RU2805268C1

RU2805268C1 - Check valve

Info

Publication number: RU2805268C1
Application number: RU2023101525A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Николаевич Горин; Наталья Сергеевна Млынаржевская; Вера Михайловна Боева; Анна Вячеславовна Акимова; Татьяна Владимировна Иванова
Original assignee: Акционерное общество "Конструкторское бюро химического машиностроения имени А.М. Исаева"
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2023-10-13

Abstract

FIELD: valves.

SUBSTANCE: invention relates to check valves used in various systems, which are subject to the requirements of stable tightness at pressure drops of the working fluid (gas) from the outlet to the valve inlet, including a difference close to zero. In the check valve, seat 4 is movable, and shut-off element 6 is rigidly connected to body 1. The seat is located at the end of rod 4 with a through axial hole, which is hermetically connected to bellows 8 by means of disk 5, and the second end of the bellows is welded to the body. At the entrance to housing 1 there is a cavity with friction damper 9, which is clamped in it by locking element 6 and fifth cover 10 and inlet cover 2. The rod with seat 4 is installed in the guide holes of body 1 and friction damper 9. The cavity of the inlet cover is connected by channel 13 with the cavity of bellows 8. Spring 7 is installed in the cavity of bellows 8, with the force of which seat 4 is pressed against the valve (shut-off element 6). To reduce resistance, the rigidity of the bellows is chosen to be minimal, the bellows has welded corrugations.

EFFECT: reliable operation without vibrations of the moving parts of the valve and stable tightness at low pressure drops of the fluid.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к обратным клапанам, используемым в различных системах, например, в вытеснительной системы подачи в ракетном двигателе, к которым предъявлены требования стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации, при перепадах давления рабочего тела - газа, от выхода к входу клапана, включая перепад близким к нулевому.The invention relates to check valves used in various systems, for example, in a displacement supply system in a rocket engine, which are subject to requirements for stable tightness during the entire service life, with pressure differences of the working fluid - gas, from the outlet to the valve inlet, including a difference close to to zero.

Известен клапан обратный (см. книгу Г.Б. Синярев и М.В. Добровольский А.И. Эдельмана «Жидкостные ракетные двигатели» государственное издательство оборонной промышленности, Москва 1955, стр. 440, 180,181, 182 Фиг. 176.), взятые за аналог изобретения, и состоящий из: корпуса с входным штуцером, тарелки клапана, пружины на упорном выступе, поджимающей тарелку клапана к седлу, установленного во входной штуцер.A check valve is known (see the book by G.B. Sinyarev and M.V. Dobrovolsky by A.I. Edelman “Liquid Rocket Engines”, State Publishing House of the Defense Industry, Moscow 1955, pp. 440, 180,181, 182 Fig. 176.), taken for an analogue of the invention, and consisting of: a housing with an inlet fitting, a valve disc, a spring on a thrust protrusion that presses the valve disc to the seat installed in the inlet fitting.

Этот клапан прост в изготовлении, но недостатками известного обратного клапана являются:This valve is easy to manufacture, but the disadvantages of the known check valve are:

- относительно низкая надежность работы клапана вследствие возможности потери герметичности в месте прилегания тарелки клапана к седлу. Для обеспечения герметичности соединения контактной пары - металлической тарелки с седлом клапана требуется обработка поверхностей притирочной пастой или суспензией, которая наносится на поверхность инструмента - притира. При транспортных вибрациях и ударах, а также проскальзывании запорного органа - тарели при посадке на седло при срабатываниях происходит износ контактной притертой поверхности и ее повреждение. На контактных поверхностях седла и запорного органа появляются риски и забоины, которые уменьшают степень герметичности вплоть до потери герметичности посадки клапана на седло;- relatively low reliability of the valve operation due to the possibility of loss of tightness at the junction of the valve disc with the seat. To ensure the tightness of the connection of the contact pair - the metal plate with the valve seat - it is necessary to treat the surfaces with a lapping paste or suspension, which is applied to the surface of the tool - the lap. During transport vibrations and shocks, as well as slippage of the shut-off element - the plate, when seated on the seat when triggered, the contact ground surface wears out and is damaged. Scores and nicks appear on the contact surfaces of the seat and the shut-off element, which reduce the degree of tightness up to the loss of tightness of the valve fit on the seat;

- применение посадки тарели клапана на седло «металл-по металлу» в клапанах требуют высокие требования к чистоте.- the use of a metal-to-metal fit of the valve plate on the seat in valves requires high requirements for cleanliness.

В связи с вышесказанным все обратные клапаны с разными конструкциями запорного органа, например, шарика, пластины и т.д., образующими пару клапан-седло «металл-по металлу» имеют высокую негерметичность после первых и последующих срабатываниях.In connection with the above, all check valves with different designs of a shut-off element, for example, a ball, a plate, etc., forming a valve-seat pair “metal-to-metal” have high leakage after the first and subsequent operations.

Известен клапан обратный [SU №2744620, МПК F16K 15/04, опубл. 28.09.2021], взятый за прототип, содержащий корпус с седлом, входным и выходным отверстиями и основной камерой между ними, взаимодействующий с седлом запорный элемент, установленный в камере с минимальным радиальным зазором с направляющими дорожками - каналами, образованными в корпусе, запорный элемент выполнен в виде диска, прижимаемого к седлу введенным в корпус со стороны выходного отверстия и поджатого пружиной штоком со сферической поверхностью на рабочем конце, взаимодействующим с торцем запорного органа - диска сферической выемкой. Седлом служит установленная во входном отверстии фторопластовая втулка, имеющая по торцу, обращенному к диску, профилированную поверхность, контактирующую с установленной на торце диска резиновой накладкой.A known check valve [SU No. 2744620, IPC F16K 15/04, publ. 09.28.2021], taken as a prototype, containing a body with a seat, inlet and outlet holes and the main chamber between them, a locking element interacting with the seat, installed in the chamber with a minimum radial clearance with guide tracks - channels formed in the body, the locking element is made in the form of a disk, pressed against a seat inserted into the body from the outlet side and pressed by a spring by a rod with a spherical surface at the working end, interacting with the end of the shut-off element - the disk with a spherical recess. The seat is a fluoroplastic bushing installed in the inlet hole, which has a profiled surface at the end facing the disk, which is in contact with a rubber lining installed at the end of the disk.

Недостатком известного клапана обратного взятого за прототип является то, чтоThe disadvantage of the known check valve taken as a prototype is that

- запорный элемент в виде диска является источником колебаний, которые влияют на работу изделия;- the locking element in the form of a disk is a source of vibrations that affect the operation of the product;

- установленная на торце диска резиновая накладка ограничивает эксплуатацию клапана с агрессивными рабочая средами, например, с парами окислителя в вытеснительной системы подачи в ракетном двигателе;- a rubber pad installed at the end of the disk limits the operation of the valve with aggressive working environments, for example, with oxidizer vapors in the displacement supply system of a rocket engine;

- применение неметаллического уплотнения требует определенной величины минимального усилия поджатия уплотнения к седлу, для получения необходимой герметичности обратного клапана в закрытом положении. На минимальное усилие поджатия запорного органа к седлу влияет выбранный материал уплотнения, геометрия седла, ширина (площадь) отпечатка на уплотнении, а также величина усилия пружины. В конструкции клапана прототипа для получения герметичности минимальное усилие поджатия уплотнения осуществляется в основном при помощи усилия пружины, а это влияет на величину сопротивления клапана в сторону его увеличения;- the use of a non-metallic seal requires a certain amount of minimum force to press the seal against the seat in order to obtain the necessary tightness of the check valve in the closed position. The minimum force for pressing the locking element to the seat is influenced by the selected seal material, the geometry of the seat, the width (area) of the imprint on the seal, as well as the magnitude of the spring force. In the design of the prototype valve, to obtain tightness, the minimum force for pressing the seal is carried out mainly using the spring force, and this affects the value of the valve resistance in the direction of its increase;

- при многократных срабатываниях, возможно изменение площади контактирующей поверхности, на которой получена герметичность из-за ширины седла в клапане прототипе, меняется величина давления открытия клапана. Разброс по давлению открытия клапана прототипа, особенно при малых размерах площади перекрываемого отверстия из-за соизмеримости с площадью отпечатка от запорного органа может достигать до 20%, и, соответственно, клапан более герметичен и стабилен при больших проходных размерах седла. Разброс по давлению открытия обратного клапана при эксплуатации клапана в вытеснительной баллонной системе подачи наддува баков с компонентом в ракетном двигателе ведет к нестабильности величины выработки компонентов из баков;- with repeated operations, it is possible to change the area of the contacting surface on which tightness is obtained due to the width of the seat in the prototype valve, and the value of the valve opening pressure changes. The spread in the opening pressure of the prototype valve, especially with small sizes of the area of the closed hole due to the commensurability with the area of the imprint from the shut-off element, can reach up to 20%, and, accordingly, the valve is more tight and stable with large bore sizes of the seat. The spread in the opening pressure of the check valve during operation of the valve in a displacement balloon system for supplying pressurization to tanks with a component in a rocket engine leads to instability in the amount of production of components from the tanks;

- уменьшение давления открытия клапана прототипа ведет к негерметичности в паузах между срабатываниями при многоразовых срабатываниях ракетного двигателя, когда величина входного давления рабочего тела и перепад становятся близким к нулевому. Негерметичность обратного клапана приводит к выходу вытеснительного газа из топливного бака с парами компонента во входные магистрали, в агрегаты и узлы регулирования двигателя.- a decrease in the opening pressure of the prototype valve leads to leakage in pauses between operations during repeated operations of the rocket engine, when the value of the input pressure of the working fluid and the difference become close to zero. Leakage of the check valve leads to the release of displacement gas from the fuel tank with component vapors into the inlet lines, into engine control units and units.

Задачей заявляемого изобретения, является повышение надежности работы: без колебаний запорного органа клапана и обеспечения стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации при наддуве топливных баков при перепадах давления рабочего тела - газа, от выхода к входу клапана, включая перепад близким к нулевому в паузах между срабатываниями.The objective of the claimed invention is to increase the reliability of operation: without vibrations of the valve shut-off element and to ensure stable tightness during the entire period of operation when pressurizing fuel tanks with pressure differences of the working fluid - gas, from the outlet to the valve inlet, including a difference close to zero in pauses between operations .

Сущность изобретения состоит в том, чтобы обратный клапан был герметичным при перепаде давления рабочего тела - газа, от выхода к входу близким к нулевому за счет увеличения усилия, поджимающего седло к клапану - запорному органу, от величины давления рабочего тела в наддуваемом топливным баке.The essence of the invention is that the check valve is sealed when the pressure drop of the working fluid - gas, from the outlet to the inlet is close to zero due to the increase in the force pressing the seat to the valve - shut-off element, from the pressure of the working fluid in the pressurized fuel tank.

Для этого в заявляемом обратном клапане - седло подвижное, а запорный орган, жестко соединен с корпусом. Седло выполнено на торце штока, имеющий осевое сквозное отверстие, и который в средней своей части герметично соединен со свободным концом сильфона при помощи диска. Диск наружной поверхностью герметично соединен с сильфоном и в центральной части со штоком, второй конец сильфона приварен к корпусу. На входе в клапан корпус имеется полость, в которую установлены демпфер трения, запорный орган которые зажаты в корпусе крышкой с входным патрубком. Часть штока с седлом, установлена в сторону входа в направляющем отверстии корпуса и далее в отверстии демпфера трения. В связи с тем, что запорный орган - клапан выполнен из неметалла, он опирается на металлическую пяту, установленную во входную крышку, полость которой через каналы, выполненные в ней, в корпусе, расположенные над демпфером трения и в опорной части запорного органа, сообщены с полостью корпуса, в которой установлен сильфон.For this purpose, in the inventive check valve there is a movable seat, and the shut-off element is rigidly connected to the body. The seat is made at the end of the rod, which has an axial through hole, and which in its middle part is hermetically connected to the free end of the bellows using a disk. The disk is hermetically connected with the outer surface to the bellows and in the central part with the rod, the second end of the bellows is welded to the body. At the entrance to the valve body there is a cavity in which a friction damper and a shut-off element are installed, which are clamped in the body by a cover with an inlet pipe. Part of the rod with the seat is installed towards the entrance in the guide hole of the body and then in the hole of the friction damper. Due to the fact that the shut-off element - the valve is made of non-metal, it rests on a metal heel installed in the inlet cover, the cavity of which, through channels made in it, in the body, located above the friction damper and in the supporting part of the shut-off element, communicates with the cavity of the body in which the bellows is installed.

В полости сильфона установлена пружина между крышкой выхода и концом штока, усилием которой поджимается седло к клапану - запорному органу. Для уменьшения сопротивления пружине и уменьшения величины ее усилия жесткость сильфона выбрана минимальной - сильфон выбран со сварными гофрами.A spring is installed in the cavity of the bellows between the outlet cover and the end of the rod, the force of which presses the seat against the valve - the shut-off element. To reduce the resistance of the spring and reduce the magnitude of its force, the rigidity of the bellows is chosen to be minimal - the bellows is selected with welded corrugations.

При подаче рабочего тела во входной наконечник, оно через канал, минуя клапан и демпфер, попадает в полость расположения сильфона и, действуя на площадь диска, отжимает седло от запорного органа. Клапан открыт. При сбросе давления на входе клапан закрывается. Клапан закрыт и герметичен и при давлении в сильфоне, близкому к нулевому, при отсутствии давления на входе, т.е. при перепаде близким к нулевому, который с пружиной и обеспечивают необходимое усилие поджатия для герметизации клапана.When the working fluid is supplied to the inlet tip, it enters the cavity of the bellows through the channel, bypassing the valve and damper, and, acting on the disk area, presses the seat away from the shut-off element. The valve is open. When the inlet pressure is released, the valve closes. The valve is closed and sealed even at a pressure in the bellows close to zero, in the absence of inlet pressure, i.e. when the difference is close to zero, which with a spring provides the necessary preload force to seal the valve.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг.1, где представлен общий вид обратного клапана.The essence of the invention is illustrated by drawing Fig. 1, which shows a general view of the check valve.

Обратный клапан содержит корпус 1 с входной 2 и выходной 3 крышками, герметично соединенные с корпусом, седло - шток 4 с диском 5, запорный орган - клапан 6, пружина 7, сильфон 8, герметично соединенный одним концом через диск 5 с подвижным штоком 4, а другим концом с корпусом 1, и демпфер трения 9. Во входной крышке 2 установлена пята 10, через которую поджаты демпфер трения 9 и запорный орган-клапан 6 к корпусу 1. В полости сильфона установлена пружина 7 в опорах 11 и 12, которые центрируются по оси с крышкой выхода 3 и подвижным штоком 4, который установлен в направляющих отверстиях корпуса и в демпфере трения 9 и поджат седлом к запорному органу - клапану 6.The check valve contains a body 1 with inlet 2 and outlet 3 covers, hermetically connected to the body, a seat - a rod 4 with a disk 5, a shut-off element - a valve 6, a spring 7, a bellows 8, hermetically connected at one end through a disk 5 with a movable rod 4, and the other end with the body 1, and the friction damper 9. In the inlet cover 2 there is a heel 10, through which the friction damper 9 and the shut-off valve 6 are pressed to the body 1. In the cavity of the bellows, a spring 7 is installed in supports 11 and 12, which are centered along the axis with the outlet cover 3 and the movable rod 4, which is installed in the guide holes of the housing and in the friction damper 9 and is pressed by the seat to the shut-off element - valve 6.

При подаче рабочего тела во входной наконечник 2, оно через каналы 13, минуя клапан и демпфер, попадает в полость расположения сильфона и, действуя на площадь диска 5, сжимая сильфон, отжимает седло на торце штока 4 от запорного органа 6. Клапан открыт.Клапан открывается минимальным перепадом давления рабочего тела от входа на выход благодаря большой эффективной площади в сильфоне 8 по сравнению с проходным сечением седла. При сбросе давления на входе клапан закрывается. Клапан закрыт и герметичен при давлении в сильфоне близкому к нулю при отсутствии давления на входе, т.е. при перепаде, близким к нулевому. Пружина и мизерный перепад обеспечивают необходимое усилие поджатия для герметизации клапана, которое обеспечивается необходимой площадью диска, т.е. эффективной площадью сильфона. Однако сильфон не должен терять работоспособность от максимального давления рабочего тела в системе наддува баков.When the working fluid is supplied to the inlet tip 2, it, through channels 13, bypassing the valve and damper, enters the cavity of the bellows and, acting on the area of the disk 5, compressing the bellows, presses the seat at the end of the rod 4 from the shut-off element 6. The valve is open. The valve opens with a minimal pressure drop of the working fluid from inlet to outlet due to the large effective area in bellows 8 compared to the flow area of the seat. When the inlet pressure is released, the valve closes. The valve is closed and sealed when the pressure in the bellows is close to zero in the absence of inlet pressure, i.e. with a difference close to zero. The spring and the tiny differential provide the necessary pressing force to seal the valve, which is provided by the required disk area, i.e. effective bellows area. However, the bellows should not lose its functionality due to the maximum pressure of the working fluid in the tank pressurization system.

Таким образом, конструкция клапана обратного обеспечивает герметичность, требуемую при эксплуатации, а именно повышение надежности работы без колебаний запорного органа клапана и обеспечение стабильной герметичности в процессе всего срока эксплуатации: при многократных циклах срабатываний ракетного двигателя, при наддуве топливных баков, при перепадах давления рабочего тела - газа от выхода к входу клапана, включая перепад близкий к нулевому.Thus, the design of the check valve ensures the tightness required during operation, namely, increasing the reliability of operation without vibrations of the valve shut-off element and ensuring stable tightness during the entire service life: during multiple firing cycles of the rocket engine, during pressurization of fuel tanks, during pressure drops of the working fluid - gas from the outlet to the inlet of the valve, including a difference close to zero.

Claims

A check valve containing: a body, inlet and outlet tips, a shut-off valve, a seat, a spring, characterized in that the seat is made at the end of the rod, which has an axial through hole and which in the middle part is hermetically connected to the free end of the bellows by means of a disk . With the outlet cover connected to the body, a spring is installed between the support on the cover and the support on the rod, the force of which presses the seat against the shut-off element.