CN105757321A

CN105757321A - 用于水击压力产生的快关阀门

Info

Publication number: CN105757321A
Application number: CN201610265133.0A
Authority: CN
Inventors: 王乃世; 张俊锋; 混平; 罗军; 徐峰
Original assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Current assignee: Xian Aerospace Propulsion Testing Technique Institute
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: CN105757321B

Abstract

本发明提供了一种用于水击压力产生的快关阀门，包括阀体、设置在阀体上端的气动驱动机构以及设置在驱动机构和阀体之间的脆性断裂组件；阀体为截止阀结构，包括壳体和阀杆；脆性断裂组件包括从上至下依次套装在阀杆上的脆性片、传力环、支撑筒；其中，传力环固定安装在阀杆上，支撑筒固定安装在壳体上方，传力环固定于支撑筒的上端面；脆性片为带有缺口的圆形片，且脆性片的端面上刻有断裂槽；传力环随着阀杆下移时作用于脆性片，使脆性片发生脆性断裂；支撑筒用于脆性片的支撑固定。本发明采用脆性片断裂的方法使活塞、阀杆、阀门头组成的运动机构获得较大的初始加速度，进而快速向下运动，提高关阀速度，阀门从全开到全关的时间≤5ms。

Description

用于水击压力产生的快关阀门

技术领域

本发明属于液体火箭发动机试验测量技术领域，具体涉及一种用于水击压力产生的快关阀门。

背景技术

液体火箭发动机水击压力参数是发动机在点火和关机瞬间，发动机入口阀门的瞬间开启和关闭导致推进剂的流速发生突然变化，从而引起推进剂供应管路介质压力急剧升高和降低，最大时超过额定入口压力值的十倍甚至几十倍。

水击压力测试数据是发动机结构、主阀、试验系统入口管路、试车架结构设计可靠性的主要参考依据。

要进行准确的水击压力测量，需要水击压力传感器的测量准确度和精度满足测量要求。目前在航天液体火箭发动机试验台上所使用的水击压力传感器主要采用稳态压力静态现场校准，而在实际应用中水击压力传感器主要受到瞬态冲击，且受现场试验环境的影响较大；直接使用静态校准系数进行动态数据处理分析不能真实反应水击压力传感器的动态特性，继而大大影响了水击压力测量数据的准确性。因此，建立一套水击压力传感器的现场动态校准系统是很有必要的。

水击压力传感器的现场动态校准系统通过将标准水击压力传感器和被校准水击压力传感器在相当条件下的动态测量数据进行比对，以实现被校水击压力传感器的精确校准。在对水击压力传感器进行动态精确校准时，需要一个稳定的水击压力发生源，以准确得到所需要的水击压力值。这就要求用于水击压力发生的阀门必须具有足够快的关闭速度，并且要求阀门能给阀杆提供足够的密封力，以保证在发生水击时阀门进出口之间的密封作用。

发明内容

基于以上背景，本发明提供了一种用于水击压力产生的快关阀门，该快关阀门的关闭速度≤5ms。

本发明的技术方案是：

用于水击压力产生的快关阀门，包括阀体、设置在阀体上端的驱动机构；所述阀体为截止阀结构，包括壳体和阀杆；所述驱动机构为气动结构；其特殊之处在于：还包括脆性断裂组件；所述脆性断裂组件包括从上至下依次套装在阀杆上的脆性片、传力环、支撑筒；其中，传力环固定安装在阀杆上，支撑筒固定安装在壳体上方，传力环固定于支撑筒的上端面；所述脆性片为带有缺口的圆形片，所述缺口便于将脆性片穿过阀杆并固定在支撑筒上；所述脆性片的端面上刻有断裂槽；所述传力环随着阀杆下移时作用于脆性片，使脆性片发生脆性断裂；所述支撑筒用于脆性片的支撑固定。

基于以上基本技术方案，本发明还作出如下优化：

上述断裂槽为V形槽，且V形槽的槽底部位厚度为0.3mm～0.8mm，以适用于不同关阀速度的要求，并能保证材料的脆性断裂效果，使快关阀门可控性较好。

上述槽底部位厚度为0.4mm时，快关阀门的关闭速度和可控性能最佳，此时关闭速度可达2.2ms。

上述驱动机构包括底座，底座中心部位设置有排气孔，便于驱动机构的活塞下部空气在活塞向下运动时快速排出，减小运动阻尼。

上述支撑筒的内圈设置有花键，且花键与阀体的填料函密封组件的花螺母卡槽相适配，防止支撑筒转动。

上述支撑筒的上端面设有与所述脆性片相适配的凹槽，便于脆性片的定位安装。

上述脆性片的材料为锡青铜、锻铝合金或铸铁。

上述快关阀门的工作压力为1Mpa～16Mpa，快关阀门的口径DN≤50mm。

上述驱动机构和阀体之间设置有撑力架。

上述快关阀门还包括护套，该护套用于保护阀体和脆性断裂组件。

本发明的优点是：

1、关闭速度快

本发明的阀门基本结构采用截止阀型式，采用脆性片断裂的方法使活塞、阀杆、阀门头组成的运动机构获得较大的初始加速度，进而快速向下运动，从而大大提高关阀速度，阀门从全开到全关的时间≤5ms，关阀速度最快可达2.2ms；

2、关阀速度可控，能适应快关阀不同关闭速度的要求

本发明通过调节驱动机构的驱动气压并选择具有相应规格断裂槽的脆性片，可获得不同的关阀速度，进而产生不同的水击压力值。

3、本发明在驱动气压为1Mpa～16Mpa的特定工作环境下，可实现大口径阀门(DN≤50mm)快速关闭。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；图中，1-驱动腔；2-阀杆；3-底座；4-传力环；5-撑力架；6-脆性片；7-阀门头；8-出口法兰；9-阀门座；10-进口法兰；11-壳体；12-填料函；13-密封副；14-支撑筒；15-护套；16-复位弹簧；17-活塞；18-控制气口；

图2.1是本发明的脆性片的结构示意图；图中，61-U形缺口；

图2.2是本发明的脆性片的剖视图；图中，62-断裂槽；

图3是水击压力校验系统示意图；

图中，301-配气台；302-定位器；303-PID控制调节器；304-介质容器；305-温度调节装置；306-泵；307-数据采集处理单元；308-控制气隔离阀；309-减压阀；310-收集器；311-快关阀门；312-被校水击压力传感器；313-标准水击压力传感器；314-介质输送隔离阀；A-校验系统的工作气源入口；B-放空口；C-控制气入口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所提供的用于水击压力产生的快关阀门，包括阀体、设置在阀体上端的驱动机构、设置在驱动机构和阀体之间的脆性断裂组件以及用于保护阀体和脆性断裂组件的护套15。

阀体为截止阀结构，包括壳体11、阀杆2、阀门头7、阀门座9、进口法兰10、出口法兰8以及起阀杆2与脆性断裂组件下方部位密封作用的填料函12和密封副13；

驱动机构为气动结构，包括控制气口18、驱动腔1、活塞17、复位弹簧16、底座3(中心部位设置有排气孔)。控制气口18设置在驱动腔1上；活塞17与阀杆2相连，用以带动阀杆2上移和下移；复位弹簧16设置在活塞17下端，用于活塞17上移复位使快关阀门自动打开；底座3位于在复位弹簧16下端，用于支撑驱动机构。

脆性断裂组件包括从上至下依次套装在阀杆2中部的脆性片6、传力环4和支撑筒14；传力环4固定安装在阀杆2上，支撑筒14固定安装在壳体11上方，传力环固定于支撑筒的上端面。脆性片6的结构如图2.1和2.2所示，脆性片6为带有U形缺口61的圆形片，设置缺口的目的是便于将脆性片穿过阀杆并固定在支撑筒14上。为保证脆性片6的断裂效果，在脆性片6的断裂圆周上刻有V形断裂槽62，脆性片6在断裂槽62的槽底部位的厚度为0.3mm～0.8mm，可根据实际需要选择断裂槽62槽底部位的厚度尺寸(断裂槽62的槽底部位厚度越大，阀门关闭速度越快，可控性相对降低；兼顾关闭速度和可控性这两个因素，经多次试验，当槽底部位厚度为0.4mm时，关闭速度和可控性效果最佳)；脆性片6可采用锡青铜、锻铝合金等塑性材料制成(选择塑性材料时可控性较好)，亦可采用铸铁等脆性材料制成。传力环4随着阀杆2下移时作用于脆性片6，使脆性片6快速断裂。支撑筒14用于脆性片6的支撑固定；支撑筒14的中部开设有圆孔，脆性片6的断裂部分在断裂后落入该圆孔内，不影响阀杆2运行；支撑筒14内圈设置有与填料函12的花螺母卡槽相适配的花键，防止支撑筒14转动；支撑筒14的上端面设有与脆性片6相适配的凹槽，便于脆性片6定位安装。

壳体11和底座3之间设置有撑力架5。

本发明的工作原理是：

本发明的阀门基本结构采用截止阀型式，通过给驱动机构的活塞17预加压力的方式提供驱动力，持续增大驱动力使脆性片6断裂(不同特征尺寸的脆性片具有不同的断裂力值)，从而使阀杆2和阀门头7获得较大的初始加速度，实现阀门快速关闭。

本发明的工作过程是：

快关阀门初始状态为打开状态，向控制气口18通入控制气以驱动活塞17下移；当驱动力达到脆性片6材料的断裂力值时，脆性片6受剪切力作用快速断裂，使得由活塞17、阀杆2、阀门头7组成的运动机构获得较大的初始加速度，进而快速向下运动至阀门头7和阀门座9压紧密封(软密封，保证密封的可靠性)，实现阀门快速关闭。

由于水击压力传感器的校验需要进行多次重复试验才能获得准确的校验系数，因此，快关阀门关闭后需要再次打开阀门，便于再次试验。将活塞17上部控制气压力泄放后，通过复位弹簧16的可使活塞17自动回位，带动阀杆2上移，使快关阀门打开。

图3为水击压力校验系统示意图，校验系统包括配气台301、定位器302、PID控制调节器303、介质容器304、温度调节装置305、泵306、数据采集处理单元307、控制气隔离阀308、减压阀309、收集器310、快关阀门311、被校水击压力传感器312；标准水击压力传感器313、介质输送隔离阀314；其中配气台301、定位器302、PID控制调节器303组成校验系统的压力调节装置，高压氮气从校验系统的工作气源入口A通入，通过压力调节装置设定校验系统的初始工作压力。

快关阀门311设置在校验系统末端。在快关阀门311的气缸入口前设置一个控制气隔离阀308，用于控制快关阀门311控制气的通断。快关阀门311控制气由19MPa高压气源(C处为控制气入口)供应，通过减压阀309将控制气的压力调节至预设值，控制气压力不超过5MPa。

工作时，首先确认快关阀311处于打开状态，控制气隔离阀308保持关闭，调节控制气的压力至预设值；为快关阀门311安装对应断裂力值的脆性片6，试验准备完毕。打开介质输送隔离阀314，使介质以恒定流量稳定流动。此时，打开控制气隔离阀308，快关阀门311的活塞17受力，通过阀杆2联动作用使脆性片6断裂，快关阀门311迅速关闭并实现密封，进而产生水击压力，比对位于快关阀门311前端对应位置的标准水击压力传感器313和被校水击压力准传感器312测得的数据，得出被校水击压力传感器312的准确度(由数据采集处理单元307输出)。

将活塞17上部控制气压力泄放后(控制气从放空口B排出)，快关阀门311自动打开；重复上述动作，可进行多档位、多次重复试验，进而得出被校水击压力传感器312的数据曲线，通过对校验系数进行校正，最终得出被校水击压力传感器312校准系数的准确值。

综上所述，将本发明所提供的快关阀门应用于水击压力传感器动态校验试验中，在1Mpa～16Mpa的特定工作压力下，能实现试验现场大口径(DN≤50mm)阀门快速关闭的效果，关闭速度≤5ms，充分满足了水击压力产生的条件和需求，使发动机试验过程获得的水击压力测量数据更加准确可靠。

Claims

1.用于水击压力产生的快关阀门，包括阀体、设置在阀体上端的驱动机构；所述阀体为截止阀结构，包括壳体和阀杆；所述驱动机构为气动结构；其特征在于：

还包括脆性断裂组件；所述脆性断裂组件包括从上至下依次套装在阀杆上的脆性片、传力环、支撑筒；其中，传力环固定安装在阀杆上，支撑筒固定安装在壳体上方，传力环固定于支撑筒的上端面；

所述脆性片为带有缺口的圆形片，所述缺口便于将脆性片穿过阀杆并固定在支撑筒上；所述脆性片的端面上刻有断裂槽；

所述传力环随着阀杆下移时作用于脆性片，使脆性片发生脆性断裂；

所述支撑筒用于脆性片的支撑固定。

2.根据权利要求1所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述断裂槽为V形槽，且V形槽的槽底部位厚度为0.3mm～0.8mm。

3.根据权利要求2所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述槽底部位厚度为0.4mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述驱动机构包括底座，所述底座中心部位设置有排气孔。

5.根据权利要求1或2或3所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述支撑筒的内圈设置有花键，所述花键与阀体的填料函密封组件的花螺母卡槽相适配。

6.根据权利要求5所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述支撑筒的上端面设有与所述脆性片相适配的凹槽。

7.根据权利要求1或2或3所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述脆性片的材料为锡青铜、锻铝合金或铸铁。

8.根据权利要求7所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述快关阀门的工作压力为1Mpa～16Mpa，快关阀门的口径DN≤50mm。

9.根据权利要求1或2或3所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：所述驱动机构和阀体之间设置有撑力架。

10.根据权利要求9所述的用于水击压力产生的快关阀门，其特征在于：还包括护套；所述护套用于保护阀体和脆性断裂组件。