1. 2 Устройство и работа клапанов

Устройство клапанов ЖРД должно обеспечивать реализацию следующих требований:

1) полная герметичность разделения перекрываемых полостей в закрытом положении;

2) минимальное и стабильное гидросопротивление в открытом положении;

3) высокое быстродействие и стабильность времени срабатывания.

Наиболее просты по устройству одноразовые нормально закрытые мем­бранные клапаны, в которых в качестве герметизирующих разделяемых по­лости деталей используются сплошные тонкие стальные или алюминиевые пластины - мембраны. Эти клапаны являются пусковыми и могут быть либо автоматическими с мембранами свободного прорыва (рисунок 2), либо управ­ляемыми с мембранами принудительного прорыва (рисунок 3). В обоих случа­ях торцы мембран 1 надежно зажимаются или завариваются в деталях

1 2 3 4

1 – алюминиевая мембрана; 2 – корпус; 3 – положение мембраны после прорыва; 4 – дугообразная проточка

Рисунок 2 – Мембранный клапан свободного прорыва.

корпусов 2. Этим достигается практически полная герметичность данных клапанов в исходном (закрытом) положении.

Мембраны свободного прорыва разрываются автоматически при достижении на входе в клапан определенной величины давления.

1 – стальная мембрана; 2 – корпус; 3 – пиронож с поршнем; 4 – срезаемый штифт; 5 – диафрагма; 6 – пиропатрон; 7 – фиксирующее ребро

Рисунок 3 – Пиромембранный клапан принудительного прорыва.

Для стабилизации давления прорыва на мембране точением изготовляется специальная дугообразная проточка 4, по которой происходит ее разрыв. Часть мембраны, неослабленная проточкой, удерживается в месте закрепле­ния. Потоком жидкости или газа мембрана отгибается внутрь корпуса, обес­печивая минимальное гидросопротивление клапана в открытом положении. Мембранные клапаны принудительного прорыва имеют, как правило, пиро-привод. Основным элементом этого привода является пиронож 3, фиксируе­мый в исходном (отведенном от мембраны) положении радиальным штиф-том 4, срезаемым при срабатывании. При подаче электрического сигнала на пиропатрон 6 он подрывается и полученные пороховые газы, действуя на поршень пироножа, обеспечивают принудительный разрез мембраны, откры­вая путь жидкости или газу через клапан.

Гибкая металлическая диафрагма 5 предотвращает попадание пороховых газов в проходящий поток. После срабатывания клапана мембран потоком компонента отгибается на специальное ребро 7, обеспечивая минимальное гидросопротивление клапана в открытом положении. Вместо пиропривода могут быть использованы также пневматические или гидравлические приво­ды.

Мембранные клапаны имеют высокое быстродействие и требуют при прину­дительном срабатывании привод малой мощности. Их основной недостаток - одноразовость.

Вторую группу клапанов составляют одноразовые нормально открытые пробковые клапаны с пиротехническим (реже пневматическим) приводом (рисунок 4). По целевому назначению данные клапаны являются отсечными и имеют корпус 2, внутри которого размещается шток 5 с пробкой 3. При срабатывании клапана пробка герметично перекрывает седло1. В исходном (отведенном от седла) положении шток удерживается срезаемым кольцевым пояском 6. Перемещение штока на закрытие производится приводом 7. Герметичность посадки пробки в седле достигается за счет упругопластической деформации их материалов, иногда на пробке выполняются дополнительные снимаемые концентрические проточки (пояски).

Третий типовой класс клапанов составляют многоразовые тарельчатые клапаны. По целевому назначению они могут быть обратными, дренажными, предохранительными и выполнять различные комбинированные функции.

1 2 3 4 5 6 7

1. седло;2 - корпус; 3 - пробка; 4 – уплотняющие прокладки; 5 - шток;

6 – срезаемый поясок; 7 - пиропатрон

Рисунок 4 - Пробковый отсечной пироклапан.

На рисунке 5 изображен простейший тарельчатый клапан, являющийся обратным. Он имеет корпус 1 и шток 5 с тарелью 4. Шток удерживается в исходном (перекрывающем седло 2) положении с помощью пружины 6.

Гер­метичность стыка "тарель-седло" обеспечивается уплотнительным кольцом 3, изготавливаемым обычно из резины или фторопласта. Клапан открывает­ся автоматически при достижении определенного давления жидкости или газа на входе. Это давление, действуя на поверхность тарели, равную проходному сечению седла, создает силу, превышающую силу сжатия пружины, и отводит шток с тарелью от седла, открывая путь проходящему потоку. При случайном повышении давления в магистрали за клапаном (в штуцере 9) или при падении давления на входе в клапан тарель автоматически под действи ем пружины перекроет седло и не допустит течения жидкости или газа в

1 2 3 4 5 6 7 8

1 – корпус; 2 – седло; 3 – уплотнительное кольцо; 4 – тарель; 5 – шток; 6 – пружина; 7 – пиропатрон; 9 – выходной штуцер

Рисунок 5 - Обратный клапан

обратном направлении (с выхода на вход). При восстановлении давлений клапан открывается вновь.

Обратные клапаны широко использу­ются в ЖРД и ДУ для "развязки" различных магистралей и агрегатов. Подача и сброс управляющего давления в пневмоприводах многоразовые клапанов ЖРД обеспечиваются с помощью электропневмоклапанов (ЭПК). Принципиальная схема простейшего ЭПК с дренажном показана на рисунке 6. Такой ЭПК имеет электромагнитный привод, управляющий его работой.

1 – пружина; 2- нижнее седло; 3 - выходной штуцер; 4 - верхнее седло;

5 - ярмо электромагнита; б – катушка; 7- якорь; 8 – шток; 9 - дренажное от­верстие; 10 - верхняя тарель; 11 - входной штуцер; 12 - нижняя тарелъ

Рисунок 6 - Схема электропневмоклапана (ЭПК) с дренажом.

При подаче постоянного тока на катушку 6 электромагнита возникает магнитное поле, которое усиливается ярмом (сердечником)электромагнита 5, выполненным из мягкого железа. Магнитное поле притя­гивает к ярму подвижный якорь 7, к которому жестко прикреплен шток 8, имеющий две тарели 10 и 12. Верхняя тарель 10 перекрывает седло 4, отсо­единяя дренаж

газа в окружавшее пространство. Одновременно нижняя тарель перекрывает отверстие 9 от выхода 3 ЭПК. Этим прекращается дренаж, тарель 12 отходит от седла 2, обеспечивая пропуск газа со входа 11 на выход 3 ЭПК. При обесточивании катушки электромагнита исчезает магнитное поле и пружиной 1 шток ЭПК возвращается в исходное (на схеме - в крайнее верхнее) положение.

Этим обеспечивается закрытие нижней пары «тарель 12 - сед­ло 2» и открытие верхней пары «тарель 10 - седло 4». Прекращается пропуск газа через ЭПК и обеспечивается его дренаж из магистралей за клапаном через дренажное отверстие 19. ЭПК допускают многократное срабатывание, его ресурс также указывается в формуляре на двигатель.

Устройство и работа рассмотренных клапанов являются типовыми для ЖРД. Реальные клапана конкретных двигателей могут иметь определенные конструктивные и схемные отличия, уяснить которые на основе изложенных примеров не сложно.