RU2824602C1

RU2824602C1 - Working medium flow regulator with numerical control

Info

Publication number: RU2824602C1
Application number: RU2023127270A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Константинович Свистунов; Мария Юрьевна Чернова; Дмитрий Алексеевич Бондаренко; Сергей Юрьевич Маринин
Filing date: 2023-10-24
Publication date: 2024-08-12

Abstract

FIELD: engines.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric rocket engines, in particular to the working medium supply control devices. In the flow regulator, the electric controlled valve is a shutoff-adjustable mechanism made in the form of a needle and an O-ring, installed on guide, linear movement of which is carried out by means of step electric drive.

EFFECT: smooth adjustment of working medium feed.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электроракетных двигателей, в частности к устройствам регулировки расхода рабочего тела.The invention relates to the field of electric rocket engines, in particular to devices for regulating the flow rate of the working fluid.

Конструктивно, система хранения и подачи рабочего тела в космическом аппарате содержит: блок хранения рабочего тела, блок подачи рабочего тела и блок регулировки расхода рабочего тела.Structurally, the system for storing and supplying the working fluid in a spacecraft contains: a working fluid storage unit, a working fluid supply unit, and a working fluid flow control unit.

Как правило, в блоке регулировки рабочего тела используют два типа клапанных устройств, основанных на:As a rule, two types of valve devices are used in the working fluid adjustment unit, based on:

1) использовании электромагнитных сил (электроклапан);1) using electromagnetic forces (electrovalve);

2) изменении геометрических размеров за счет теплового расширения (термодроссель).2) change in geometric dimensions due to thermal expansion (thermal throttle).

Известен аналог - усовершенствованная система регулирования расхода для питания рабочим телом электрического двигателя космического аппарата (патент на изобретение, Российская Федерация, RU 2667202 С1, опубликован 18.06.2015 года). Изобретение относится к области электрических двигателей, в частности, двигателей на эффекте Холла, и, в частности, касается средств контроля расхода рабочего тела, подаваемого в электрический двигатель, в рамках применения для космического аппарата. В данном патенте предполагается создание системы регулирования расхода рабочего тела, содержащую регулятор расхода рабочего тела. В регуляторе расхода содержится нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева рабочего тела и изменения его физических свойств с целью изменения расхода рабочего тела, выходящего из резервуара. Также, эта система, управляется вычислительным устройством, которое содержит запоминающее устройство, куда загружено множество эмпирических калибровочных кривых, определенных эмпирически и определяющих расход рабочего тела в зависимости от интенсивности нагрева и от параметров окружающей среды. Таким образом, вычислительное устройство выполняет также функцию определения расхода рабочего тела.An analogue is known - an improved flow control system for feeding the working fluid of an electric engine of a spacecraft (patent for invention, Russian Federation, RU 2667202 C1, published on 18.06.2015). The invention relates to the field of electric engines, in particular, Hall effect engines, and, in particular, concerns means for controlling the flow of the working fluid supplied to the electric engine, as part of an application for a spacecraft. This patent proposes to create a system for regulating the flow of the working fluid, containing a flow controller for the working fluid. The flow controller contains a heating element configured to heat the working fluid and change its physical properties in order to change the flow of the working fluid leaving the reservoir. Also, this system is controlled by a computing device, which contains a memory device, where a plurality of empirical calibration curves are loaded, determined empirically and determining the flow of the working fluid depending on the intensity of heating and on the parameters of the environment. Thus, the computing device also performs the function of determining the flow of the working fluid.

Недостатком данного технического решения является то, что в системе регулирования расхода используется нагревательный элемент, который не позволяет быстро изменять расход рабочего тела (цикл нагрев/охлаждение) и для поддержания заданных параметров требует постоянной подачи электроэнергии.The disadvantage of this technical solution is that the flow control system uses a heating element, which does not allow for a quick change in the flow rate of the working fluid (heating/cooling cycle) and requires a constant supply of electricity to maintain the specified parameters.

Известен прототип - регулятор расхода с числовым управлением (патент на изобретение, СССР, SU 1275382 А1, опубликован 12.07.1986 году). Изобретение относится к автоматическому регулированию потока газов в вакуумных системах. Регулятор содержит корпус, разделенный на входную и выходную камеры перегородкой с отверстиями по числу разрядов команды управления, в каждом из которых установлен управляемый клапан, в котором установлены пластины с отверстиями, разделяющими входную камеру на отсеки. Число отсеков соответствует числу управляемых клапанов, причем сечения отверстий в перегородках и пластинах одинаковы.A prototype is known - a flow regulator with numerical control (patent for invention, USSR, SU 1275382 A1, published on 12.07.1986). The invention relates to automatic regulation of gas flow in vacuum systems. The regulator contains a housing divided into an input and output chamber by a partition with openings according to the number of control command digits, in each of which a controlled valve is installed, in which plates with openings are installed dividing the input chamber into compartments. The number of compartments corresponds to the number of controlled valves, and the cross-sections of the openings in the partitions and plates are the same.

Недостатком данного технического решения является то, что в предложенном варианте реализации не содержится элементов, позволяющих плавно регулировать подачу рабочего тела и для своей работы требует постоянной подачи электроэнергии.The disadvantage of this technical solution is that the proposed implementation does not contain elements that allow smooth regulation of the supply of the working fluid and requires a constant supply of electricity for its operation.

Техническим результатом изобретения является уменьшение натекания рабочего тела в закрытом состоянии регулятора расхода, снижение потребления электроэнергии и обеспечение плавной регулировки подачи рабочего тела.The technical result of the invention is a reduction in the leakage of the working fluid in the closed state of the flow regulator, a reduction in the consumption of electrical energy and ensuring smooth adjustment of the supply of the working fluid.

На фиг. 1 изображен регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением в открытом положении.Fig. 1 shows a numerically controlled working fluid flow regulator in the open position.

На фиг. 2 изображен регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением в закрытом положении.Fig. 2 shows a numerically controlled working fluid flow regulator in the closed position.

Регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением содержит корпус 1 с установленным внутри запорно-регулируемым механизмом, выходной патрубок 8 и входной патрубок 2, соединенный резьбой со втулкой 5, которая через уплотнитель 4 зафиксирована гайкой 3 к корпусу 1. Седло 7 через уплотнитель 6 фиксируется во втулке 5. Запорно-регулируемый механизм состоит из иглы 9, кольцевого уплотнителя 11, выполненного в виде ступенчатого тела вращения и закрепленного прижимной втулкой 10 на направляющую 12, которая с помощью вала 13 через муфту 14 соединена с шаговым электроприводом 15.The flow regulator of the working fluid with numerical control comprises a housing 1 with a shut-off and adjustable mechanism installed inside, an outlet branch pipe 8 and an inlet branch pipe 2 connected by a thread to a sleeve 5, which is fixed by a nut 3 to the housing 1 through a seal 4. The seat 7 is fixed in the sleeve 5 through a seal 6. The shut-off and adjustable mechanism consists of a needle 9, an annular seal 11, made in the form of a stepped body of revolution and fixed by a pressure sleeve 10 on a guide 12, which is connected by means of a shaft 13 through a coupling 14 to a stepper electric drive 15.

Регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением работает следующим образом.The numerically controlled working fluid flow regulator operates as follows.

Начальное положение регулятора расхода - закрытое, иглой 9 перекрыто седло 7. Уплотнитель 11, установленный на направляющую 12, обеспечивает герметичное закрытие седла 7 от натекания. Рабочее тело поступает в устройство через входной патрубок 2. На шаговый электропривод 15 поступает от контроллера расхода (условно не показан) управляющий сигнал в виде отдельных импульсов (коды управления обеспечивают режим от положения закрыто, до положения полного открытия). Вращательное движение от шагового электропривода 15, соединенного с валом 13 через муфту 14, преобразуется в линейное движение иглы 9, установленной на направляющей 12, тем самым происходит плавное регулируемое открытие. После открытия рабочее тело в заданном объеме поступает в выходной патрубок 8, а параметры расхода контролируются за счет вращательного движения герметично установленного шагового электропривода 15, т.к. изменятся сечение отверстия седла 7, через которое протекает рабочее тело.The initial position of the flow regulator is closed, the needle 9 covers the seat 7. The seal 11, installed on the guide 12, ensures a hermetic closure of the seat 7 from leakage. The working fluid enters the device through the inlet pipe 2. The stepper electric drive 15 receives a control signal in the form of individual pulses from the flow controller (not shown conditionally) (the control codes provide a mode from the closed position to the fully open position). The rotational motion from the stepper electric drive 15, connected to the shaft 13 through the coupling 14, is converted into a linear motion of the needle 9 installed on the guide 12, thereby achieving a smooth, adjustable opening. After opening, the working fluid in a given volume enters the outlet pipe 8, and the flow parameters are controlled due to the rotational motion of the hermetically installed stepper electric drive 15, since the cross-section of the hole in the saddle 7 through which the working fluid flows will change.

Технический результат изобретения достигается за счет следующего:The technical result of the invention is achieved due to the following:

1. Регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением, выполненный по предложенной схеме, позволяет достичь плавной регулировки подачи рабочего тела за счет использования шагового электропривода, который перемещает иглу линейно от седла, а отсутствие необходимости постоянно подавать электропитание на запорный механизм позволяет снизить потребление электроэнергии.1. The flow regulator of the working fluid with numerical control, made according to the proposed scheme, allows achieving smooth regulation of the supply of the working fluid by using a stepper electric drive, which moves the needle linearly from the seat, and the absence of the need to constantly supply power to the shut-off mechanism allows reducing the consumption of electricity.

2. Регулятор расхода рабочего тела с числовым управлением, выполненный по предложенной схеме, позволяет достичь уменьшения натекания рабочего тела за счет формы уплотнителя, которая обеспечивает уплотнение по двум плоскостям, препятствуя натеканию рабочего тела в закрытом состоянии.2. The flow regulator of the working fluid with numerical control, made according to the proposed scheme, allows to achieve a reduction in the leakage of the working fluid due to the shape of the seal, which provides a seal along two planes, preventing the leakage of the working fluid in the closed state.

Claims

1. A flow regulator of a working fluid with numerical control, comprising a housing with an inlet and outlet branch pipes, separated by a shut-off seat opening and an electrically controlled valve, characterized in that the electrically controlled valve is a shut-off and adjustable mechanism made in the form of a needle and an annular seal, mounted on a guide, the linear movement of which is carried out using a stepper electric drive, and the seat with the seal, installed in the sleeve, are located in the adjustment zone.

2. A flow regulator of the working fluid with numerical control according to paragraph 1, characterized in that the annular seal is made in the form of a stepped body of revolution, secured by a pressure sleeve, which repeats the shape of the outer faces of the sleeve with the seat.