Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2456494

(19)

RU

(11)

2456494

(13)

C1

(51) МПК F16K5/12 (2006.01)

F16K5/04 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010148102/06, 26.11.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

26.11.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 26.11.2010

(45) Опубликовано: 20.07.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2079023 С1, 10.05.1997. RU 2121097 С1, 27.10.1998. RU 2121098 С1, 27.10.1998. GB 2255155 А, 28.10.1992. US 3276466 А, 04.10.1966. US 1844046 А, 09.02.1932. ЕР 0335090 А2, 04.10.1989. WO 2007039771 А1, 12.04.2007.

Адрес для переписки:

127273, Москва, Березовая аллея, 10, Открытое акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (ОАО "Корпорация "МИТ")

(72) Автор(ы):

Соломонов Юрий Семенович (RU),

Черепов Владимир Иванович (RU),

Лобанов Олег Александрович (RU),

Тумановская Валентина Павловна (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Открытое акционерное общество "Корпорация "Московский институт теплотехники" (ОАО "Корпорация "МИТ") (RU)

(54) КЛАПАН ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ГОРЯЧЕГО ГАЗА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к области ракетной техники, и предназначено для регулирования расхода горячего газа в клапанах, работающих на продуктах сгорания ракетных топлив. Клапан для регулирования расхода горячего газа содержит корпус с входным и выходным патрубками. В выходном патрубке установлено седло с расходным отверстием, с которым по взаимообращенным поверхностям контактирует заслонка. Заслонка соединена кинематически с валом. Заслонка выполнена из жаропрочною молибденовольфрамового сплава. Основу этого сплава составляет молибден с добавлением 22 30% вольфрама. Седло выполнено из такого же, как и заслонка, жаропрочного молибденовольфрамового сплава с равномерными порами. Эти поры заполнены по всему объему легкоплавким антифрикционным материалом, преимущественно, медью. Объем пор составляет 10 20% от объема сплава. Изобретение направлено на повышение надежности работы клапана за счет снижения величины шарнирного момента и уменьшения эрозионного износа материалов заслонки и седла, регулирующих минимальное сечение клапана. 4 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники и направлено на увеличение надежности работы клапанов за счет снижения величины шарнирного момента и стойкости материалов деталей, регулирующих минимальное расходное сечение клапана, особенно в клапанах, в которых детали регулирующей пары находятся в постоянном контакте между собой.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, которое регулируется заслонкой (регулирующим элементом), находящейся с седлом в постоянном контакте, на наружной поверхности заслонки на всю ширину расходного отверстия выполнена кольцевая проточка (патент РФ 2194206, М.к. 6 F16K 5/04, 5/12, 2002 г.).

Недостаток такой конструкции заключается в том, что из-за зазора между деталями, регулирующими минимальное расходное сечение клапана (седлом и заслонкой), появляется дополнительный расход продуктов сгорания, который требует увеличения запасов топлива, что приводит к увеличению веса, а это в ракетной технике недопустимо.

Известна конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа, состоящая из корпуса с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, которое регулируется заслонкой (регулирующим элементом), находящейся с седлом в постоянном контакте (патент РФ 2079023, М.к. 6 F16K 5/04, 5/12, 1997 г.).

Недостаток этой конструкции состоит в том, что наличие постоянного контакта заслонки и седла, которые выполнены из жаропрочных сплавов (т.к. клапаны работают на продуктах сгорания ракетных топлив с температурой до 2300 К), подвержены схватыванию, что приводит к увеличению шарнирного момента, особенно в случае длительного времени работы, а также может привести к эрозионному износу материалов деталей, регулирующих минимальное расходное сечение клапана, если в продуктах сгорания находится окислитель. Исходя из вышеизложенного выбор материалов седла и заслонки является актуальной задачей для клапанов, в которых детали регулирующей пары находятся в постоянном контакте друг с другом.

Целью работы является увеличение надежности работы клапана за счет уменьшения величины шарнирного момента и отсутствия эрозионного износа материалов заслонки и седла, регулирующих минимальное сечение клапана.

Указанная цель достигается тем, что в клапане для регулирования расхода горячего газа, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, в выходной патрубок установлено седло с расходным отверстием, с которым по взаимообращенным поверхностям контактирует заслонка, соединенная кинематически с валом, заслонка выполнена из жаропрочного молибденовольфрамового сплава, основу которого составляет молибден с добавлением 22 30% вольфрама, а седло выполнено из такого же, как и заслонка, жаропрочного молибденовольфрамового сплава с равномерными порами, заполненными по всему объему легкоплавким антифрикционным материалом, преимущественно, медью, при этом объем пор составляет 10 20% от объема сплава,

На фиг.1 приведена конструкция клапана для регулирования расхода горячего газа.

На фиг.2 приведен график увеличения площади минимального расходного сечения клапана после испытаний в составе двигателя в зависимости от соотношения Мо и W в сплаве, из которого изготовлены заслонка и седло.

На фиг.3 приведен график изменения относительной величины шарнирного момента (М ш ) в зависимости от соотношения Мо и W в сплаве.

На фиг.4 приведен график изменения прочности на растяжение в зависимости от пористости сплава (Мо - основа, W - 22 30%).

Клапан для регулирования расхода горячего газа состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками. В выходной патрубок 2 установлено седло 4, с которым контактирует заслонка 5 по взаимообращенным поверхностям (на фиг.1 приведен контакт по цилиндрическим поверхностям). Заслонка 5 кинематически соединена с валом 6, который приводится в движение рулевой машинкой. Заслонка выполнена из молибденовольфрамового сплава с преимущественным содержанием молибдена, например сплав марки МВ-2-МП ТУ АДИ 528-2000 (Мо - основа, W - 22 30%). Седло выполнено из такого же сплава, но имеющего равномерные поры, заполненные по всему объему легкоплавким антифрикционным материалом, преимущественно, медью. Количество пор составляет 10 20% от объема материала, из которого изготовлено седло, например сплав МВД-2-МП ТУ 14-1-5239-2004.

Пористый материал имеет более слабые прочностные характеристики, поэтому из него изготавливается седло, т.к. оно меньше подвержено нагрузке.

Проведенные испытания подтвердили правильность предложенной конструкции. Сравнительные испытания с разными марками жаропрочных материалов показали, что наибольшей эрозионной стойкостью обладают материалы с преимущественным содержанием молибдена.

Это объясняется следующим. Известно, что свободная энергия молибдена в интервале температур от 0°С до 2900°С больше, чем у вольфрама (Глушко В.П. «Термодинамические свойства индивидуальных веществ», т.4, 1978 г.). Следовательно, молибден более реакционно-способен и быстрее образует различные соединения, в том числе карбиды. Однако карбиды молибдена (Мо 2 С) термодинамически более устойчивы, чем карбиды вольфрама (W 2 C) (Самсонов Т.В. и др. «Карбиды вольфрама», 1974 г.), а кроме того, Мо 2 С менее хрупок, чем W 2 C, и при образовании фазы внедрения (карбида) углерода в кристаллическую решетку металла химическая (в основном ковалентная) связь Мо-С сильнее, чем W-С. Исходя из изложенного в условиях работы клапана (температура продуктов сгорания 1800 2300 К) при выполнении заслонки и седла, формирующих минимальное расходное сечение клапана, из молибденовых сплавов, слой карбида молибдена после его образования под действием продуктов сгорания остается на поверхности и препятствует дальнейшему взаимодействию молибдена с продуктами сгорания, а при выполнении из вольфрама слой карбида вольфрама разрушается под действием потока продуктов сгорания и поэтому не препятствует дальнейшему протеканию процесса химической коррозии. Следовательно, нужно найти оптимальное сочетание молибдена и вольфрама в сплаве.

На графике (фиг.2) приведены экспериментальные данные по увеличению площади минимального расходного сечения клапана после испытаний в составе двигателя при различных соотношениях вольфрама и молибдена как при пропитке медью, так и без. Данные получены по результатам воздушных продувок как зависимость увеличения минимального расходного сечения клапана после испытаний в составе двигателя. Из графика (фиг.2) видно, что эрозионный износ отсутствует при содержании вольфрама в сплаве около 30%.

На графике (фиг.3) приведены экспериментальные данные по величинам шарнирных моментов, полученным при различном содержании в сплаве вольфрама и молибдена, но при пропитке медью седла. Из графика (фиг.3) видно, что начиная с содержания в сплаве более 70% молибдена величина шарнирного момента резко увеличивается.

На графике (фиг.4) приведены экспериментальные данные, полученные на образцах, по изменениям в при температуре 1800°С в зависимости от пористости материала. Как видно из графика, имеются два участка резкого падения прочностных свойств материала. Для уменьшения величины шарнирного момента, чем больше меди в материале, тем лучше. Однако при увеличении пористости материала (поры заполнены медью) резко снижаются прочностные характеристики материала. Ограничимся количеством пор в интервале 10 20%.

При работе клапана, когда продукты сгорания, имеющие температуру до 2300 К и давление до 10 МПА, поступают к заслонке и седлу и истекают наружу через минимальное расходное сечение клапана, создавая тягу, заслонка и седло прогреваются и на поверхности их контакта образуется пленка меди, которая в дальнейшем выступает как смазка, снижая величину шарнирного момента.

Благодаря тому что заслонка изготовлена из жаропрочного сплава на основе вольфрама и молибдена с преимущественным содержанием молибдена (Мо - основа, W - 22,0 30,0%), а седло изготовлено из такого же сплава, но в нем выполнены по всему объему равномерные поры в пределах 10,0 20,0% от объема, которые полностью заполнены легкоплавким антифрикционным материалом (в нашем случае медью), отсутствует их эрозионный износ и снижается величина шарнирного момента.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, предложенная конструкция клапана обеспечивает повышение надежности его работы за счет снижения величины шарнирного момента и исключения эрозионного износа материала заслонки и седла.

Формула изобретения

Клапан для регулирования расхода горячего газа, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, в выходном патрубке установлено седло с расходным отверстием, с которым по взаимообращенным поверхностям контактирует заслонка, соединенная кинематически с валом, отичающийся тем, что заслонка выполнена из жаропрочного молибденовольфрамового сплава, основу которого составляет молибден с добавлением 22 30% вольфрама, а седло выполнено из такого же как и заслонка жаропрочного молибденовольфрамового сплава с равномерными порами, заполненными по всему объему легкоплавким антифрикционным материалом, преимущественно медью, при этом объем пор составляет 10 20% от объема сплава.

РИСУНКИ