Клапан для регулирования расхода горячего газа

Клапан для регулирования расхода горячего газа

Реферат

 

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов для регулирования расхода горячего газа, находящегося под давлением до 10 МПа и имеющего температуру до 1600 К. Клапан для регулирования расхода горячего газа содержит корпус с входным и выходным патрубками, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием. Седло контактирует с цилиндрическим регулирующим элементом. Последний выполнен с расходным окном, установлен с возможностью поворота и кинематически связан с зафиксированным от осевого перемещения валом. Опорный узел образован двумя выступами. Эти выступы выполнены на седле и имеют соосные с валом сквозные отверстия. Образующие цилиндрических поверхностей этих отверстий совмещены с цилиндрической поверхностью седла. На регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки. В канавках установлены кольца из антифрикционного материала, преимущественно графита. Глубина канавок выполнена меньше толщины колец. Кольца выполнены из двух частей, контактирующих друг с другом по плоским торцам, проходящим через диаметральную плоскость колец. Кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью со стенками сквозных отверстий опорного узла. Между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор. Изобретение направлено на увеличение надежности работы клапана за счет снижения нагрузки на элементы при незначительном увеличении расхода газа через закрытый клапан. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование конструкций клапанов, работающих в условиях высоких температур и давлений.

Известна конструкция вращающегося клапана для горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками с расходными отверстиями. В корпусе с возможностью вращения установлена заслонка с расходным отверстием, которое совмещается с расходным отверстием выходного патрубка. Между заслонкой и выходным патрубком имеется кольцевой зазор (п. США № 3276466, НКИ 137-339, 1966 г.).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что наличие значительного кольцевого зазора между заслонкой и выходным патрубком приводит к непроизводительному расходу горячего газа и требует увеличения запасов рабочего тела.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, содержащая корпус с входным и выходным патрубками, седло с расходным отверстием и опорным узлом, образованным двумя выступами, расположенными с боков расходного отверстия седла и имеющими сквозные соосные цилиндрической поверхности седла цилиндрические отверстия, в которые установлен цилиндрический регулирующий элемент с расходным отверстием, кинематически связанный с валом (патент РФ № 2079023, кл. 6 F I6 K 5/04, 5/12, 1994 г.).

В этой конструкции зазор между седлом и регулирующим элементом сведен к минимуму (необходимо, чтобы регулирующий элемент вошел свободно в отверстия опорного узла). Однако при поджатии регулирующего элемента к седлу за счет давления горячих газов в закрытом положении (расходное отверстие седла перекрыто регулирующим элементом) регулирующий элемент прогибается в расходное отверстие седла, что приводит к увеличению момента страгивания и требует в свою очередь увеличения мощности привода и увеличения толщин всех деталей кинематической цепи.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение надежности работы клапана за счет снижения нагрузки на детали при незначительном увеличении расхода газа через закрытый клапан.

Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, опорный узел, образованный двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, на регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки, в которые установлены кольца из антифрикционного материала, преимущественно графита, при этом глубина канавок выполнена меньше толщина колец, которые выполнены из двух частей, контактирующих друг с другом по плоским торцам, проходящим через диаметральную плоскость колец, причем кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью со стенками сквозных отверстий опорного узла, а между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор.

На фиг.1 и 2 изображен общий вид клапана для регулирования расхода горячего газа.

Клапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В выходной патрубок установлено седло 4 с расходным отверстием 5. На седле имеется цилиндрическая поверхность 6, с которой контактирует цилиндрический регулирующий элемент 7, выполненный с расходным окном 8, установленный с возможностью поворота и кинематически связанный с валом 9. Вал с регулирующим элементом может быть соединен жестко или через кинематические узлы. Вал зафиксирован от осевого перемещения, например, при помощи стопорного кольца 10 и уступа 11. На седле выполнен опорный узел, образованный двумя выступами 12, имеющими соосные с валом сквозные отверстия 13, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла. На регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси 14 его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки 15, в которые установлены кольца 16 из антифрикционного материала, преимущественно графита. Выполнение колец из графита обеспечивает их работоспособность при температуре газа до 1600 К. Если температура ниже, то можно использовать другие марки, например "Боросил". Т.е. в каждом конкретном случае надо подбирать оптимальную марку материала колец. Кольца выполнены из двух частей 17 и 18, контактирующих друг с другом по плоским торцам 19 и 20, проходящим через диаметральную плоскость колец. Кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью 21 со стенками 22 сквозных отверстий опорного узла, а между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор "", величина которого определяется из условий работы и по характеристикам материалов колец и регулирующего элемента. Глубина "h" канавок выполнена меньше толщины "" колец. Выходной конец вала загерметизирован резиновым уплотнительным кольцом 23.

В процессе работы горячий газ под давлением до 10 МПа и с температурой порядка 1600 К поступает через входной патрубок внутрь корпуса и далее через расходное окно регулирующего элемента и расходное отверстие седла истекает наружу, например, для создания тяги.

Вращением вала и регулирующего элемента изменяется расход горячего газа. Благодаря тому, что седло и регулирующий элемент контактируют друг с другом через кольца, выполненные из антифрикционного материала, снижается усилие трения, а в закрытом положении регулирующий элемент не заходит в седло, т.к. кольца выступают за наружную цилиндрическую поверхность регулирующего элемента (толщина колец выполнена больше глубины канавок). Соотношение толщины колец и глубины канавок также зависит от условий работы и материалов сопрягаемых деталей. Изготовление колец из двух частей обеспечивает их установку в канавки. Контакт половинок колец по плоским торцам, проходящим через их диаметральную плоскость, и контакт колец с внутренней цилиндрической поверхностью сквозных отверстий опорного узла уменьшает радиальный люфт колец. Наличие зазора "" (тепловой зазор) исключает разрушение колец из-за термических расширений, в процессе работы под действием давления горячих газов регулирующий элемент через кольца давит на седло в зоне расходного отверстия седла.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, увеличивается надежность работы клапана для регулирования расхода горячего газа за счет появления зазора между цилиндрическими поверхностями седла и регулирующего элемента и установки колец из антифрикционного материала.

Формула изобретения

Клапан для регулирования расхода горячего газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, образованное цилиндрической поверхностью седло с расходным отверстием, контактирующее с цилиндрическим регулирующим элементом, выполненным с расходным окном, установленным с возможностью поворота и кинематически связанным с зафиксированным от осевого перемещения валом, опорный узел, образованный двумя выступами, выполненными на седле и имеющими соосные с валом сквозные отверстия, образующие цилиндрических поверхностей которых совмещены с цилиндрической поверхностью седла, отличающийся тем, что на регулирующем элементе с обеих сторон его расходного окна перпендикулярно оси его цилиндрической поверхности выполнены одинаковые кольцевые канавки, в которые установлены кольца из антифрикционного материала, преимущественно графита, при этом глубина канавок выполнена меньше толщины колец, которые выполнены из двух частей, контактирующих друг с другом по плоским торцам, проходящим через диаметральную плоскость колец, причем кольца контактируют наружной цилиндрической поверхностью со стенками сквозных отверстий опорного узла, а между внутренней цилиндрической поверхностью колец и внутренней цилиндрической поверхностью канавок выполнен зазор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2