RU2821357C1 - Single-action high-pressure valve - Google Patents
Single-action high-pressure valve Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821357C1 RU2821357C1 RU2023130441A RU2023130441A RU2821357C1 RU 2821357 C1 RU2821357 C1 RU 2821357C1 RU 2023130441 A RU2023130441 A RU 2023130441A RU 2023130441 A RU2023130441 A RU 2023130441A RU 2821357 C1 RU2821357 C1 RU 2821357C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pusher
- shank
- nut
- housing
- valve
- Prior art date
Links
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000012781 shape memory material Substances 0.000 claims description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 26
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 102220062177 rs786202861 Human genes 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к арматуростроению и может быть использовано при создании клапанов однократного действия в системах подачи газообразного рабочего тела высокого давления в двигательных установках (ДУ) космических аппаратов (КА), а также может быть применено в различных областях промышленности для работы с газами высокого давления.The invention relates to valve engineering and can be used to create single-acting valves in systems for supplying high-pressure gaseous working fluid in propulsion systems (PS) of spacecraft (SC), and can also be used in various fields of industry for working with high-pressure gases.
В системах хранения и подачи рабочего тела в двигательных установках КА в качестве элемента, который до начала функционирования ДУ герметично разделяет полость системы хранения рабочего тела и магистраль системы подачи рабочего тела, а после включения ДУ и на протяжении всего срока их эксплуатации свободно пропускает через себя рабочее тело, используется клапан однократного действия. К клапанам однократного действия предъявляются высокие требования по герметичности, до так называемой абсолютной герметичности, и надежности срабатывания, а также ограничения по габаритно-массовым характеристикам и потреблению электроэнергии.In systems for storing and supplying the working fluid in spacecraft propulsion systems, as an element that, before the start of operation of the remote control, hermetically separates the cavity of the working fluid storage system and the main line of the working fluid supply system, and after turning on the remote control and throughout the entire period of their operation, freely passes the working fluid through itself body, a single-acting valve is used. Single-acting valves are subject to high requirements for tightness, up to the so-called absolute tightness, and reliability of operation, as well as restrictions on size and weight characteristics and energy consumption.
В качестве клапанов однократного действия в системах хранения и подачи рабочего тела в двигательных установках часто применяют пироклапаны. Принцип действия пироклапанов основан на принудительном разрушении с помощью пиропатрона разрывного запорного элемента и последующей разгерметизации внутренней полости клапана и, соответственно, открытие свободного прохода рабочего тела через клапан (патенты на изобретения RU 2092204 С1 от 20.05.1991 г., МПК А62С 37/40, RU 2159889 С1 от 04.04.2000 г., МПК F16K 17/40, № RU 2533592 С1 от 22.07.2013 г., МПК F02K 9/50).Pyrovalves are often used as single-acting valves in systems for storing and supplying working fluid in propulsion systems. The principle of operation of pyrovalves is based on the forced destruction of the explosive locking element using a squib and subsequent depressurization of the internal cavity of the valve and, accordingly, the opening of the free passage of the working fluid through the valve (patents for inventions RU 2092204 C1 dated 05/20/1991, IPC A62S 37/40, RU 2159889 C1 dated 04/04/2000, IPC F16K 17/40, No. RU 2533592 C1 dated 07/22/2013, IPC F02K 9/50).
Однако, известные пироклапаны имеют большие габариты и массу, нетехнологичность изготовления разрывного запорного органа. При наземных проверках и испытаниях двигательных установок работа с пироклапанами требует соблюдения мер по обеспечению техники безопасности, несоблюдение которых может привести к преждевременному подрыву пиропатронов в присутствии персонала. Также при эксплуатации на космических аппаратах при срабатывании пироклапанов возникают ударно-импульсные воздействия, которые могут привести к разрушению запорных элементов с последующей разгерметизацией внутренних полостей пироклапанов, что может привести к потере рабочего тела в ДУ КА. При ударно-импульсном воздействии также вероятно возникновение вибрации, которая может привести к частичному разрушению как самих элементов ДУ, так и полезной нагрузки КА.However, the known pyrovalves have large dimensions and weight, and the manufacture of a burst shut-off element is low-tech. During ground inspections and tests of propulsion systems, working with pyrovalves requires compliance with safety measures, failure to comply with which can lead to premature detonation of squibs in the presence of personnel. Also, during operation on spacecraft, when the pyro-valves are activated, shock-pulse impacts occur, which can lead to the destruction of the locking elements with subsequent depressurization of the internal cavities of the pyro-valves, which can lead to the loss of the working fluid in the spacecraft propulsion system. During shock-pulse action, vibration is also likely to occur, which can lead to partial destruction of both the elements of the propulsion system themselves and the payload of the spacecraft.
Известен термозапорный клапан для автоматического перекрытия проходного сечения трубопроводов в результате повышения температуры (патент на изобретение № RU 2359162 C1 от 16.06.2008 г., МПК F16K 17/38), который содержит прямоточный корпус с выполненным в нем седлом. Соосно седлу установлен нагруженный пружиной запорный орган, снабженный штоком, который пропущен сквозь центральное отверстие закрепленной в корпусе перегородки с проходным каналом и снабжен стопором отрытого положения клапана. В перегородке концентрично центральному отверстию выполнена кольцевая расточка, а на штоке выполнена кольцевая проточка. Стопор размещен между боковыми стенками расточки и поверхностью проточки и выполнен в виде одного или нескольких витков проволоки из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ). Согласно эффекту памяти формы, внутренний диаметр витков проволоки больше диаметра штока, а наружный диаметр - меньше диаметра расточки в перегородке.A thermal shut-off valve is known for automatically shutting off the flow area of pipelines as a result of an increase in temperature (patent for invention No. RU 2359162 C1 dated June 16, 2008, IPC F16K 17/38), which contains a direct-flow housing with a seat made in it. A spring-loaded shut-off element is installed coaxially with the seat, equipped with a rod, which is passed through the central hole of a partition with a passage channel fixed in the body and is equipped with a stopper for the open position of the valve. An annular bore is made in the partition concentrically with the central hole, and an annular groove is made on the rod. The stopper is located between the side walls of the bore and the surface of the bore and is made in the form of one or several turns of wire made of a material with shape memory effect (SME). According to the shape memory effect, the inner diameter of the wire turns is larger than the diameter of the rod, and the outer diameter is smaller than the diameter of the bore in the partition.
Недостатками этого термозапорного клапана являются: в исходном положении -открытое состояние, применение только в наземных условиях, сложность конструкции, для срабатывания требуется повышение температуры рабочего тела или окружающей среды до критической температуры, неудовлетворительные габаритно-массовые характеристики для применения в космических условиях в составе двигательной установки КА, низкая герметичность запорного элемента после срабатывания.The disadvantages of this thermal shut-off valve are: in the initial position - open state, application only in ground conditions, design complexity, for operation the temperature of the working fluid or the environment must be increased to a critical temperature, unsatisfactory overall weight characteristics for use in space conditions as part of a propulsion system KA, low tightness of the locking element after operation.
Известен аварийный термоклапан одноразового действия, находящийся в исходном состоянии в закрытом положении (патент на изобретение № RU 2469233 С1 от 09.11.2011 г., МПК F16K 17/40). Клапан содержит цилиндрообразный корпус, в котором аксиально расположены первый и второй подпружиненные штоки, соединенные между собой фиксатором. На конце второго штока закреплена заслонка, герметично перекрывающая входное отверстие, а на стенке выходного отверстия цилиндрообразного корпуса расположена перфорированная гильза с плавким предохранителем. При повышении температуры приблизительно до 600°С в районе выходного отверстия плавкий предохранитель расплавляется и вытекает из отверстий перфорированной гильзы, при этом приходит в движение первый шток, а затем второй шток тянет за собой заслонку, отрывая ее от посадочного места входного отверстия и освобождая проход для текучей среды.A single-acting emergency thermal valve is known, which is initially in the closed position (patent for invention No. RU 2469233 C1 dated November 9, 2011, IPC F16K 17/40). The valve contains a cylindrical body in which first and second spring-loaded rods are axially located, connected to each other by a latch. At the end of the second rod there is a damper, hermetically closing the inlet, and on the wall of the outlet of the cylindrical body there is a perforated sleeve with a fuse. When the temperature rises to approximately 600°C in the area of the outlet hole, the fuse melts and flows out of the holes of the perforated sleeve, while the first rod begins to move, and then the second rod pulls the valve along with it, tearing it away from the seat of the inlet hole and freeing the passage for fluid medium.
Аварийный термоклапан одноразового действия не может быть применен в качестве клапана однократного действия в системе хранения и подачи рабочего тела ДУ КА, так как имеет достаточно сложную конструкцию и, как следствие, с одной стороны, повышенные габаритно-массовые характеристики, а с другой стороны, соответствующее снижение надежности срабатывания клапана. Высокая температура расплавления плавкой вставки требует повышенного расхода электроэнергии, а после расплавления есть вероятность попадания частиц плавкой вставки в магистраль подачи рабочего тела.A single-acting emergency thermal valve cannot be used as a single-acting valve in the system for storing and supplying the working fluid of a spacecraft remote control, since it has a rather complex design and, as a consequence, on the one hand, increased overall dimensions and weight characteristics, and on the other hand, the corresponding decreased reliability of valve operation. The high melting temperature of the fuse link requires increased power consumption, and after melting there is a possibility of particles of the fuse link getting into the working fluid supply line.
В заявке на патент рассматривается клапан космического корабля с приводом из сплава с памятью формы (заявка на патент на изобретение № US 20050173661 А1 от 23.12.2003 г., МПК F16K 31/00), предназначенный для использования в системах наддува двигательных установках космических кораблей, где он позволяет открывать или закрывать трубопровод с помощью специального электрического управления. Изобретение относится к клапану с исполнительным механизмом, выполненным из сплава с ЭПФ и снабженному средствами для управления температурой срабатывания, отличающемуся тем, что указанные средства содержат механизм обратного смещения, который, по одному из вариантов представляет собой ломаемый штифт. Клапан, согласно изобретению, относится к нормально открытому или нормально закрытому типу. Активация исполнительного механизма достигается путем нагревания, например, прямым пропусканием электрического тока через исполнительный механизм, который находится в форме проводов. Этот ток должен быть достаточным для доведения проводов до температуры выше или равной температуре активации материала с ЭПФ (более 100°С), определенной путем выбора размера исполнительного механизма и изменения его длины. В рассмотренном примере исполнительный механизм выбран так, чтобы он сжимался во время температурного перехода материала с ЭПФ.The patent application covers a spacecraft valve with a shape memory alloy actuator (patent application for invention No. US 20050173661 A1 dated 12/23/2003, IPC F16K 31/00), intended for use in pressurization systems of spacecraft propulsion systems, where it allows the pipeline to be opened or closed using a special electrical control. The invention relates to a valve with an actuator made of an alloy with SME and equipped with means for controlling the response temperature, characterized in that these means contain a reverse bias mechanism, which, in one embodiment, is a breakable pin. The valve according to the invention is of the normally open or normally closed type. Activation of the actuator is achieved by heating, for example by directly passing an electrical current through the actuator, which is in the form of wires. This current must be sufficient to bring the wires to a temperature greater than or equal to the activation temperature of the SME material (greater than 100°C), determined by selecting the size of the actuator and changing its length. In the example considered, the actuator is chosen so that it contracts during the temperature transition of the material with the SME.
Недостатком изобретения является необеспечение клапаном абсолютной герметичности, сложность конструкции, высокое потребление мощности при нагревании исполнительного механизма пропусканием через него прямого тока, а также действие входного давления на открытие клапанной пары, что увеличивает риски негерметичности клапана при высоких давлениях и длительном хранении.The disadvantage of the invention is that the valve does not provide absolute tightness, the complexity of the design, high power consumption when heating the actuator by passing direct current through it, as well as the effect of the input pressure on the opening of the valve pair, which increases the risk of valve leakage at high pressures and long-term storage.
Наиболее близким по своим конструктивным особенностям к заявляемому клапану однократного действия высокого давления является клапан (патент на полезную модель № RU 11290 U1 от 20.10.1998 г., МПК F16K 15/02, F16K 17/38), принятый за прототип, содержащий корпус с размещенным внутри него запорным элементом, выполненным из материала с эффектом памяти формы в виде тонкостенной трубки с конической головкой, который предварительно подвергается пластической деформации - растягиванию. В корпусе запорный элемент закреплен посредством резьбы, а для прохода среды в основании конической головки под углом выполнены отверстия. В исходном состоянии клапан находится в открытом положении, при этом коническая головка запорного элемента размещена с зазором относительно корпуса. В случае же повышения температуры среды трубка разогревается и восстанавливает свою форму, предшествующую пластической деформации, то есть, сжимается. При этом коническая головка постепенно перекрывает входное отверстие, препятствуя дальнейшему перетеканию рабочей среды.The closest in its design features to the claimed high-pressure single-acting valve is the valve (utility model patent No. RU 11290 U1 dated October 20, 1998, IPC F16K 15/02, F16K 17/38), adopted as a prototype, containing a housing with a locking element placed inside it, made of a material with a shape memory effect in the form of a thin-walled tube with a conical head, which is previously subjected to plastic deformation - stretching. In the body, the locking element is secured by means of a thread, and for the passage of the medium, holes are made at an angle at the base of the conical head. In the initial state, the valve is in the open position, with the conical head of the locking element placed with a gap relative to the body. If the temperature of the medium increases, the tube heats up and restores its shape prior to plastic deformation, that is, it contracts. In this case, the conical head gradually blocks the inlet hole, preventing further flow of the working medium.
Однако, известный клапан не может быть применен в системе хранения и подачи рабочего тела, где требуется исходное закрытое состояние для герметичного разделения полости системы хранения рабочего тела высокого давления и магистрали системы подачи до начала функционирования двигательной установки. Выполнение запорного элемента в виде тонкостенной трубки с отверстиями, расположенными в основании конической головки, снижает прочность запорного элемента из-за вероятности его деформации в процессе закручивания и затягивания, и, как следствие, снижает надежность клапана.However, the known valve cannot be used in a working fluid storage and supply system, where an initial closed state is required to hermetically separate the cavity of the high-pressure working fluid storage system and the supply system line before the propulsion system begins to operate. Making the shut-off element in the form of a thin-walled tube with holes located at the base of the conical head reduces the strength of the shut-off element due to the likelihood of its deformation during the process of twisting and tightening, and, as a result, reduces the reliability of the valve.
При создании изобретения решались задачи обеспечения надежности клапана с минимальными габаритно-массовыми характеристиками и минимальной мощностью нагревателя, с герметично разделенными в режиме ожидания полостями хранения рабочего тела высокого давления до 39,2 МПа и магистралями системы подачи, в условиях воздействия вибраций и с последующим однократным срабатыванием.When creating the invention, the problems of ensuring the reliability of the valve with minimum overall dimensions and mass characteristics and minimum heater power, with hermetically separated storage cavities of the high-pressure working fluid up to 39.2 MPa and supply system lines in standby mode, under conditions of vibration and subsequent single operation, were solved .
Поставленные задачи решены за счет того, что в клапане однократного действия высокого давления, содержатся корпус с электрическим нагревателем на его наружной поверхности и торцевые входной и выходной штуцеры с размещенным внутри корпуса толкателем, выполненным из материала с эффектом памяти формы. Согласно изобретению, часть входного штуцера внутри корпуса выполнена в виде хвостовика с глухим отверстием, над которым на наружной поверхности выполнена кольцевая проточка треугольной формы для утонения толщины стенки. При этом толкатель, в форме втулки с двумя выполненными перпендикулярно оси втулки сквозными отверстиями, пересекающими внутреннее отверстие толкателя, для прохода рабочего тела после срабатывания клапана, расположен коаксиально хвостовику входного штуцера, между упорным фланцем входного штуцера и гайкой, навинченной на резьбу хвостовика и предварительно деформированный на сжатие на величину 3-5% от первоначальной длины в направлении продольной оси. В исходном положении толкатель предварительно поджат гайкой к фланцу входного штуцера через набор шайб с моментом затяжки, обеспечивающим обжатие толкателя без промежуточных зазоров, над которым на наружной поверхности выполнена кольцевая проточка треугольной формы для утонения толщины стенки хвостовика входного штуцера. Гайка выполнена с четырьмя стойками на выходной торцевой поверхности для прохода рабочего тела после срабатывания клапана, а положение гайки относительно торца хвостовика подогнано с помощью набора шайб для совмещения торцевых поверхностей хвостовика и гайки для их стопорения сваркой. На входе выходного штуцера установлена сетка, а зазор между сеткой выходного штуцера и стойками гайки составляет не менее величины предварительного обжатия толкателя на сжатие в направлении продольной оси.The objectives are solved due to the fact that the single-acting high-pressure valve contains a housing with an electric heater on its outer surface and end inlet and outlet fittings with a pusher located inside the housing, made of material with a shape memory effect. According to the invention, part of the inlet fitting inside the housing is made in the form of a shank with a blind hole, above which a triangular ring groove is made on the outer surface to thin the wall thickness. In this case, the pusher, in the form of a bushing with two through holes made perpendicular to the axis of the bushing, intersecting the internal hole of the pusher, for the passage of the working fluid after actuation of the valve, is located coaxially to the shank of the inlet fitting, between the thrust flange of the inlet fitting and the nut screwed onto the thread of the shank and pre-deformed for compression by 3-5% of the original length in the direction of the longitudinal axis. In the initial position, the pusher is pre-pressed with a nut to the flange of the inlet fitting through a set of washers with a tightening torque that ensures compression of the pusher without intermediate gaps, above which a triangular ring groove is made on the outer surface to thin the wall thickness of the inlet fitting shank. The nut is made with four posts on the output end surface for the passage of the working fluid after actuation of the valve, and the position of the nut relative to the end of the shank is adjusted using a set of washers to align the end surfaces of the shank and the nut to lock them by welding. A mesh is installed at the inlet of the outlet fitting, and the gap between the mesh of the outlet fitting and the nut posts is no less than the amount of preliminary compression of the pusher for compression in the direction of the longitudinal axis.
Конструкция клапана с предварительно сжатым и поджатым в клапане толкателем без промежуточных зазоров при срабатывании (восстановлении формы толкателя) обеспечивает осевое усилие не менее 40% от усилия, создаваемого толкателем, и достаточным для принудительного разрыва хвостовика в месте проточки, при одновременном обеспечении прочности в сечении проточки на всех этапах применения клапана до срабатывания, в том числе от давления рабочего тела в отверстии входного штуцера, от дополнительных деформаций хвостовика при навинчивании и стопорении гайки с необходимым для исключения зазоров в соединении моментом затяжки.The design of the valve with a pre-compressed and pressed pusher in the valve without intermediate gaps during actuation (restoring the shape of the pusher) provides an axial force of at least 40% of the force created by the pusher, and sufficient to force the rupture of the shank at the point of the groove, while simultaneously ensuring strength in the cross-section of the groove at all stages of valve application before operation, including from the pressure of the working fluid in the opening of the inlet fitting, from additional deformations of the shank when screwing and locking the nut with the tightening torque necessary to eliminate gaps in the connection.
Выполнение части входного штуцера в виде хвостовика с глухим отверстием обеспечивает по металлу гарантированно герметичное разделение полости системы хранения рабочего тела и магистрали системы подачи до начала функционирования двигательной установки. Такое решение конструкции клапана позволяет в принципе подавать газ на вход как со стороны входного штуцера, так и со стороны выходного штуцера с дополнительной установкой фильтрующей сетки на входном штуцере.Making part of the inlet fitting in the form of a shank with a blind hole ensures a guaranteed hermetically sealed separation of the cavity of the working fluid storage system and the supply system line before the propulsion system begins to operate. This solution to the valve design allows, in principle, to supply gas to the inlet both from the inlet fitting and from the outlet fitting with the additional installation of a filter mesh on the inlet fitting.
Предварительное сжатие толкателя на величину 3-5% от первоначальной длины в направлении продольной оси позволяет гарантированно создать достаточное усилие для принудительного разрыва металла в месте проточки на наружной поверхности хвостовика входного штуцера при тепловом воздействии и восстановлении толкателем исходной формы по длине, обеспечивая через зазор, образованный при принудительном разрыве хвостовика, свободный проход рабочего тела.Preliminary compression of the pusher by 3-5% of the original length in the direction of the longitudinal axis makes it possible to guarantee the creation of sufficient force for the forced rupture of the metal at the point of the groove on the outer surface of the inlet fitting shank under thermal influence and restoration of the pusher to its original shape along the length, ensuring through the gap formed in case of forced rupture of the shank, free passage of the working fluid.
Стопорение резьбы соединения «гайка-хвостовик» сваркой с предварительным подбором количества шайб между толкателем и гайкой для совмещения их торцевых поверхностей, позволяет предотвратить самоотвинчивание гайки вследствие воздействия механических нагрузок, возникающих при выводе космического аппарата на орбиту.Locking the thread of the “nut-shank” connection by welding with a preliminary selection of the number of washers between the pusher and the nut to align their end surfaces helps prevent the nut from self-unscrewing due to the impact of mechanical loads that arise when launching a spacecraft into orbit.
Установка на входе выходного штуцера сетки позволяет предотвратить попадание частиц металла, образующихся при трении в резьбовом соединении и, возможно, оставшихся в полости клапана в момент навинчивании гайки на стакан, обеспечивая тем самым чистоту проходящего рабочего тела в выходном штуцере.Installing a mesh at the inlet of the outlet fitting allows you to prevent the ingress of metal particles formed during friction in the threaded connection and, possibly, remaining in the valve cavity when the nut is screwed onto the glass, thereby ensuring the cleanliness of the passing working fluid in the outlet fitting.
Введение достаточного зазора между стойками гайки и сеткой выходного штуцера обеспечивает нахождение толкателя с восстановленной длиной после срабатывания без воздействия на сетку выходного штуцера.Introducing a sufficient gap between the nut posts and the outlet fitting grid ensures that the pusher is located with the restored length after operation without affecting the output fitting grid.
Для обеспечения соосного положения толкателя относительно хвостовика входного штуцера с гарантированным зазором на его фланце выполнен центрирующий уступ с диаметром, обеспечивающим скользящую посадку толкателя по его внутреннему диаметру.To ensure a coaxial position of the pusher relative to the shank of the inlet fitting with a guaranteed gap, a centering ledge with a diameter is made on its flange to ensure a sliding fit of the pusher along its inner diameter.
Соосное расположение основных силовых элементов клапана однократного действия в корпусе позволяет выполнить конструкцию с минимально возможным диаметром, что дает возможность при минимальных габаритно-массовых характеристиках клапана существенно повысить допускаемое давление рабочего тела на входе. Также это достигается за счет выполнения таких основных силовых элементов клапана, как корпус, входной и выходной штуцеры, а также гайки из нержавеющих сталей повышенной прочности.The coaxial arrangement of the main power elements of a single-acting valve in the body allows the design to be made with the smallest possible diameter, which makes it possible, with minimal overall dimensions and weight characteristics of the valve, to significantly increase the permissible pressure of the working fluid at the inlet. This is also achieved by making such main strength elements of the valve as the body, inlet and outlet fittings, as well as nuts made of high-strength stainless steel.
Для снижения потребляемой мощности нагревателя по образующей корпуса с нагревателем и по торцам корпуса установлена экранно-вакуумная теплоизоляция.To reduce the power consumption of the heater, screen-vacuum thermal insulation is installed along the generatrix of the housing with the heater and at the ends of the housing.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на Фиг. 1 показан продольный разрез клапана однократного действия высокого давления в исходном закрытом состоянии; на Фиг. 2 - вид сбоку клапана однократного действия высокого давления в исходном, закрытом состоянии; на Фиг. 3 - вид взаимного положения хвостовика с центрирующим уступом и кольцевой протокой, и толкателя; на Фиг. 4 - вид взаимного положения гайки со стойками и сетки перед выходным штуцером.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a longitudinal section of a single-acting high-pressure valve in its initial closed state; in Fig. 2 is a side view of a single-acting high-pressure valve in its original, closed state; in Fig. 3 - view of the relative position of the shank with a centering ledge and annular duct, and the pusher; in Fig. 4 - view of the relative position of the nut with posts and the mesh in front of the outlet fitting.
Клапан однократного действия высокого давления (Фиг. 1) содержит цилиндрической формы корпус 1, на наружной поверхности которого расположен нагреватель 2, с одной стороны корпуса герметично приварен входной штуцер 3, а с другой стороны герметично приварен выходной штуцер 4. Внутри корпуса, на входном штуцере коаксиально расположен толкатель 5, выполненный из материала с эффектом памяти формы, между фланцем 6 входного штуцера 3 и гайкой 7, навинченной на хвостовик 8, являющегося частью входного штуцера 3, через набор шайб 9 для совмещения торцевых поверхностей хвостовика и гайки для их стопорения сваркой. Для обеспечения коаксиального положения толкателя 5 относительно хвостовика 8 на фланце 6 входного штуцера выполнен центрирующий уступ 10 с наружным диаметром, обеспечивающим скользящую посадку толкателя по его внутреннему диаметру. Для прохода рабочего тела после срабатывания в толкателе 5 выполнены два сквозных отверстия 11 перпендикулярно его оси, а на торце гайки 7 выполнены четыре стойки 12, обеспечивающие проход рабочего тела после срабатывания клапана. Предварительно, перед установкой на входной штуцер 3 толкатель 5 сжат в направлении продольной оси на величину 3-5% от первоначальной длины, а затем установлен между фланцем 6 входного штуцера 3 и гайкой 7 с моментом затяжки, обеспечивающим соединение без зазоров. Для предотвращения самоотвинчивания гайки 7 вследствие воздействия вибраций резьбовое соединение 13 застопорено с помощью сварки 14 (Фиг. 2). Во входной части штуцера 3 по его оси выполнено глухое отверстие 15, над которым по наружной поверхности выполнена кольцевая проточка 16 треугольной формы для утонения площади сечения хвостовика 8 (Фиг. 3). Перед выходным штуцером 4 установлена сетка 17, предотвращающая попадание возможных частиц металла, образующихся при трении в резьбовом соединении во время навинчивания гайки 7 на хвостовик 8 и, возможно, оставшихся в полости клапана после окончательной его сборки, а также возможных частиц металла при разрыве хвостовика в момент срабатывания. Между стойками 12 гайки и сеткой 17 выходного штуцера предусмотрен достаточный зазор 18 (Фиг. 4), для расположения восстановленной длины толкателя после срабатывания без воздействия на сетку выходного штуцера 4. Для снижения потребляемой мощности нагревателя по образующей корпуса с нагревателем и по торцам корпуса установлена экранно-вакуумная теплоизоляция 19.The high-pressure single-acting valve (Fig. 1) contains a cylindrical body 1, on the outer surface of which a heater 2 is located, on one side of the body the inlet fitting 3 is hermetically welded, and on the other side the outlet fitting 4 is hermetically welded. Inside the body, on the inlet fitting A pusher 5, made of shape memory material, is located coaxially between the flange 6 of the inlet fitting 3 and the nut 7, screwed onto the shank 8, which is part of the inlet fitting 3, through a set of washers 9 for aligning the end surfaces of the shank and the nut for locking them by welding. To ensure the coaxial position of the pusher 5 relative to the shank 8, a centering ledge 10 with an outer diameter is made on the flange 6 of the inlet fitting with an outer diameter that ensures a sliding fit of the pusher along its inner diameter. To allow the working fluid to pass through after actuation, two through holes 11 are made in the pusher 5 perpendicular to its axis, and four posts 12 are made at the end of the nut 7 to ensure the passage of the working fluid after the valve is actuated. Previously, before installation on the inlet fitting 3, the pusher 5 is compressed in the direction of the longitudinal axis by an amount of 3-5% of the original length, and then installed between the flange 6 of the inlet fitting 3 and the nut 7 with a tightening torque that ensures a connection without gaps. To prevent self-unscrewing of the nut 7 due to vibration, the threaded connection 13 is locked by welding 14 (Fig. 2). In the inlet part of the fitting 3, along its axis there is a blind hole 15, above which an annular groove 16 of a triangular shape is made along the outer surface to thin the cross-sectional area of the shank 8 (Fig. 3). A mesh 17 is installed in front of the outlet fitting 4, which prevents the entry of possible metal particles formed during friction in the threaded connection during screwing of the nut 7 onto the shank 8 and, possibly, remaining in the valve cavity after its final assembly, as well as possible metal particles when the shank ruptures. moment of operation. Between the posts 12 of the nut and the grid 17 of the outlet fitting there is a sufficient gap 18 (Fig. 4) to accommodate the restored length of the pusher after operation without affecting the grid of the output fitting 4. To reduce the power consumption of the heater, a screen is installed along the generatrix of the housing with the heater and at the ends of the housing -vacuum thermal insulation 19.
Клапан однократного действия высокого давления работает следующим образом. До начала работы двигательной установки КА клапан однократного действия находится в режиме хранения, рассчитанным на требуемое время. В исходном состоянии толкатель 5 зажат без зазоров между фланцем 6 входного штуцера 3 и шайбами 9 с гайкой 7. Для обеспечения запуска двигательной установки на нагреватель 2 клапана подается напряжение питания, при этом температура толкателя начинает увеличиваться и при достижении температуры обратного мартенситного превращения предварительно деформированный толкатель начинает удлиняться в направлении продольной оси на 3-5%, создавая усилие на фланец 6 входного штуцера и гайку 7, принудительно разрывая хвостовик 8 в месте выполненной проточки 16 на наружной поверхности. При этом рабочее тело свободно проходит через образовавшийся зазор в хвостовике 8, через два отверстия 11 в толкателе 5, через зазор между корпусом и толкателем, через щели, образованными стойками 12 в гайке и торцом выходного штуцера 4, и далее поступает в отверстие выходного штуцера клапана. После отключения нагревателя и остывания толкатель остается в удлиненном состоянии, обеспечивая постоянный проход рабочего тела из системы хранения в магистраль подачи в течение всего срока эксплуатации двигательной установки.The high pressure single acting valve works as follows. Before the spacecraft propulsion system starts operating, the single-acting valve is in storage mode, designed for the required time. In the initial state, the pusher 5 is clamped without gaps between the flange 6 of the inlet fitting 3 and the washers 9 with nut 7. To ensure the start of the propulsion system, a supply voltage is applied to the heater 2 of the valve, while the temperature of the pusher begins to increase and when the temperature of the reverse martensitic transformation is reached, the previously deformed pusher begins to lengthen in the direction of the longitudinal axis by 3-5%, creating a force on the flange 6 of the inlet fitting and the nut 7, forcibly breaking the shank 8 at the location of the groove 16 on the outer surface. In this case, the working fluid freely passes through the resulting gap in the shank 8, through two holes 11 in the pusher 5, through the gap between the body and the pusher, through the slots formed by the posts 12 in the nut and the end of the outlet fitting 4, and then enters the hole in the outlet fitting of the valve . After the heater is turned off and cooled down, the pusher remains in an elongated state, ensuring constant passage of the working fluid from the storage system to the supply line throughout the entire life of the propulsion system.
Испытания опытных образцов предлагаемого клапана однократного действия высокого давления показали абсолютную герметичность при проверочном давлении на прочность до 58,9 МПа и гарантированное срабатывание при рабочем давлении газа на входе до 39,2 МПа.Tests of prototypes of the proposed high-pressure single-acting valve showed absolute tightness at a strength test pressure of up to 58.9 MPa and guaranteed operation at an operating gas inlet pressure of up to 39.2 MPa.
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2821357C1 true RU2821357C1 (en) | 2024-06-21 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU11290U1 (en) * | 1998-10-20 | 1999-09-16 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | VALVE |
US20050173661A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-08-11 | Anthony Mignon | Spaceship valve with actuator made of shape-memory alloy |
RU2359162C1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-06-20 | Таисия Сергеевна Романенко | Thermal shut-off valve |
RU2469233C1 (en) * | 2011-11-09 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Атомэнергопроект" | Emergency single-acting thermal valve |
CN210510423U (en) * | 2019-09-12 | 2020-05-12 | 郭庆 | Safety valve for gas pipeline |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU11290U1 (en) * | 1998-10-20 | 1999-09-16 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | VALVE |
US20050173661A1 (en) * | 2003-12-23 | 2005-08-11 | Anthony Mignon | Spaceship valve with actuator made of shape-memory alloy |
RU2359162C1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-06-20 | Таисия Сергеевна Романенко | Thermal shut-off valve |
RU2469233C1 (en) * | 2011-11-09 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Атомэнергопроект" | Emergency single-acting thermal valve |
CN210510423U (en) * | 2019-09-12 | 2020-05-12 | 郭庆 | Safety valve for gas pipeline |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20150028234A1 (en) | Device for Opening or Closing a Seal Set of a Valve | |
US5960812A (en) | Fluid flow control valve | |
US8499779B2 (en) | Systems, methods and apparatus of a nitinol valve | |
US9746092B2 (en) | Valve assembly, in particular for space travel drive systems, which is closed when not actuated | |
US3548848A (en) | Explosive actuated valves | |
US3494370A (en) | Explosive valve | |
US5791367A (en) | Pressure relief device | |
RU2821357C1 (en) | Single-action high-pressure valve | |
US3474809A (en) | Normally-closed explosive-operated valve | |
US3260272A (en) | Normally-closed explosive-actuated valve | |
RU2634999C1 (en) | Safety valve | |
US2721571A (en) | Shut-off valve | |
US9677681B1 (en) | Shape memory actuated normally open permanent isolation valve | |
US9989039B2 (en) | Single-actuation valve arrangement for aerospace component, and aerospace component | |
US20170370181A1 (en) | Shaft blowout prevention device | |
US2937654A (en) | Tube shearing valve | |
RU2362078C2 (en) | Explosive valve | |
CN108869822A (en) | The stop valve that timing is closed when less than certain flow | |
CN106795745B (en) | Ram blowout preventer plunger rod secondary component | |
CN203718086U (en) | Fire-engineering blasting valve | |
WO2007056865A1 (en) | Valve assembly | |
RU2154765C2 (en) | Pulsed opening circular valve | |
DE102021200470A1 (en) | Compressed gas container device for storing a gaseous medium | |
CN104896114B (en) | A kind of small torque adjusting valve, the mechanism for opening/closing of stop valve | |
CN114810740B (en) | A pipe burst simulation device based on fluid blocking test and test method thereof |