CN103615549A - 一种气动试验设备用大口径高压调压阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气动试验设备大口径高压调压阀，属于阀门技术领域。该高压调压阀包括：进气口1，出气口2，阀体3，阀芯4，阀座5，上盖6，下盖7，平衡气缸8、平衡气管9、油缸托架10、驱动油缸11。通过阀芯4的上下运动，改变阀芯4与阀座5间的气流通道面积，实现压力调节和稳定。该阀门在阀体3内设置平衡气缸8，通过平衡气管9将平衡气缸8与进气口1连接，采用阀前高压气体作为阀门的平衡用气，可以大大降低阀门的驱动力，提高调节精度，实现快速的压力稳定和调节，并且调压范围宽，全开全闭时间短。

Description

一种气动试验设备用大口径高压调压阀
技术领域
本发明涉及一种高压调压阀，特别是一种用于高超声速风洞或发动机试车台等气动试验设备的大口径高压调压阀。
背景技术
高超声速风洞及发动机试车台在飞行器研制过程中起着非常重要的作用。由于风洞或试车台较高的运行能量比，一般多采用暂冲式，即提前将介质储存起来，工作时，瞬间打开通向风洞进气管道上的阀门，建立风洞运行所需的压力比。在高超声速风洞或发动机试车台试验过程中，要求流场控制在一定的精度范围内。一般为风洞或试车台提供运行介质的气源容积有限，在试验过程中，气源压力会不断下降，直接影响风洞或试车台的运行状态，因此，需要配置压力稳定调节系统以获得稳定的试验气流。调节阀即是在气源压力不断下降过程中，起压力调节和压力稳定作用的关键部件。风洞或试车台等地面模拟设备用调节阀与一般工业用调节阀原理上基本相同，但其要求相对较高，不仅要求有良好的调节特性、较高的调压精度、快速的响应时间，而且还需要满足压力调节范围大，适应工况多等特殊要求。
在高压范围（压力大于10MPa）使用时，柱塞式调节阀的口径越大，阀芯面积越大，阀门调压需要的驱动力也相应增大很多。一般工业用的高压调节阀在阀门口径大于80mm时，采用套筒式或窗口式解决驱动力大的问题，但由于套筒式或窗口式调节阀的调压精度不高，且调节范围相对较小，难以满足风洞或试车台的使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在阀前高压条件下，使用较小的液压伺服驱动装置，实现快速、精确调压的液压驱动高压调压阀。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种气动试验设备用大口径高压调压阀，包括：进气口、出气口、阀体、阀芯、阀座、上缸盖、下缸盖、平衡气缸、平衡气管、油缸托架、驱动油缸、驱动油缸缸杆、连接螺母；
阀芯包括导向杆、型面段、平衡气缸活塞和上支杆；导向杆的一端与型面段的底部固定连接，型面段的顶部通过平衡气缸活塞与上支杆固定连接；导向杆的另一端由阀体底部的下缸盖支撑；
驱动油缸通过油缸托架安装在阀体顶部的上缸盖上，驱动油缸内的驱动油缸缸杆通过连接螺母与上支杆固定连接；阀体的侧壁下部有进气口，侧壁上部有出气口，阀座为圆环状，固定安装在阀体内部，阀座套在阀芯的型面段的外侧，阀座和型面段之间的间隙用于调节所述高压调压阀的开度，阀座的内径小于型面段的最大横截面直径。
所述阀芯的型面段的外轮廓曲线为椭圆型线，且椭圆长轴与短轴之比为2:1。
阀芯的压力作用有效面积与平衡气缸的压力作用有效面积相同。
阀芯和阀座均采用锻件制造，阀芯和阀座的密封面处均堆焊硬质合金，通过配磨实现密封。
导向杆与下缸盖之间采用聚四氟乙烯填料密封，上支杆与上缸盖之间采用聚四氟乙烯填料密封。
平衡气缸活塞与缸套之间采用〇型橡胶密封圈密封。
上缸盖与阀体之间、下缸盖与阀体之间均采用紫铜垫圈进行密封。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
（1）在高压力（大于10MPa）和大口径（大于80mm）要求下，阀门采用柱塞式结构形式，阀芯的驱动采用伺服油缸驱动，具有调压精度高，调压范围大和响应快等特点；
（2）通过在阀体内设置平衡气缸，将进气口与平衡气缸相连，利用阀前的调压前气体作为平衡气，大大降低阀芯的驱动力，阀门的口径最大可达到350mm，阀门的工作压力可达到20MPa～35MPa；
（3）阀芯的型面采用椭圆型线形式，椭圆长轴与短轴之比为2:1，阀门的调压特性好。
附图说明
图1为高压调压阀结构示意图。
图2为阀芯运动部分结构示意图。
图3为平衡气缸与阀芯结构关系示意图。
图4为椭圆型面示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种气动试验设备用大口径高压调压阀，高压调压阀的结构形式采用柱塞阀形式，包括：进气口1、出气口2、阀体3、阀芯4、阀座5、上缸盖6、下缸盖7、平衡气缸8、平衡气管9、油缸托架10、驱动油缸11、驱动油缸缸杆31、连接螺母32；
如图2所示，阀芯4包括导向杆33、型面段41、平衡气缸活塞42和上支杆34；导向杆33的一端与型面段41的底部固定连接，型面段41的顶部通过平衡气缸活塞42与上支杆34固定连接；导向杆33的另一端由阀体3底部的下缸盖7支撑；在结构上形成两端支撑的结构形式，增加阀芯4的稳定性，降低阀芯4在调压过程中的振动；
驱动油缸11通过油缸托架10安装在阀体3顶部的上缸盖6上，驱动油缸11内的驱动油缸缸杆31通过连接螺母32与上支杆34固定连接；阀体3的侧壁下部有进气口1，侧壁上部有出气口2，阀座5为圆环状，固定安装在阀体3内部，阀座5套在阀芯4的型面段41的外侧，阀座5和型面段41之间的间隙用于调节所述高压调压阀的开度，阀座5的内径小于型面段41的最大横截面直径。
如图3所示，平衡气缸8的缸套43安装在阀体3上半部的内部，通过平衡气管9将进气口1处的高压气体引至平衡气缸8的上半部。
平衡气缸8的上半部压力作用有效面积与阀芯4的型面段压力作用有效面积相同，保证在阀门开启前阀芯4处于平衡状态，开启时仅需要很小的驱动力即可实现。
阀门的调压通过下述方式进行：驱动油缸11的活塞杆31向上运动，带动阀芯4向上运动，使阀芯4的型面段41与阀座5之间脱离一定距离，形成气流流通通道；通过驱动油缸11带动阀芯4的上下运动改变阀芯4与阀座5之间的开口面积，即改变气流的流通通道大小，形成压力调节的作用。
如图4所示，所述阀芯4的型面段41的外轮廓曲线为椭圆型线，且椭圆长轴与短轴之比为2:1。阀芯4的压力作用有效面积与平衡气缸8的压力作用有效面积相同。阀芯4和阀座5均采用锻件制造，阀芯4和阀座5的密封面处均堆焊硬质合金，通过配磨实现密封。
导向杆33与下缸盖7之间采用聚四氟乙烯填料密封，上支杆34与上缸盖6之间采用聚四氟乙烯填料密封。平衡气缸活塞42与缸套43之间采用〇型橡胶密封圈密封。上缸盖6与阀体3之间、下缸盖7与阀体3之间均采用紫铜垫圈进行密封。
本发明涉及一种气动试验设备大口径高压调压阀，通过阀芯4的上下运动，改变阀芯4与阀座5间的气流通道面积，实现压力调节和稳定。高超声速风洞及发动机试车台在飞行器研制过程中起着非常重要的作用。在风洞试车台试验过程中，气源压力会不断下降，直接影响风洞或试车台的运行状态，因此，需要配置压力稳定调节系统以获得稳定的试验气流。调节阀即是在气源压力不断下降过程中，起压力调节和压力稳定作用的关键部件。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于包括：进气口（1）、出气口（2）、阀体（3）、阀芯（4）、阀座（5）、上缸盖（6）、下缸盖（7）、平衡气缸（8）、平衡气管（9）、油缸托架（10）、驱动油缸（11）、驱动油缸缸杆（31）、连接螺母（32）；
阀芯（4）包括导向杆（33）、型面段（41）、平衡气缸活塞（42）和上支杆（34）；导向杆（33）的一端与型面段（41）的底部固定连接，型面段（41）的顶部通过平衡气缸活塞（42）与上支杆（34）固定连接；导向杆（33）的另一端由阀体（3）底部的下缸盖（7）支撑；
驱动油缸（11）通过油缸托架（10）安装在阀体（3）顶部的上缸盖（6）上，驱动油缸（11）内的驱动油缸缸杆（31）通过连接螺母（32）与上支杆（34）固定连接；阀体（3）的侧壁下部有进气口（1），侧壁上部有出气口（2），阀座（5）为圆环状，固定安装在阀体（3）内部，阀座（5）套在阀芯（4）的型面段（41）的外侧，阀座（5）和型面段（41）之间的间隙用于调节所述高压调压阀的开度，阀座（5）的内径小于型面段（41）的最大横截面直径。
2.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：所述阀芯（4）的型面段（41）的外轮廓曲线为椭圆型线，且椭圆长轴与短轴之比为2:1。
3.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：阀芯（4）的压力作用有效面积与平衡气缸（8）的压力作用有效面积相同。
4.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：阀芯（4）和阀座（5）均采用锻件制造，阀芯（4）和阀座（5）的密封面处均堆焊硬质合金，通过配磨实现密封。
5.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：导向杆（33）与下缸盖（7）之间采用聚四氟乙烯填料密封，上支杆（34）与上缸盖（6）之间采用聚四氟乙烯填料密封。
6.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：平衡气缸活塞（42）与缸套（43）之间采用〇型橡胶密封圈密封。
7.根据权利要求1所述的一种气动试验设备用大口径高压调压阀，其特征在于：上缸盖（6）与阀体（3）之间、下缸盖（7）与阀体（3）之间均采用紫铜垫圈进行密封。
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