RU2624389C2

RU2624389C2 - Valve device from elastic material

Info

Publication number: RU2624389C2
Application number: RU2015117157A
Authority: RU
Inventors: Юрий Алексеевич Христенко; Ирина Петровна Христенко
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2017-07-03
Also published as: RU2015117157A

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: valve device made of elastic material with a through hole for working fluid flow, pressed by the working fluid pressure to the sealing surface, with geometric characteristics and elastic properties of the material, providing preliminary contact pressure on the sealing surface. The valve arrangement is made in the form of a cylindrical sealing ring made of an elastic material of rectangular cross-section, whose ends are axially symmetrically connected along the lateral surface of the ring with circular cross-section through the ring bridges. A hole for the flow of liquid is made along the normal to the surface of the rectangular ring.

EFFECT: increasing the reliability of sealing the test object using the self-sealing effect, ensure installation with minimal time and reduce the cost of manufacturing a valve device.

2 cl, 5 dwg

Description

Техническое решение относится к запорным клапанным устройствам, преимущественно применяемым в испытательной технике для перераспределения потоков жидкости в изделиях с цилиндрической поверхностью, где перекрытие каналов достигается за счет поджатия эластичных уплотнений рабочим давлением жидкости и может быть использовано в проливочных стендах двухкомпонентных форсунок для жидкостных ракетных двигателей, а также в гидравлических системах различного назначения, где требуется перераспределение потоков жидкости.The technical solution relates to shut-off valve devices, mainly used in testing equipment for redistributing fluid flows in products with a cylindrical surface, where the channels are blocked by compressing the elastic seals with the working fluid pressure and can be used in pouring stands of two-component nozzles for liquid-propellant rocket engines, and also in hydraulic systems for various purposes where redistribution of fluid flows is required.

Известна уплотнительная манжета для герметизации обсадной трубы с целью ее гидравлических испытаний на прочность 1. Патент RU 2518778 С1, 10.06.2014, МПК G01 3/08, F16J 15/32 [1]. Манжета выполнена из упругого эластичного материала (резины или полиуретана) в виде цилиндрического «стакана» с расположенным в центре днища отверстием для подвода рабочей жидкости. Цилиндрическую часть манжеты с расположенным на внешней стороне выступом треугольного сечения заводят внутрь конца обсадной трубы с натягом, который обеспечивается за счет упругости материала и превышения диаметра кромки выступа над внутренним диаметром трубы. Затем на конец обсадной трубы устанавливают крепежные элементы с металлической заглушкой.Known sealing cuff for sealing the casing with the aim of its hydraulic testing for strength 1. Patent RU 2518778 C1, 06/10/2014, IPC G01 3/08, F16J 15/32 [1]. The cuff is made of an elastic elastic material (rubber or polyurethane) in the form of a cylindrical "glass" with an opening for supplying a working fluid located in the center of the bottom. The cylindrical part of the cuff with a protrusion of a triangular section located on the outside is brought into the end of the casing with an interference fit, which is ensured by the elasticity of the material and the excess of the diameter of the lip of the protrusion over the inner diameter of the pipe. Then, fasteners with a metal plug are installed at the end of the casing.

После завершения установки металлической заглушки внутреннюю полость обсадной трубы заполняют водой с удалением воздуха, а затем во внутренней полости обсадной трубы посредством мультипликатора поднимают избыточное давление до заданной величины, при этом происходит поджатие манжеты как по цилиндрической поверхности с выступом треугольного сечения, так и по днищу манжеты.After installation of the metal plug is completed, the inner cavity of the casing pipe is filled with water to remove air, and then in the inner cavity of the casing pipe the excess pressure is raised to a predetermined value, while the cuff is compressed both along a cylindrical surface with a protrusion of a triangular section and along the bottom of the cuff .

Недостатком приведенной конструкции манжеты является низкая надежность обеспечения герметичности, т.к. наличие отверстия в днище манжеты ведет к неравномерному и неполному поджатию зоны отверстия к уплотняемой поверхности днища металлической заглушки в процессе ее монтажа, что не позволяет создать предварительное контактное давление в зоне отверстия на днище манжеты, из-за чего невозможно получить эффект самоуплотнения и поэтому через уплотнение может происходить утечка жидкости из обсадной трубы, и соответственно в обсадной трубе будет происходить падение давления. Процедура поиска места утечки и устранения негерметичности в этом случае является трудоемкой и затратной.The disadvantage of the cuff design is the low reliability of the tightness, because the presence of a hole in the bottom of the cuff leads to uneven and incomplete compression of the zone of the hole to the sealing surface of the bottom of the metal plug during installation, which does not allow preliminary contact pressure to be created in the zone of the hole on the bottom of the cuff, which makes it impossible to obtain a self-sealing effect and therefore through the seal fluid may leak from the casing, and accordingly, a pressure drop will occur in the casing. The procedure for finding a leak and eliminating leaks in this case is time-consuming and costly.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является клапанное устройство, см. рис. 7.10, е из кн. Кондаков Л.А., Голубев А.И., Гордеев В.В. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. М.: Машиностроение, 1994. - 448 с. [2], которое включает в себя шток с тарелью и эластичное уплотнение с каналами для прохода жидкостной среды, при подаче которой под рабочим давлением в каналы уплотнения происходит поджатие уплотнения к седлу клапана, т.е. обеспечивается самоуплотнение.Closest to the proposed technical solution is a valve device, see Fig. 7.10, e from the book. Kondakov L.A., Golubev A.I., Gordeev V.V. and others. Seals and sealing equipment. M.: Mechanical Engineering, 1994 .-- 448 p. [2], which includes a stem with a plate and an elastic seal with channels for the passage of a liquid medium, when it is supplied under working pressure to the seal channels, the seal is pressed against the valve seat, i.e. self-sealing is provided.

К недостаткам известной конструкции клапанного устройства можно отнести то, что для получения эффекта самоуплотнения необходимо посредством пружины через тарель со штоком произвести механическое поджатие уплотнения к седлу до полного соприкосновения уплотнения с уплотняемой поверхностью седла и последующего создания в зоне соприкосновения предварительного контактного давления. Конструкция такого устройства имеет низкую надежность в обеспечении герметизации полостей из-за негарантированного создания предварительного контактного давления по всей уплотняемой поверхности со сложной фасонной поверхностью собственно уплотнения с тарелью клапана. Кроме того, конструкция такого устройства является сложной в изготовлении и к тому же имеет большие габариты, что затрудняет ее применение для автономного испытания малогабаритных гидравлических устройств, например, двухкомпонентных форсунок для жидкостного ракетного двигателя малой тяги (ЖРДМТ).The disadvantages of the known design of the valve device include the fact that to obtain the effect of self-sealing, it is necessary to mechanically compress the seal to the seat through the spring through the plate with the stem until the seal is in full contact with the seal surface of the seat and then creates preliminary contact pressure in the contact area. The design of such a device has low reliability in ensuring the sealing of cavities due to the unwarranted creation of preliminary contact pressure over the entire sealing surface with a complex shaped surface of the actual seal with the valve disc. In addition, the design of such a device is difficult to manufacture and also has large dimensions, which makes it difficult to use it for autonomous testing of small-sized hydraulic devices, for example, two-component nozzles for a liquid propellant small thrust rocket engine (LREMT).

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности герметизации испытываемого или эксплуатируемого объекта, снижение затрат на изготовление клапанного устройства, обеспечение быстродействия при монтаже.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the sealing of the tested or operated object, reduce the cost of manufacturing the valve device, ensuring speed during installation.

Поставленная задача решается тем, что в клапанном устройстве из эластичного материала со сквозным отверстием для протока рабочей жидкости, прижимаемого давлением рабочей жидкости к уплотняемой поверхности, с геометрическими характеристиками и упругими свойствами материала, обеспечивающими предварительное контактное давление с уплотняемой поверхностью согласно изобретению предлагается следующее:The problem is solved in that in a valve device made of elastic material with a through hole for the flow of the working fluid pressed by the pressure of the working fluid to the sealing surface, with geometric characteristics and elastic properties of the material, providing preliminary contact pressure with the sealing surface according to the invention, the following is proposed:

- клапанное устройство выполнено в виде цилиндрического кольца прямоугольного сечения;- valve device is made in the form of a cylindrical ring of rectangular cross section;

- по нормали к поверхности цилиндрического кольца прямоугольного сечения выполнено сквозное отверстие для протока жидкости;- along the normal to the surface of a cylindrical ring of rectangular cross-section, a through hole for the fluid flow is made;

- с торцами цилиндрического кольца с прямоугольным сечением через кольцевые перемычки осесимметрично соединены по боковой поверхности кольца круглого сечения.- with the ends of a cylindrical ring with a rectangular cross section through the ring jumpers are axisymmetrically connected along the lateral surface of the circular ring.

Дополнительно в канале протока рабочей жидкости в цилиндрическом кольце прямоугольного сечения установлена дроссельная шайба с калиброванным отверстием, имитирующая гидравлическое сопротивление тракта подачи рабочей жидкости.Additionally, a throttle washer with a calibrated hole is installed in the channel of the working fluid duct in a cylindrical ring of rectangular cross-section, which simulates the hydraulic resistance of the working fluid supply path.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, приведенными на фиг. 1 - 5.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawings shown in FIG. fifteen.

На фиг. 1 представлено клапанное устройство 1 из эластичного материала (резины), включающее в себя:In FIG. 1 shows a valve device 1 made of an elastic material (rubber), including:

Б - цилиндрическое кольцо прямоугольного сечения шириной L₂ и высотой Н, в центре которого (на расстоянии L₂/2 от торца кольца) для протока рабочей жидкости имеется сквозное отверстие диаметром D₂, выполненное по нормали к поверхности кольца (см. выносной элемент А).B - a cylindrical ring of rectangular section of width L ₂ and a height H, the center of which (at a distance L _2/2 from the end face of the ring) to the working fluid flow has a through hole diameter D ₂ formed by the normal to the surface of the ring (see callout A. )

Г - кольцо круглого сечения диаметром D₁, при этом D₁=H (см. выносной элемент А).G is a circular ring with a diameter of D ₁ , with D ₁ = H (see extension A).

В - кольцевые перемычки, которыми соосно соединены торцы кольца Б с боковыми поверхностями колец Г круглого сечения (см. выносной элемент А).B - annular lintels, which coaxially connect the ends of ring B with the lateral surfaces of rings D of circular cross section (see extension A).

Клапанное устройство 1 при монтаже имеет две степени свободы на перемещение вдоль оси цилиндрической уплотняемой поверхности и вращение вокруг оси для позиционирования отверстия протока жидкости в кольце Б с входами каналов в цилиндрической уплотняемой поверхности.The valve device 1 during installation has two degrees of freedom of movement along the axis of the cylindrical sealing surface and rotation around the axis for positioning the fluid duct hole in ring B with channel inlets in the cylindrical sealing surface.

Внутренний диаметр клапанного устройства определяют исходя из рекомендуемой величины относительной деформации 6, обеспечивающей предварительное контактное давление между поверхностью эластичного клапанного устройства и цилиндрической поверхностью объекта уплотнения, что является одним из главных условий обеспечения самоуплотнения при подаче избыточного рабочего давления жидкости в уплотняемую полость [2]:The inner diameter of the valve device is determined based on the recommended value of the relative deformation 6, which provides preliminary contact pressure between the surface of the elastic valve device and the cylindrical surface of the sealing object, which is one of the main conditions for ensuring self-sealing when applying excessive working pressure of the liquid to the cavity [2]:

где D₃ - внутренний диаметр колец клапанного устройства до их установки на цилиндрическую уплотняемую поверхность;where D ₃ is the inner diameter of the rings of the valve device prior to their installation on a cylindrical sealing surface;

D₄ - внутренний диаметр колец клапанного устройства после его растяжения при установке на цилиндрической поверхности и фактически равный диаметру уплотняемой цилиндрической поверхности.D ₄ - the inner diameter of the rings of the valve device after it is stretched when installed on a cylindrical surface and practically equal to the diameter of the sealed cylindrical surface.

На фиг. 2 приведена камера для испытания неравномерности распыла горючего двухкомпонентной соосной центробежной форсункой с внешним смешением для ЖРДМТ Патент RU 2436989 С2, 20.12.2011, МПК F02K 9/52 [3], включающая в себя следующие позиции: 1 - клапанное устройство со сквозным отверстием для протока жидкости, имеющее конечный размер его диаметра D₅ после подачи в полость испытательной камеры под рабочим давлением воды, имитирующей подачу горючего в ЖРДМТ, и соответственно обжатия клапанного устройства. 2 - форсунка двухкомпонентная соосная центробежная с внешним смешением в сборе (объект испытания). 3 - корпус испытательной камеры. 4, 5, 9 - прокладки из эластичного материала (резины). 6 - кольцо упорное. 7 - гайка накидная. 8 - крышка испытательной камеры. 10-12 крепежные детали (10 - болт откидной; 11 - гайка-барашек; 12 - шайба). И - канал подачи горючего в центробежную форсунку с закруткой потока шнеком. К - канал подачи окислителя в тангенциальную открытую центробежную форсунку и также в струйные форсунки, который закрыт внутренней поверхностью клапанного устройства I. Е и Ж - пазы под болты откидные 10 во фланцах корпуса и крышки испытательной камеры. Л - направление потока жидкости на входе в испытательную камеру. М - форсунка горючего центробежная с закруткой потока шнеком с углом распыла α₁.In FIG. Figure 2 shows a chamber for testing the uneven distribution of fuel by a two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing for liquid propellant rocket engines Patent RU 2436989 C2, 12.20.2011, IPC F02K 9/52 [3], which includes the following items: 1 - valve device with a through hole for the flow liquid having a final size of its diameter D ₅ after feeding into the cavity of the test chamber under a working pressure of water simulating the supply of fuel to the liquid propellant rocket engine and, accordingly, compression of the valve device. 2 - two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing assembly (test object). 3 - housing test chamber. 4, 5, 9 - gaskets made of elastic material (rubber). 6 - thrust ring. 7 - flare nut. 8 - cover of the test chamber. 10-12 fasteners (10 - folding bolt; 11 - wing nut; 12 - washer). And - a channel for supplying fuel to a centrifugal nozzle with a screw swirling the flow. K is the channel for supplying the oxidizer to the tangential open centrifugal nozzle and also to the jet nozzles, which is closed by the inner surface of the valve device I. E and G are the hinged bolt grooves 10 in the flanges of the housing and cover of the test chamber. L - direction of fluid flow at the entrance to the test chamber. M - fuel centrifugal nozzle with a flow swirl screw with a spray angle α ₁ .

На фиг. 3 приведена камера для испытания неравномерности распыла окислителя двухкомпонентной сосной центробежной форсункой с внешним смешением для ЖРДМТ [3], включающая в себя следующие позиции:In FIG. Figure 3 shows the chamber for testing the unevenness of the spray of an oxidizing agent by a two-component pine centrifugal nozzle with external mixing for a liquid propellant rocket engine [3], which includes the following items:

1 - клапанное устройство со сквозным отверстием для протока жидкости, имеющее конечный размер его диаметра D₅ после подачи в полость испытательной камеры под рабочим давлением воды, имитирующей подачу окислителя в ЖРДМТ, и соответственно обжатия клапанного устройства.1 - valve device with a through hole for the fluid flow, having a final diameter diameter of D ₅ after the water is supplied to the cavity of the test chamber under the working pressure, simulating the flow of the oxidizing agent into the liquid propellant rocket engine, and, accordingly, the compression of the valve device.

2 - форсунка двухкомпонентная соосная центробежная с внешним смешением в сборе (объект испытания). 3 - корпус испытательной камеры. 4, 9 - прокладки из эластичного материала (резины). 6 - кольцо упорное. 7 - гайка накидная. 8 - крышка камеры. 10-12 крепежные детали (10 - болт откидной; 11 - гайка-барашек; 12 - шайба). 13 - прокладка из фторопласта. 14 - струи свободного истечения из струйных форсунок окислителя. И - канал подачи горючего в центробежную форсунку с закруткой потока шнеком, который закрыт внутренней поверхностью клапанного устройства 1.2 - two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing assembly (test object). 3 - housing test chamber. 4, 9 - gaskets made of elastic material (rubber). 6 - thrust ring. 7 - flare nut. 8 - camera cover. 10-12 fasteners (10 - folding bolt; 11 - wing nut; 12 - washer). 13 - gasket of ftoroplast. 14 - jet free flow from the jet nozzles of the oxidizer. And - the channel for supplying fuel to the centrifugal nozzle with a flow swirl screw, which is closed by the inner surface of the valve device 1.

К - канал подачи окислителя в тангенциальную открытую центробежную и струйные форсунки. Е и Ж - пазы под болты откидные 10 во фланцах корпуса и крышки камеры. Л - направление потока жидкости на входе в испытательную камеру. П - форсунка окислителя тангенциальная открытая центробежная с углом распыла окислителя α₂.K is the channel for supplying the oxidizing agent to the tangential open centrifugal and jet nozzles. E and G - grooves for the hinged bolts 10 in the flanges of the housing and chamber cover. L - direction of fluid flow at the entrance to the test chamber. P - oxidizer nozzle tangential open centrifugal with an oxidizer spray angle α ₂ .

На фиг. 4 приведено клапанное устройство 1 из эластичного материала (резины), включающее в себя:In FIG. 4 shows a valve device 1 of an elastic material (rubber), including:

Б - кольцо цилиндрическое прямоугольного сечения шириной L₂ и высотой Н (см. выносной элемент Р).B - a cylindrical ring of rectangular cross section with a width of L ₂ and a height of H (see remote element P).

Г - кольца круглого сечения диаметром D₁, при этом D₁=Н (см. выносной элемент Р).G - O-rings with a diameter of D ₁ , with D ₁ = H (see remote element P).

В - кольцевые перемычки, которыми соосно соединены торцы кольца Б с боковыми поверхностями колец круглого сечения Г (см. выносной элемент Р).C - annular lintels, which coaxially connect the ends of ring B with the lateral surfaces of rings of circular cross section D (see remote element P).

15 - шайба дроссельная с калиброванным отверстием диаметром D₆ для протока рабочей жидкости, установленная симметрично в кольце Б (на расстоянии L₂/2 от торца кольца Б) (см. выносной элемент Р).15 - a washer with a calibrated throttle opening diameter D ₆ for the working fluid flow path, installed symmetrically on the ring B (at a distance L _2/2 from the end ring B) (see callout F.).

Дроссельная шайба 15 имитирует гидравлическое сопротивление тракта окислителя.The throttle washer 15 simulates the hydraulic resistance of the oxidizer path.

16 - шайба дроссельная с калиброванным отверстием диаметром D₇, см. разрез С-С, для протока рабочей жидкости, установленная симметрично в кольце Б (на расстоянии L₂/2 от торца кольца Б). Дроссельная шайба 16 имитирует гидравлическое сопротивление тракта горючего.16 - a washer with a calibrated throttle opening diameter D _7, see section C-C, the hydraulic fluid flow, symmetrically mounted in the ring B (at a distance L _2/2 from the end B ring).. The throttle washer 16 simulates the hydraulic resistance of the fuel path.

Клапанное устройство 1 при монтаже имеет две степени свободы на перемещение вдоль оси цилиндрической уплотняемой поверхности и вращение вокруг оси для позиционирования отверстий протока жидкости в дроссельных шайбах со входами каналов в цилиндрической уплотняемой поверхности.The valve device 1 during installation has two degrees of freedom of movement along the axis of the cylindrical sealing surface and rotation around the axis for positioning the holes of the fluid duct in the throttle washers with the channel inlets in the cylindrical sealing surface.

На фиг. 5 приведена камера для испытания неравномерности распыла окислителя двухкомпонентной соосной центробежной форсункой с внешним смешением для ЖРДМТ [3], включающая в себя следующие позиции: 1 - клапанное устройство с задействованной в данном примере шайбой дроссельной 15 с калиброванным отверстием диаметром D₆ для протока рабочей жидкости. 2 - форсунка двухкомпонентная соосная центробежная с внешним смешением в сборе (объект испытания). 3 - корпус испытательной камеры. 4, 9 - прокладки из эластичного материала (резины). 6 - кольцо упорное. 7 - гайка накидная. 8 - крышка испытательной камеры. 10-12 - крепежные детали (10 - болт откидной; 11 - гайка-барашек; 12 - шайба). 13 - прокладка из фторопласта. 14 - струи свободного истечения из струйных форсунок окислителя. И - канал подачи горючего в центробежную форсунку с закруткой потока шнеком, который закрыт внутренней поверхностью клапанного устройства 1. К - канал подачи окислителя в тангенциальную открытую центробежную и струйные форсунки. Е и Ж - пазы под болты откидные 10 во фланцах корпуса и крышки камеры. Л - направление потока жидкости на входе в испытательную камеру. П - форсунка окислителя тангенциальная открытая центробежная с углом распыла окислителя α₂.In FIG. Figure 5 shows a chamber for testing the non-uniformity of oxidizer spray by a two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing for liquid propellant rocket engines [3], which includes the following items: 1 - valve device with a throttle washer 15 used in this example with a calibrated hole with a diameter of D ₆ for working fluid flow. 2 - two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing assembly (test object). 3 - housing test chamber. 4, 9 - gaskets made of elastic material (rubber). 6 - thrust ring. 7 - flare nut. 8 - cover of the test chamber. 10-12 - fasteners (10 - folding bolt; 11 - wing nut; 12 - washer). 13 - gasket of ftoroplast. 14 - jet free flow from the jet nozzles of the oxidizer. And - the channel for supplying fuel to the centrifugal nozzle with a flow swirl screw, which is closed by the inner surface of the valve device 1. K is the channel for supplying the oxidizer to the tangential open centrifugal and jet nozzles. E and G - grooves for the hinged bolts 10 in the flanges of the housing and chamber cover. L - direction of fluid flow at the entrance to the test chamber. P - oxidizer nozzle tangential open centrifugal with an oxidizer spray angle α ₂ .

В данном примере дроссельная шайба 15 имитирует гидросопротивление тракта окислителя в ЖРДМТ до входа в канал К форсунки 2.In this example, the throttle washer 15 simulates the hydroresistance of the oxidizer path in the liquid fuel rail before entering the nozzle 2 channel K.

Клапанное устройство используют следующим образом.The valve device is used as follows.

Монтаж клапанного устройства для испытаний неравномерности распыла центробежной форсунки горючего.Installation of a valve device for testing the unevenness of atomization of a centrifugal fuel nozzle.

Монтаж форсунки двухкомпонентной соосной центробежной с внешним смешением 2 в испытательной камере для проливки тракта горючего и определения неравномерности распыла на центробежной форсунке горючего М (см. фиг. 2), выполняют в следующей последовательности. Прокладку 4 надевают на форсунку 2 и сдвигают ее до упора по цилиндрической поверхности диаметром D₄. Затем форсунку 2 с установленной прокладкой 4 вставляют до упора в корпус испытательной камеры 3 и поджимают форсунку 2 к корпусу 3 накидной гайкой 7 через прокладку 4, прокладку 5 для перекрытия выходных каналов в струйных форсунках и упорное кольцо 6. Затем на форсунку по цилиндрической поверхности диаметром D₄ надвигают с натягом клапанное устройство 1, при этом отверстие клапанного устройства совмещают со входом канала И путем перемещения клапанного устройства вдоль оси форсунки до упора в поверхность корпуса испытательной камеры 3 и поворота клапанного устройства вокруг оси форсунки 2 по цилиндрической поверхности диаметром D₄ до совпадения риски на форсунке с контрольной полосой на клапанном устройстве (не показано). При этом клапанное устройство 1 закрывает в форсунке канал К частью своей внутренней поверхности. Внутренняя поверхность клапанного устройства 1, т.е. внутренняя поверхность кольца Б и колец Г, см. фиг. 1, за счет растяжения на цилиндрической поверхности форсунки диаметром D₄ создает надежное начальное контактное давление, необходимое для последующей реализации эффекта самоуплотнения после подачи в испытательную камеру рабочей жидкости под давлением.The installation of the two-component coaxial centrifugal nozzle with external mixing 2 in the test chamber for pouring the fuel path and determining the unevenness of the spray on the centrifugal fuel nozzle M (see Fig. 2) is performed in the following sequence. The gasket 4 is put on the nozzle 2 and shift it until it stops along a cylindrical surface with a diameter of D ₄ . Then the nozzle 2 with the gasket 4 installed is inserted all the way into the housing of the test chamber 3 and the nozzle 2 is pressed against the housing 3 with a union nut 7 through the gasket 4, the gasket 5 to block the outlet channels in the jet nozzles and the thrust ring 6. Then, on the nozzle along a cylindrical surface with a diameter D ₄ tighten the valve device 1 with an interference fit, while the valve device hole is aligned with the channel inlet AND by moving the valve device along the nozzle axis all the way to the surface of the test chamber body 3 and the rotor of the valve device around the axis of the nozzle 2 along a cylindrical surface with a diameter of D ₄ until the risks on the nozzle coincide with the control strip on the valve device (not shown). In this case, the valve device 1 closes the channel K in the nozzle with a part of its inner surface. The inner surface of the valve device 1, i.e. inner surface of ring B and rings G, see FIG. 1, due to tension on the cylindrical surface of the nozzle with a diameter of D _{4, it} creates a reliable initial contact pressure, which is necessary for the subsequent realization of the self-sealing effect after applying pressure fluid to the test chamber.

Затем на поверхность кольцевой ступени фланца корпуса испытательной камеры 3 устанавливают прокладку 9 и поджимают ее в соединении типа «замок» ответной ступенью фланца крышки 8 посредством крепежа 10-12. На этом монтаж клапанного устройства 1 с двухкомпонентной форсункой 2 в испытательной камере для проливки тракта горючего и проведения определения неравномерности распыла центробежной форсунки горючего М завершен.Then, a gasket 9 is installed on the surface of the annular stage of the flange of the housing of the test chamber 3 and it is pressed in the “lock” type by the counter stage of the flange of the cover 8 by means of fasteners 10-12. On this installation of the valve device 1 with a two-component nozzle 2 in the test chamber for spilling the fuel path and determining the irregularity of the atomization of the centrifugal fuel nozzle M is completed.

Затем испытательную камеру с установленным клапанным устройством 1 на форсунке 2 монтируют на проливочном стенде с многосекционным улавливающим устройством, которое оснащено секциями в количестве 36 штук, соединенных с отдельными мерными емкостями, в которые дискретно собирают распыл воды с форсунки горючего М и затем оценивают неравномерность распыла горючего (в примере указанное устройство не приведено).Then, the test chamber with the installed valve device 1 on the nozzle 2 is mounted on a pouring stand with a multi-section catching device, which is equipped with sections in the amount of 36 pieces connected to separate measuring tanks, which discretely collect the water spray from the fuel nozzle M and then evaluate the unevenness of the fuel spray (in the example, the specified device is not shown).

Испытание на неравномерность распыла центробежной форсунки горючего с применением клапанного устройстваTest for uneven atomization of a centrifugal fuel injector using a valve device

В собранную испытательную камеру подают воду, см. направление потока жидкости по стрелке Л под избыточным давлением 0,6 МПа (с учетом истечения воды из форсунки в атмосферу эта величина также является перепадом давления на центробежной форсунке горючего с закруткой потока шнеком, значение которого в данном примере выбрано по рекомендациям [4], стр. 110), вследствие чего происходит поджатие клапанного устройства 1 к цилиндрической поверхности форсунки диаметром D₄, чем обеспечивается герметичность, т.е. проявляется эффект самоуплотнения. Отверстие диаметром D₂ в клапанном устройстве (см. фиг. 1), под действием сил растяжения, возникающих после завершения монтажа для обеспечения предварительного контактного давление между поверхностью эластичного клапанного устройства и цилиндрической поверхностью объекта уплотнения, а затем при воздействии избыточного давления жидкости деформируется и несколько уменьшается до эффективного диаметра D₅, т.е. D₅<D₂, при этом отверстие входного канала И в форсунку не перекрывается (см. фиг. 2).Water is supplied to the assembled test chamber, see the direction of the fluid flow in the direction of arrow L under an overpressure of 0.6 MPa (taking into account the outflow of water from the nozzle to the atmosphere, this value is also the pressure drop across the centrifugal fuel nozzle with the screw swirling, the value of which in this the example was selected according to the recommendations of [4], p. 110), as a result of which the valve device 1 is pressed against the cylindrical surface of the nozzle with a diameter of D ₄ , which ensures tightness, i.e. self-sealing effect is manifested. A hole with a diameter of D ₂ in the valve device (see Fig. 1), under the action of tensile forces arising after installation is completed to provide preliminary contact pressure between the surface of the elastic valve device and the cylindrical surface of the sealing object, and then, under the influence of excessive pressure, the liquid is deformed and somewhat decreases to an effective diameter D ₅ , i.e. D ₅ <D ₂ , while the hole of the input channel AND into the nozzle does not overlap (see Fig. 2).

В зоне контакта клапанного устройства 1 с цилиндрической уплотняемой поверхностью диаметром D₄ (см. фиг. 2), при одной и той же величине избыточного давления жидкости поджатие круглых колец Г, см. фиг. 1, к цилиндрической уплотняемой поверхности диаметром D₄ происходит плотнее, чем поджатие кольца Б прямоугольного сечения, см. фиг. 1, что исключает натекание жидкости с внешних сторон к кольцу Б и соответственно, тем самым обеспечивается надежность герметизации уплотнения.In the contact zone of the valve device 1 with a cylindrical sealing surface with a diameter of D ₄ (see Fig. 2), for the same amount of excess fluid pressure, the compression of the round rings G, see Fig. 1, to a cylindrical sealing surface with a diameter of D ₄ occurs denser than the compression of the rectangular ring B, see FIG. 1, which eliminates the leakage of fluid from the outer sides to the ring B and, accordingly, thereby ensuring the reliability of sealing of the seal.

Клапанное устройство 1, установленное на двухкомпонентной форсунке 2, помимо оценки неравномерности распыла горючего, обеспечивает также проведение процедуры проливки тракта горючего с целью определения фактического угла распыла горючего α₁ на выходе из центробежной форсунки М (см. фиг. 2).The valve device 1 installed on the two-component nozzle 2, in addition to assessing the unevenness of the fuel atomization, also provides a procedure for pouring the fuel path to determine the actual angle of atomization α ₁ at the outlet of the centrifugal atomizer M (see Fig. 2).

Монтаж клапанного устройства для испытаний неравномерности распыла форсунок окислителяInstallation of a valve device for testing the unevenness of the spray nozzles of the oxidizer

Монтаж клапанного устройства 1 на форсунке 2 в испытательной камере для проливки тракта окислителя с определением неравномерности распыла на центробежной форсунке П, а также на струйных форсунках со струями 14 (см. фиг. 3) осуществляют следующим образом.The installation of the valve device 1 on the nozzle 2 in the test chamber for shedding the oxidizer path with the determination of the spray unevenness on the centrifugal nozzle P, as well as on the jet nozzles with the jets 14 (see Fig. 3) is carried out as follows.

Вначале перекрывают подачу воды в испытательную камеру и демонтируют ее с проливочного стенда. Затем ослабляют крепеж 10-12, отводят из пазов Е и Ж откидные болты 10, снимают крышку 8 и прокладку 9, отвинчивают накидную гайку 7, снимают упорное кольцо 6 и прокладку 5, выталкивают форсунку 2 из корпуса испытательной камеры 3, одновременно снимая клапанное устройство 1 (см. фиг. 2).First, shut off the water supply to the test chamber and dismantle it from the pouring stand. Then the fasteners 10-12 are loosened, the hinged bolts 10 are removed from the grooves E and G, the cover 8 and the gasket 9 are removed, the union nut 7 is unscrewed, the thrust ring 6 and gasket 5 are removed, the nozzle 2 is pushed out of the test chamber 3 body, while removing the valve device 1 (see FIG. 2).

Последовательность сборки камеры с клапанным устройством 1, приведенным на фиг. 3, следующая. Прокладку 4 надевают на форсунку 2 и сдвигают ее до упора по цилиндрической поверхности форсунки диаметром D₄. Затем форсунку 2 с установленной прокладкой 4 вставляют до упора в корпус испытательной камеры 3 и поджимают форсунку 2 к корпусу 3 накидной гайкой 7 через прокладку 4, прокладку 13 и упорное кольцо 6. Затем на форсунку по цилиндрической поверхности диаметром D₄ надвигают с натягом клапанное устройство 1, при этом отверстие на клапанном устройстве 1 совмещают с входом канала К путем перемещения клапанного устройства вдоль оси форсунки 2 до упора с поверхностью корпуса 3 и поворота клапанного устройства вокруг оси форсунки 2 по цилиндрической поверхности диаметром D₄ до совпадения риски на форсунке с контрольной полосой на клапанном устройстве (не показано). При этом клапанное устройство 1 частью своей внутренней поверхности закрывает в форсунке канал И. Затем на кольцевую поверхность ступени фланца корпуса испытательной камеры 3 устанавливают прокладку 9 и поджимают ее в соединении типа «замок» ответной ступенью фланца крышки 8 посредством крепежа 10-12. На этом монтаж клапанного устройства 1 с двухкомпонентной форсункой 2 в испытательной камере для проливки тракта окислителя и определения неравномерности распыла центробежной форсунки окислителя П и струйных форсунок со струями 14 завершен.The assembly sequence of the chamber with the valve device 1 shown in FIG. 3, the following. The gasket 4 is put on the nozzle 2 and slide it all the way along the cylindrical surface of the nozzle with a diameter of D ₄ . Then the nozzle 2 with the gasket 4 installed is inserted all the way into the housing of the test chamber 3 and the nozzle 2 is pressed against the housing 3 with a union nut 7 through the gasket 4, the gasket 13 and the thrust ring 6. Then, the valve device is pressed onto the nozzle along a cylindrical surface with a diameter of D ₄ 1, while the hole on the valve device 1 is combined with the entrance of the channel K by moving the valve device along the axis of the nozzle 2 against the surface of the housing 3 and turning the valve device around the axis of the nozzle 2 along a cylindrical rhnosti diameter D ₄ to risks coincidence on the nozzle with a control strip on the valve device (not shown). In this case, the valve device 1 partly closes the channel I in the nozzle. Then, a gasket 9 is installed on the annular surface of the flange stage of the housing of the test chamber 3 and it is pressed in the “lock” type by the return stage of the flange of the cover 8 by means of fasteners 10-12. This installation of the valve device 1 with a two-component nozzle 2 in the test chamber for shedding the oxidizer path and determining the irregularity of the spray of the centrifugal oxidizer nozzle P and the jet nozzles with jets 14 is completed.

Затем испытательную камеру с установленным клапанным устройством 1 на форсунке 2 монтируют на проливочном стенде с многосекционным улавливающим устройством, которое оснащено секциями в количестве 36 штук, соединенных с отдельными мерными емкостями, в которые дискретно собирают распыл воды с форсунок окислителя (центробежной форсунки П и струйных форсунок со струями 14) и затем оценивают неравномерность распыла окислителя (в примере указанное устройство не приведено).Then the test chamber with the installed valve device 1 on the nozzle 2 is mounted on a pouring stand with a multisectional capture device, which is equipped with 36 pieces sections connected to separate measuring tanks, which discretely collect water spray from the oxidizer nozzles (centrifugal nozzle П and jet nozzles with jets 14) and then evaluate the non-uniformity of the spray of the oxidizing agent (in the example, this device is not shown).

Испытание на неравномерность распыла форсунок окислителя с применением клапанного устройстваOxidizer nozzle atomization test using valve device

В собранную испытательную камеру подают воду, см. направление потока жидкости по стрелке Л, приведенное на фиг. 3, под избыточным давлением 0,7 МПа, значение которого в данном примере выбрано по рекомендациям [4], стр. 110, вследствие чего происходит поджатие клапанного устройства 1 к цилиндрической поверхности форсунки диаметром D₄, чем обеспечивается герметичность, т.е. проявляется эффект самоуплотнения. Отверстие диаметром D₂ в клапанном устройстве (см. фиг. 1) под действием сил растяжения, возникающих после завершения монтажа для обеспечения предварительного контактного давление между поверхностью эластичного клапанного устройства и цилиндрической поверхностью объекта уплотнения, а затем при воздействии избыточного давления жидкости деформируется и несколько уменьшается до эффективного диаметра D₅, т.е. D₅<D₂, при этом отверстие входного канала К в форсунку не перекрывается (см. фиг. 3).Water is supplied to the assembled test chamber, see the direction of fluid flow along arrow L shown in FIG. 3, under an overpressure of 0.7 MPa, the value of which in this example was chosen according to the recommendations [4], p. 110, as a result of which the valve device 1 is pressed against the cylindrical surface of the nozzle with a diameter of D ₄ , which ensures tightness, i.e. self-sealing effect is manifested. A hole with a diameter of D ₂ in the valve device (see Fig. 1) under the action of tensile forces arising after installation is completed to provide preliminary contact pressure between the surface of the elastic valve device and the cylindrical surface of the sealing object, and then, when exposed to excessive pressure of the liquid, it deforms and slightly decreases to an effective diameter D ₅ , i.e. D ₅ <D ₂ , while the hole of the input channel K into the nozzle does not overlap (see Fig. 3).

Клапанное устройство 1, установленное на двухкомпонентной форсунке 2, помимо оценки неравномерности распыла окислителя обеспечивает также проведение процедуры проливки тракта окислителя с целью определения фактического угла распыла α₂ на выходе из центробежной форсунки окислителя П (см. фиг. 3). В случае испытаний по замеру угла распыла α₂ с исключением взаимодействия струй 14 из струйных форсунок с конусом распыла из форсунки П взамен прокладки 13 из фторопласта используют прокладку 5 из резины для глушения отверстий струйных форсунок с упорным кольцом 6, приведенными на фиг. 2.The valve device 1 installed on the two-component nozzle 2, in addition to assessing the unevenness of the oxidizer spray, also provides the procedure for spilling the oxidizer path in order to determine the actual spray angle α ₂ at the outlet of the centrifugal oxidizer nozzle P (see Fig. 3). In the case of tests for measuring the spray angle α ₂ with the exception of the interaction of the jets 14 from the jet nozzles with the spray cone from the nozzle П, instead of the gasket 13 made of fluoroplastic, a rubber gasket 5 is used to muffle the holes of the jet nozzles with a thrust ring 6 shown in FIG. 2.

На фиг. 5 приведен пример применения клапанного устройства 1 для определения неравномерности распыла окислителя на центробежной форсунке П, а также струйных форсунках со струями 14. В клапанном устройстве 1 для протока рабочей жидкости в стенке цилиндрического кольца Б прямоугольного сечения (см. фиг. 4) задействована дроссельная шайба 15 с калиброванным отверстием диаметром D₆. Монтаж клапанного устройства с позиционированием отверстия дроссельной шайбы диаметром D₆ выполняется аналогично описанному в примере испытания неравномерности распыла форсунок окислителя (см. фиг. 3).In FIG. 5 shows an example of the use of a valve device 1 for determining the non-uniformity of the oxidizer spray on a centrifugal nozzle P, as well as jet nozzles with jets 14. The valve device 1 uses a throttle washer for the flow of working fluid in the wall of a cylindrical ring B of rectangular cross section (see Fig. 4) 15 with a calibrated hole diameter D ₆ . The installation of the valve device with the positioning of the throttle washer hole with a diameter of D ₆ is carried out similarly to that described in the example of an uneven spray test of oxidizer nozzles (see Fig. 3).

В собранную испытательную камеру (см. фиг. 5) подают под избыточным давлением 0,7 МПа (см. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2006. - 488 с.) [4], стр. 110, воду, см. направление потока жидкости по стрелке Л, вследствие чего происходит поджатие клапанного устройства 1 к цилиндрической поверхности форсунки диаметром D₄, чем обеспечивается герметичность, т.е. проявляется эффект самоуплотнения.The assembled test chamber (see Fig. 5) is fed under an overpressure of 0.7 MPa (see Dobrovolsky MV Liquid rocket engines. Design Basics. M: Publishing House of Bauman Moscow State Technical University, 2006. - 488 s. .) [4], p. 110, water, see the direction of fluid flow along arrow L, as a result of which the valve device 1 is pressed against the cylindrical surface of the nozzle with a diameter of D ₄ , which ensures tightness, i.e. self-sealing effect is manifested.

Использование дроссельной шайбы 15 в клапанном устройстве 1 обеспечивает имитацию гидросопротивления тракта окислителя в штатных условиях эксплуатации форсунки 2 в ЖРДМТ и также обеспечивает получение достоверного значение угла распыла α₂ с минимальной погрешностью. В этом случае исключается влияние остаточной деформации резины, из которой изготовлено клапанное устройство 1, на изменение размера отверстия диаметром D₂, см. фиг. 1, что соответственно (при длительной эксплуатации клапанного устройства 1) может привести к частичному перекрытию проливаемых каналов И или К (см. фиг. 2 и фиг. 3), где используется клапанное устройство без дроссельной шайбы.The use of the throttle washer 15 in the valve device 1 provides an imitation of the hydraulic resistance of the oxidizer path under normal operating conditions of the nozzle 2 in the liquid fuel rail engine and also provides a reliable value of the spray angle α ₂ with a minimum error. In this case, the influence of the permanent deformation of the rubber of which the valve device 1 is made on the change in the size of the hole with a diameter of D ₂ is excluded, see. FIG. 1, which accordingly (during prolonged operation of the valve device 1) can lead to a partial overlap of the spilled channels I or K (see Fig. 2 and Fig. 3), where the valve device is used without a throttle washer.

Проливка тракта горючего с определением неравномерности распыла потока центробежной форсункой горючего М, а также определение угла распыла α₁ при использовании клапанного устройства 1 с дроссельной шайбой 16, аналогична примеру, описанному с установкой клапанного устройства без дроссельной шайбы (см. фиг. 2). Калиброванное отверстие диаметром D₇ (см. фиг. 4) будет при установке совмещено с входом в канал И. Поскольку входы в каналы И и К расположены в одной плоскости диаметрального сечения, как это мы видим на фиг. 5, то дроссельные шайбы 15 и 16 расположены на цилиндрическом кольце Б под углом 90° (см. фиг. 4), что позволяет частью внутренней поверхности кольца Б одновременно с позиционированием отверстия диаметром D₇ с входом в канал И перекрыть на форсунке 2 незадействованный в проливке канал К.Spilling the fuel path with determining the uneven flow pattern by the centrifugal fuel nozzle M, as well as determining the spray angle α ₁ when using valve device 1 with a throttle washer 16, is similar to the example described with a valve device without a throttle washer (see Fig. 2). A calibrated hole with a diameter of D ₇ (see FIG. 4) will be aligned with the entrance to channel I during installation. Since the entrances to channels I and K are located in the same plane of the diametrical section, as we see in FIG. 5, then the throttle washers 15 and 16 are located on a cylindrical ring B at an angle of 90 ° (see Fig. 4), which allows part of the inner surface of the ring B simultaneously with the positioning of the hole with a diameter of D ₇ with the entrance to the channel And to block on the nozzle 2 unused in Channel K.

Дроссельная шайба с калиброванным отверстием диаметром D₇ обеспечивает имитацию гидросопротивления тракта горючего до входа в канал И форсунки 2 в штатных условиях эксплуатации ЖРДМТ и также обеспечивает получение достоверного значение угла распыла α₁ с минимальной погрешностью.A throttle washer with a calibrated hole with a diameter of D ₇ provides an imitation of the hydraulic resistance of the fuel path before entering the channel And nozzles 2 under normal operating conditions of the liquid propellant rocket engine and also provides a reliable value of the spray angle α ₁ with a minimum error.

Заявляемое клапанное устройство обеспечивает надежную герметизацию испытываемого объекта с использованием эффекта самоуплотнения, имеет простую конструкцию, которая позволяет проводить его монтаж с минимальными затратами времени. Кроме того, затраты на изготовление клапанного устройства незначительны, т.к. в качестве заготовки для его изготовления можно использовать сырую резиновую смесь, например ИРП-1118, из которой по методу прессования в несложных пресс-формах с последующей вулканизацией получают готовое изделие.The inventive valve device provides reliable sealing of the test object using the effect of self-sealing, has a simple design, which allows its installation with minimal time. In addition, the cost of manufacturing a valve device is negligible, because as a blank for its manufacture, you can use a crude rubber mixture, for example, IRP-1118, from which the finished product is obtained by pressing in simple molds with subsequent vulcanization.

Claims

1. The valve device is made of elastic material with a through hole for the flow of the working fluid, pressed by the pressure of the working fluid to the sealing surface, with geometric characteristics and elastic properties of the material, providing preliminary contact pressure on the sealing surface, characterized in that the valve device is made in the form of a cylindrical ring of rectangular cross-section, at the ends of which circular rings are coaxially connected by annular bridges, and along the normal to The surface of the ring of rectangular cross-section is a through hole for the flow of fluid.

2. The valve device according to claim 1, characterized in that for the flow of the working fluid in the cylindrical ring of rectangular cross-section, a throttle washer with a calibrated hole is installed that simulates the hydraulic resistance of the working fluid supply path.