shows the flow opening of the shutter and the outlet pipe of a rectangular shape.

На фиг.5 изображена заслонка сферической формы.Figure 5 shows the valve spherical shape.

На фиг.6 изображена заслонка цилиндрической формы.Figure 6 shows the valve cylindrical shape.

На фиг.7 изображены угловые расположения взаимосвязанных между собой деталей и узлов газораспределительного клапана.Figure 7 shows the angular location of interconnected parts and components of the gas distribution valve.

На фиг.8 изображена расходная характеристика газораспределительного клапана с двумя заслонками и выходными патрубками.On Fig shows the flow rate characteristic of the gas distribution valve with two shutters and outlet pipes.

Газораспределительный клапан (фиг.1, 2) содержит корпус 1 с входным 2 и выходными патрубками 3 с расходными отверстиями 4, 5 и 6, соответственно, размещенные в корпусе с возможностью поворота две заслонки 7, кинематически связанные с валом 8. Ось 9 вала расположена перпендикулярно осям 10 и 11 выходных патрубков, которые расположены в одной плоскости. На валу выполнены перпендикулярно его оси кольцевые приливы 12, не перекрывающие размещенные в одной плоскости расходные отверстия входного и выходных патрубков. Внутри корпуса на выходных патрубках вокруг его расходного отверстия выполнены выступы 13, с которыми по взаимообращенным соосным поверхностям вращения контактируют заслонки, выполненные в виде части полого цилиндра или полой сферы в форме сектора. В заслонках выполнены расходные отверстия 14, длина которых в радиальной плоскости, перпендикулярной оси 9 вала 8, равна длине расходного отверстия выходного патрубка в этой же плоскости. Заслонка установлена по отношению к входному патрубку и валу с возможностью радиального перемещения. Для обеспечения радиального перемещения кольцевые приливы 12 вала снабжены выступами 15 (фиг.1, 3), которые заходят в сквозные прорези 16 (фиг.1) ограничителей 17 (фиг.1, 5, 6). Ограничители 17 выполнены на обеих боковых поверхностях заслонок на всю длину заслонок в плоскости их вращения в виде части полого цилиндра в форме сектора. Сквозные прорези ограничителей заслонок могут быть расположены симметрично относительно крайних торцов заслонки в ее радиальном сечении (фиг.1). Выступы 15 контактируют с боковыми стенками 18 прорезей 16 по цилиндрическим поверхностям. Расходные отверстия выходных патрубков и заслонок могут быть выполнены в форме прямоугольника, у которого одна пара сторон 19 (фиг.4) перпендикулярна оси 9 вала 8. Заслонки могут быть выполнены по поверхностям контакта с выходными патрубками по сферическим 9 (фиг.5) или цилиндрическим (фиг.6) поверхностям вращения с общим центром на оси вала.The gas distribution valve (FIGS. 1, 2) comprises a housing 1 with an inlet 2 and an outlet 3 with flow openings 4, 5 and 6, respectively, two shutters 7, kinematically connected with the shaft 8, housed rotatably, axis 9 of the shaft is located perpendicular to the axes 10 and 11 of the outlet pipes, which are located in the same plane. On the shaft, perpendicular to its axis, annular tides 12 are made that do not overlap the inlet and outlet nozzles located in the same plane. Lugs 13 are made inside the casing at the outlet nozzles around its feed opening, with which shutters made in the form of a part of a hollow cylinder or a hollow sphere in the form of a sector are in contact on mutually inversed coaxial surfaces of revolution. In the dampers, supply openings 14 are made, the length of which in the radial plane perpendicular to the axis 9 of the shaft 8 is equal to the length of the outlet opening of the outlet pipe in the same plane. The damper is installed with respect to the inlet pipe and the shaft with the possibility of radial movement. To ensure radial movement of the annular tides 12 of the shaft are provided with protrusions 15 (Fig.1, 3), which go into the through slots 16 (Fig.1) of the stops 17 (Fig.1, 5, 6). Limiters 17 are made on both side surfaces of the shutters for the entire length of the shutters in the plane of their rotation in the form of a part of a hollow cylinder in the form of a sector. The through slots of the stoppers of the shutters can be located symmetrically with respect to the extreme ends of the shutter in its radial section (Fig. 1). The protrusions 15 are in contact with the side walls 18 of the slots 16 along cylindrical surfaces. Consumption openings of the outlet pipes and dampers can be made in the form of a rectangle, in which one pair of sides 19 (Fig. 4) is perpendicular to the axis 9 of the shaft 8. The dampers can be made along the contact surfaces with the outlet pipes along spherical 9 (Fig. 5) or cylindrical (6) surfaces of rotation with a common center on the axis of the shaft.

Чтобы обеспечить необходимую расходную характеристику и обеспечить ее линейность в радиальной плоскости, перпендикулярной оси вала, при прямоугольном расходном отверстии заслонок и расходных патрубков длина отверстий заслонок и выходных патрубков должна быть одинакова, а взаимосвязь их расходных отверстий определяется эмпирически полученными соотношениями:To provide the necessary flow characteristic and ensure its linearity in the radial plane perpendicular to the axis of the shaft, with a rectangular flow opening of the valves and consumables, the lengths of the openings of the valves and the outlet pipes must be the same, and the relationship between their consumables is determined by empirically obtained relationships:

β=0.5α, ρ>2α, ω>α,β = 0.5α, ρ> 2α, ω> α,

где α - угол между торцами расходного отверстия заслонки или торцами расходного отверстия выходного патрубка;where α is the angle between the ends of the flow opening of the valve or the ends of the flow opening of the outlet pipe;

β - угол между торцом расходного отверстия выходного патрубка, ближайшего к входному патрубку, и кромкой расходного отверстия заслонки, наиболее удаленной от входного патрубка;β is the angle between the end of the outlet opening of the outlet pipe closest to the inlet pipe and the edge of the outlet hole of the shutter farthest from the inlet pipe;

ω - угол между торцом расходного отверстия заслонки и кромкой заслонки, ближайшими к входному патрубку;ω is the angle between the end of the supply opening of the shutter and the edge of the shutter closest to the inlet pipe;

ρ - угол между торцом расходного отверстия заслонки и кромкой заслонки, наиболее удаленными от входного патрубка.ρ is the angle between the end of the supply opening of the shutter and the edge of the shutter, the farthest from the inlet pipe.

Для исключения упора заслонок друг в друга и перекрытия отверстия входного патрубка должно обеспечиваться следующее соотношение углов:In order to exclude the stop of the shutters against each other and overlap the holes of the inlet pipe, the following ratio of angles should be provided:

η>0, φ>2α, γ>2α.η> 0, φ> 2α, γ> 2α.

Расположение углов приведено на фиг.7.The location of the corners is shown in Fig.7.

При работе горячие газы поступают через расходное отверстие 4 входного патрубка 2 во внутреннюю полость клапана и далее подходят к расходным отверстиям 5 и 6 выходных патрубков 3. При вращении вала 8 одна из заслонок может открывать или закрывать расходные отверстия 5 и 6 выходных патрубков 3. Через открытые расходные отверстия выходных патрубков горячие газы истекают наружу, создавая тягу.During operation, hot gases enter through the inlet 4 of the inlet pipe 2 into the internal cavity of the valve and then go to the flow openings 5 and 6 of the outlet pipes 3. When the shaft 8 rotates, one of the shutters can open or close the outlet openings 5 and 6 of the outlet pipes 3. Through open flow outlets of the outlet pipes hot gases flow outward, creating traction.

Выполнение расходных отверстий заслонок и выходных патрубков прямоугольной формы, ориентированной вполне определенным образом, обеспечивает линейное изменение расходной площади через клапан. При определенном угловом расположении расходных отверстий заслонок и выходных патрубков, а также угловых размеров торцов заслонок в радиальной плоскости обеспечивается расходная характеристика клапана, приведенная на фиг.8.The execution of the flow openings of the shutters and outlet pipes of a rectangular shape, oriented in a very specific way, provides a linear change in the flow area through the valve. With a certain angular arrangement of the flow openings of the dampers and the outlet pipes, as well as the angular dimensions of the ends of the dampers in the radial plane, the flow characteristic of the valve shown in Fig. 8 is provided.

Замена толкающей схемы приложения сил на тянущую по сравнению с прототипом приводит к снижению величины шарнирного момента. Тянущая схема реализуется за счет того, что на валу выполнены выступы 15, заходящие в сквозные прорези 16 ограничителей 17 заслонок 7. Дополнительное снижение величины шарнирного момента может быть обеспечено применением контакта заслонки и выходного патрубка по сферическим поверхностям, а также выполнением сквозных прорезей ограничителей заслонок симметрично относительно крайних торцов заслонки в ее радиальном сечении, т.к. при движении заслонок вправо или влево сохраняется одинаковое соотношение сил. Контакт выступов 15 вала и боковых стенок 18 сквозных прорезей 16 заслонок 7 обеспечивает самоустановку контактирующих между собой цилиндрических или сферических поверхностей заслонок и выходных патрубков.Replacing the pushing scheme of the application of forces on the pulling in comparison with the prototype leads to a decrease in the magnitude of the hinge moment. The pulling scheme is implemented due to the fact that the protrusions 15 are made on the shaft, which enter into the through slots 16 of the stoppers 17 of the shutters 7. An additional reduction in the magnitude of the hinge moment can be achieved by using the contact of the shutter and the outlet pipe on spherical surfaces, as well as by making through-through cuts of the stoppers of the shutters symmetrically relative to the extreme ends of the damper in its radial section, because when the flaps move to the right or left, the same balance of forces is maintained. The contact of the protrusions 15 of the shaft and the side walls 18 of the through-cuts 16 of the shutters 7 allows for the self-installation of the cylindrical or spherical surfaces of the shutters and outlet pipes in contact with each other.

Таким образом, конструкция газораспределительного клапана обеспечивает: снижение шарнирного момента при обеспечении уменьшения непроизводительного расхода газа через закрытые участки расходных отверстий выходных патрубков; линейность расходной характеристики.Thus, the design of the gas distribution valve provides: reduction of the hinge moment while ensuring reduction of unproductive gas flow through the closed sections of the flow openings of the outlet pipes; linearity of the flow characteristic.

Claims

1. A gas distribution valve comprising a housing with an inlet and two outlet nozzles with flow openings, and also located in the housing with a possibility of rotation of the flapper, kinematically connected with the shaft, the axis of the shaft being perpendicular to the axes of the consumable openings of the outlet pipes, and the shutters are made as part a hollow body of revolution in the form of a sector with consumable holes and mounted relative to the shaft with a radial clearance and mated to the outlet pipes on mutually reversed identical surfaces bp Connections with a common center on the shaft axis and ring tides perpendicular to its axis are made on the shaft, which do not overlap the inlet and outlet nozzles located in the same plane, characterized in that on the lateral surfaces of the shutters the shutter stops are made to the full length in the plane of their rotation in in the form of a part of a hollow cylinder in the form of a sector, with through-cuts made in the stoppers of the shutters, and protrusions made on the ring tides of the shaft, which go into the through-cuts of the cylindrical limiters th dampers and contact the side walls of the slots on a cylindrical surface.

2. The gas distribution valve according to claim 1, characterized in that the through slots made in the stoppers of the shutters are located symmetrically relative to the extreme ends of the shutters in their radial section.

3. The gas distribution valve according to claim 1, characterized in that the flow openings of the shutters and outlet pipes are made in the form of a rectangle, one pair of sides of which is perpendicular to the axis of the shaft, and the relationship between the flow openings of the shutters and outlet pipes in radial section is determined by the relations:
β = 0.5α, ρ> 2α, ω> α,
where α is the angle between the ends of the flow opening of the valve or the ends of the flow opening of the outlet pipe;
β is the angle between the end of the outlet opening of the outlet pipe closest to the inlet pipe and the edge of the outlet hole of the shutter farthest from the inlet pipe;
ω is the angle between the end of the supply opening of the shutter and the edge of the shutter closest to the inlet pipe;
ρ is the angle between the end of the supply opening of the shutter and the edge of the shutter, the farthest from the inlet pipe.