Пусковой клапан для импульсных установок

(5 Ц 5 Р 16 К 31 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ М "Г К ПАТЕНТУ изобретения: пусковои клапан содержит з орган в виде колпака, перемещающегося п зующей обтекателя, и седло, на котором вь не менее двух кольцевых выступов. Днам ружной кромки первого выступа равен д внутренней цилиндрической поверхности к диаметр наружной кромки последнего примыкающего к входу трубы низкого д равен диаметру выходного сечения клап этом суммарная площадь кольцевых вы месте контакта их с колпаком установлена ветствующей формуле. 1 ип. ьсные установки управ убопроводах Сущнос комитет Российской Федераци по патентам и товарным знака(54) ПУСКОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ИМПУЛЬСНЬУСТАНОВОК(57) Использование: импулпения потоками газа в тр апорный о обраполнено етр наиаметру олпака а выступа, авления, ана, при ступов в по соот -Изобретение относится к устройствамуправления потоками газа в трубопроводахи предназначено для использования в качестве пускового клапана в импульсных установках вместо разрушаемых диаС.рагм, 5Известен клапан, используемый в ударной трубе, содержащий источник сжатогогаза, соединенный с камерой высокого давления, рабочий канал и управляемый клапан, помещенный между камерой высокого 0давления и рабочим каналом, отличающийся тем, что с целью повышения надежности,снижения стоимости и упрощения эксплуатации трубы, клапан выполнен в виде тонко- .стенного тела вращения с коническойрабочей поверхностью и цилиндрическимнаправляющим участком, подвижно сочлене ным по внутренней поверхности с центральным пустотелым направляющимстержнем, внутренняя полость которого с 20помощью отверстий сообщена с внутреннейполостью клапана, а посредством каналовс управляемыми кранами соединена с источником сжатого газа иатмосферой,В аналоге диаметр, по которому колпак 25запирает вход в канал низкого давления,выбирается близким к диаметру обтекателя,который мало отличается от наружной цилиндрической поверхности колпака, Этоприводит к тому, что место расположения Э 0критического сечения с самого начала движения колпака находится вблизи диаметра,по которому колпак запирает выход в каналнизкого давления и, следовательно, большая часть наружной поверхности колпака З 5(особенно на начальных участках движения)находится под давлением, которое во многораз меньше рабочего, что значительно ухудшает быстродействие клапана,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пусковойклапан для ударных труб с запорным органом в виде колпака, перемещающегося пообразующей обтекателя, внутренняя полость которого связана с источником управляющего давления, отличающийся тем, чтодля улучшения эксплуатационных характеристик клапана запорный орган обращенвершиной колпака к участку трубы низкогодавления, а своей внутренней поверхностью повторяет поверхность обтекателя вместе их контакта.В прототипе уплотнение выполнено ввиде единого выступа, причем нижняя кромка выступа седла не совпадает с диаметром .55выходной трубы, Это приводит к тому, что вмомент открытия клапана критическое сечение оказывается на этой кромке в течениедлительного времени движения колпака,особенно в начале движения. Это приводит к большому недобору результирующей сил давления, действующих на наружную коническую поверхность колпака, Это приводит к тому, что колпак на начальном этапе движения движется с недостаточным ускорением, приводящим к резкому ухудшению быстродействию клапана.Цель изобретения - повышение быстродействия клапана.Поставленная цель достигается тем, что пусковой клапан для импульсных установок, имеющий запорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, внутренняяполость которого связана с источником управляющего давления, при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давления, 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 давления, равен диаметру выходного сечения клапан, при этом суммарная площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком определяется по формулеЛ Р Рпкдупл. = - ( Ок4 Рр.О 2 Рвых х + трОвых, ) +где Яупл - суммарная площадь кольцевых выступов,О - диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака;Рпк - давление газа в полости под колпаком в момент запуска;Рр - рабочее давление газа в трубе высокого давления;Ртр - сила трения колпака о направляющую в момент страгивания.Быстродействие клапана при прочи.-. равных условиях (масса колпака, Ок, Овых, Рр, Рвых) будут определяться в основном двумя условиями; необходимо, чтобы с момента страгивания и во время движения колпака по направляющей газ под рабочим давлением воздействовал на максимально большую часть наружной конусной поверхности колпака; необходимо, чтобы с момента запуска давление газа в полости под колпаком Рпх было максимально низким.При страгивании колпака в момент запуска клапана между уплотняющей поверхностью седла и конической поверхностью колпака образуется кпллцевпй сужающийсяЕр/Яупл = Рр, отсюда РпхРр 4 Рр 2 Рвых 2 2Овых = Ох - ОвыхРр канал, аналогичный входной части сверхзвукового сопла Лаваля, критическое сечение которого совпадает с кромкой выходной части седла уплотнения, Ниже по потоку давление в таком канале резко падает. Поэтому для максимального использования рабочего давления газа необходимо, чтобы минимальным выходным диаметром уплотнения была величина не более Овых Этим обуславливается диаметр выходной кромки уплотнения, Диаметр наружной кромки уплотнения должен быть выбран максимальным. Это может быть только диаметр равный Оь так как та часть наружной поверхности колпака. которая находится выше Ом в создании полезной силы, приводящей в движение колпак, не участвует, так как полностью компенсируется результирующей сил давления, действующих на торец юбки колпака, Поэтому верхней границей диаметра кромки уплотнения седла следует принять величину, равную О, Выполнение второго условия - необходимости обеспечения максимально низкой величины давления газа под колплак Рпх, обуславливается величиной площади опорной поверхности седла Яупв, В момент страгивания условием появления протечек газа между седлом и. поверхностью колпака является равенство величины удельного давления в уплотнении и рабочего давления газа Рр. Результирующая сил, действующих на колпак в момент страгивания Гр определяется как где Рпх - давление газа под колпаком;Гтр - сила трения покоя юбки колпака онаправляющую;Овых - диаметр трубы низкого давления;Рвых - давление газа в трубе низкогодавления.Пусть Яупв = - (О - Овых ), тогда мо 2 24мент появления протечек газа определитсяуравнением; Полагая Етр = 0 и Рвых = О, имеем Иэ полученного выражения следует, чтспри заданном отношении Овых/О получить достаточно малую величину Рх/Рр (например 0,1 - 0,3) не представляется возможным, так как в этом случае отношение 10 О/Овых должно быть 1,05 - 1,2 что приведетк очень малой величине площади наружной конической поверхности колпака, находящейся под рабочим давлением газа в моментдвижения. Решить поставленную 15 задачу можно только уменьшая величинудупл, не изменяя диаметров наружных кромок седла, т,е. проточками седла, при которых на седле образуются опорные выступы.минимальное колччество которых два.На чертеже изображен схематическипусковой клапан для импульсных установок в разрезе.Пусковой клапан для импульсных установок содержит корпус клапана 1, являющегося соединительным звеном участков трубы высокого 2 и низкого 3 давленый.Внутри корпуса 1 расположен обтекатель 4, внутренняя полость 5 которого связана с источником управляющего давления (на чертеже не показан), По цилиндрической об- .разующей обтекателя 4 перемещается запорный орган 6, который выполнен в виде колпака, обращенного вершиной к участку трубы низкого давления 3, Герметизация запорного органа осуществляется по седлу 7, имеющему как минимум два кольцевых выступа 8 и 9.Клапан работает следующим образом.В подготовленном к работе клапане 40 давление газа в полости 5 под колпаком 6равно рабочему давлению в трубе 2. Наружная коническая поверхность колпака 6 упирается с выступы седла 8 и 9. При запуске клапана производится сброс давления гэзэ 45 из полости под колпаком 6, вследствие чегоравнодействующая сил давления, прижимающая колпак 6 к седлу 7, падает. Суммарная площадь кольцевых выступов 8 и 9 седла 7 в месте контакта с поверхностью колпака 6 выбрана так, что движение колпака 6 начинается лишь тогда, когда давление газа в полости 5 под колпаком 6 станет во много раз меньше рабочего давления газа в трубе 2, В момент, когда удельное давление, обусловленное прижэтием колпака 6 к седлу 7 в месте контакта колпака 6 с седлом 7 станет меньше рабочего давления гэзэ, начинаются протечки газа в канал низкого давления 3, Гэз под давлением начинает распространяться нэ наружную коническую поверх2005249 ность колпака 6, что приводит к изменению знака равнодействующей сил, действующих на колпак 6. Колпак 6 начинает двигаться, открывая вход в канал низкого давления 3. Канал, который образован поверхностями седла 7, входной частью канала низкого давления 3 и наружной конической поверхностью. колпака 6, представляет собой сверхзвуковое сопло Лаваля. Известно, что в сверхзвуковом сопле Лаваля в режиме, который характеризуется отношением давлений в каналах высокого и низкого давлений много меньшим единицы, минимальное по площади сечение называется критическим, в котором газ достигает скорости звука и после которого резко падает давление. Формула изобретенияПУСКОВОЙ КЛАПАН ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ УСТАНОВОК, содержащий седло и эапорный орган в виде колпака, перемещающегося по образующей обтекателя, внутренняя полость которого связана с источником управляющего давления, при этом запорный орган обращен вершиной колпака к участку трубы низкого давления, отличающийся тем, что на седле. выполнено не 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 давления, равен диаметру выходного сечения клапана, причем суммарная Критическим сечением в нашем случае служит наружная кромка выступа 9 седла 7, диаметр которого равен диаметру Рацх трубы низкого давления 3 и сохраняет свое5 положение во все время движения колпака. Следовательно, давление газа, действующее на наружную коническую поверхность колпака 6 вплоть до диаметра Оаых практически равно рабочему давлению, что приво 10 дит к максимальному использованию рабочего давления для ускорения движения колпака 6. (56) Авторское свидетельство СССР М 405446, кл. 6 01 М 9/00, 1968,15 АвтЬрское свидетельство СССР К. 496405, кл, Г 16 К 1/12, 1972. площадь кольцевых выступов в месте контакта их с колпаком установлена по форму ле(О 2 Рпк О 2 РвыхГтрупл -к Р к Р + Ря l ргде Купа - суммарная площадь кольцевых 25 выступов;Ох - диаметр внутренней цилиндрической поверхности колпака;Рях - давление газа в полости под колпаком в момент запуска:30 Ря - рабочее давление газа в трубе высокого давления;Ртр - сила трения колпака о направляющую в момент страгивания:Овых - диаметр трубы низкого давления: 35 Рвы, - давление газа в трубе низкогодавления.2005249 2 Ф Составитель С.Исак Техред М,Моргентал Реда кт Коррект Шароши аказ 3429 Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 ЛПроизводственно ельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101