CN105889576A - 高灵敏度单向阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高灵敏度单向阀，包括阀座、接管嘴和阀芯机构，阀芯机构包括阀芯、挡块和弹簧，并且以此顺序沿直线配置在阀座与接管嘴之间的腔室内，挡块为圆环板状结构，在其一个面上沿圆周均布有四个爪形凸起，与阀芯相抵接，在其另一面上具有弹簧定位槽，与弹簧一端相抵接，阀座具有锥形腔室和接口，锥形腔室进口处具有倒角和阀芯座，阀芯抵接在阀芯座上，接管嘴具有接头，接头部具有腔室和弹簧座，弹簧另一端伸入腔室并抵接在所述弹簧座上，接管嘴腔室的出口处具有倒角；接头外周具有凹型槽，用于配置密封件，凹型槽后部具有安装凸台，阀座通过调整垫片与安装凸台焊接连接。本发明单向阀具有打开压差小、流阻小、密封性好、质量轻等特点。

Description

高灵敏度单向阀

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度单向阀，属于航天器热控制领域，具体应用于卫星等小型航天器的单相流体回路。

背景技术

基于机械泵的单相流体回路具有结构简单、布置灵活、鲁棒性高以及可继承性好等优点，已经在“阿波罗”登月舱、“国际空间站”、“神舟”飞船等大型载人航天器热控系统中扮演核心角色，但长期以来由于机械泵重量大，单相流体回路在中小型卫星平台上单相流体回路应用受限。近年来，随着长寿命小型机械泵的研制成功，单相流体回路技术在中小型卫星平台上应用已成可能。

在单相流体回路中，单向阀的主要功能是防止互为备份的泵回路之间短路，保证回路工质的正常运行。由于机械泵功率小，所以要求单向阀具有打开压差小、流阻小、密封性好、质量轻等特点。现有技术的单向阀不能同时满足这些要求，所以需要研制出适用于卫星等小型航天器单相流体回路的单向阀。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种适用卫星等小型航天器、使用压力在0.2Mpa以下的打开压差小、流阻小、密封性好、质量轻的单向阀。

本发明的高灵敏度单向阀包括阀座、接管嘴和阀芯机构，所述阀芯机构包括阀芯、挡块和弹簧，并且以此顺序沿直线配置在所述阀座与所述接管嘴之间的腔室内，所述挡块为圆环板状结构，在其一个面上沿圆周均布有四个爪形凸起，用于与所述阀芯相抵接，在其另一面上具有弹簧定位槽，用于与所述弹簧的一端相抵接，所述阀座具有锥形腔室和接口，所述锥形腔室进口处具有倒角和阀芯座，所述阀芯抵接在所述阀芯座上，所述接管嘴具有插入所述接口的接头，所述接管嘴内部具有腔室和弹簧座，所述弹簧的另一端伸入所述腔室并抵接在所述弹簧座上，所述接管嘴的腔室的出口处具有倒角；所述接头的外周具有凹型槽，用于配置密封件，所述凹型槽后部具有安装凸台，所述阀座通过调整垫片与所述安装凸台焊接连接。

优选所述阀芯为圆板状结构，其包括阀芯基体与橡胶密封圈，所述阀芯基体材料为不锈钢，沿其一个面的圆周具有固定凹槽，所述凹槽表面进行吹砂处理，所述橡胶密封圈通过硫化粘接在所述固定凹槽中，所述橡胶密封圈的密封面为带圆弧的尖角结构，所述阀芯以其密封面的尖角部分抵接在所述阀芯座的密封面上。

优选所述阀座与接管嘴通过螺纹连接，在该连接处添加有所述调整垫片，根据阀门的开启压力调整好适当厚度的所述调整垫片之后，将所述阀座、所述调整垫片和所述接管嘴焊接在一起。

优选所述挡块材料为钛合金。

优选所述调整垫片材料为不锈钢。

优选所述密封件包括O形橡胶密封圈与挡圈。

优选所述阀芯座的密封面要进行研磨处理。

优选所述弹簧材料为不锈钢，刚度为1N/mm，所述弹簧的旋绕比为8.25。

本发明单向阀的内腔流道采用直通式结构，液流进入单向阀后无大的变向及节流位置，可以减少流阻；阀座的内腔设计为锥形，单向阀的内腔入口和出口处均倒角，根据流体力学原理，这种渐扩管结构及平滑的进、出口都有助于降低流阻；

传统单向阀阀芯直接与弹簧接触，本发明阀芯与弹簧之间具有一挡块，挡块一侧带有定位槽，用于固定弹簧，另一侧具有四个爪形凸起，用于向阀芯传递弹簧压紧力。这种两体结构可以使阀芯材料选为易于与橡胶结合的不锈钢材料，而挡块材料选为密度小、强度高的钛合金TC4，减轻了重量，使阀芯可以较为灵巧的打开与关闭；

本发明弹簧采用高旋绕比、低刚度设计，使预紧力较小，在极小力下即可打开，降低了打开压力；在阀座与接管嘴连接处设有调整垫片，调整垫片有不同厚度系列，可以根据试验状况调整打开压力，补偿制造及装配误差。通过上述措施，可以保证打开压力小于0.005Mpa。

本发明密封结构为金属-非金属密封，当液流从出口B(如图1)进入时，依靠弹簧力与液体静压力将阀芯密封表面与阀座压紧，实现反向密封。阀芯密封表面为带圆弧的尖角结构，为橡胶与阀芯基体硫化粘接而成，橡胶硬度(邵氏)为60，为避免橡胶脱落，阀芯基体的凹槽进行吹砂处理。通过采用金属-非金属密封结构及选取低硬度橡胶，可以保证单向阀反向密封的可靠性。

本发明O形橡胶密封圈与挡圈处于接管嘴的凹槽内，在接管嘴与阀座连接后起到径向密封作用，测试完成后，将接管嘴与阀座焊接在一起，提高了单向阀的密封可靠性。

本发明通过选用低刚度弹簧、阀芯与挡块分体结构、金属-非金属密封及整体焊接，使得本发明的单向阀具有打开压差小、流阻小、密封性好、质量轻等特点。

附图说明

图1为单向阀结构剖切图。

图2为阀座结构示意图。

图3(1)、(2)为阀芯结构示意图。

图4(1)、(2)为挡块结构示意图。

图5为弹簧结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，单向阀主要包括阀座1、接管嘴2、阀芯3、挡块4、弹簧5、O形橡胶密封圈6、挡圈7和调整垫片8。

接管嘴2具有接头，用以与阀座1连接，接管嘴2内部具有腔室和弹簧座，构成了弹簧定位槽，弹簧3的一端的抵接安装在该弹簧定位槽，接管嘴2的腔室的出口处具有倒角；接管嘴2的接头的外周上具有凹型槽，O形橡胶密封圈6和挡圈7安装在该凹形槽中，凹型槽前部的接头上具有外螺纹，凹型槽后部具有安装凸台。

如图2所示，阀座1内部具有锥形腔室和接口，锥形腔室进口处具有倒角和阀芯座，进口处倒角用以降低流阻。阀座1的接口具有内螺纹，接管嘴2具有接头通过螺纹旋入。

如图3所示，阀芯3包括阀芯基体与橡胶密封圈，阀芯基体材料为不锈钢，在其一个面的圆周上具有固定凹槽，该固定凹槽进行吹砂处理，以防止橡胶脱落。橡胶密封圈经硫化粘接在阀芯基体，橡胶密封圈的密封面为带圆弧的尖角结构，依靠模具保证橡胶密封圈的外形及表面粗糙度。阀芯3通过橡胶密封圈抵接在阀座1的阀芯座的密封面上，阀芯座的密封面需进行研磨，以提高表面粗糙度，增强密封可靠性。

如图4所示，挡块4为圆环板状结构，在其一个面上沿圆周均布有四个爪形凸起，挡块4以该爪形凸起抵接在阀芯3的另一个面上，以传递弹簧力，压紧阀芯3，在挡块4的另一面上具有弹簧定位槽，抵接安装弹簧5的另一端，用以固定弹簧。挡块4的材料为钛合金TC4。

如图5所示，弹簧5的材料为不锈钢，图中P1为预紧力，其值为0.545N，P2为阀门完全打开后弹簧作用力，其值为1.634N，弹簧设计自由高度为12.46mm，节距为1.01mm，中径为6.6mm，钢丝直径为0.8mm，旋绕比为8.25，通过高旋绕比设计，降低了弹簧刚度，刚度为1N/mm，进而保证了低开启压力。

装配时，首先将阀芯3、挡块4、弹簧5依次沿直线装入阀座1的锥形内腔，然后将带有O形橡胶密封圈6与挡圈7的接管嘴2通过螺纹缓慢旋入阀座1内，在装配过程中，要保证弹簧5位于挡块4与接管嘴2的定位槽内。装配完成后，对阀门的打开压差进行测试，根据测试情况在接管嘴2的安装凸台与阀座1之间添加不同厚度的调整垫片8，保证单向阀的打开压差在0.005MPa以下，最后将接管嘴2、调整垫片8、阀座1激光焊接连接在一起，焊接过程中要从入口A处通入保护气体，打开阀芯3，防止焊接余热损害阀芯3上的橡胶密封面。

单向阀安装工作过程如下：

1、首先采用焊接方式按照系统设计要求将单向阀接入流体回路系统；

2、对系统进行加注，并启动机械泵，使系统运行，单向阀正式启用。

系统未工作时，阀芯3在弹簧5预紧力的作用下，其上的橡胶密封表面与阀座1压紧，实现密封。当工质从入口进入时，随着压力升高，当作用在阀芯3上的力大于弹簧5的预紧力时，阀门打开，工质进入阀门内腔并推动阀芯3继续后移至限位处；当入口压力减小到一定程度或工质从出口进入时，在弹簧5及出口压力的作用下，阀芯3逐渐复位，实现单向流通的设计目的。

本发明工作流量为1.2L/min，最高工作压力≤0.2MPa，开启压力≤0.005MPa，压力损失≤0.001MPa，外漏率≤10^-8Pa·m³/s，应用于卫星等小型航天器的单相热控流体回路，也适用于各类低压非油性介质流体回路。

以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (8)

1.一种高灵敏度单向阀，其特征在于：包括阀座、接管嘴和阀芯机构；

所述阀芯机构包括阀芯、挡块和弹簧，并且以此顺序沿直线配置在所述阀座与所述接管嘴之间的腔室内，所述挡块为圆环板状结构，在其一个面上沿圆周均布有四个爪形凸起，用于与所述阀芯相抵接，在其另一面上具有弹簧定位槽，用于与所述弹簧的一端相抵接；

所述阀座具有锥形腔室和接口，所述锥形腔室进口处具有倒角和阀芯座，所述阀芯抵接在所述阀芯座上；

所述接管嘴具有插入所述接口的接头，所述接头内部具有腔室和弹簧座，所述弹簧的另一端伸入所述腔室并抵接在所述弹簧座上，所述接管嘴的腔室的出口处具有倒角；所述接头的外周具有凹型槽，用于配置密封件，所述凹型槽后部具有安装凸台，所述阀座通过调整垫片与所述安装凸台焊接连接。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述阀芯为圆板状结构，其包括阀芯基体与橡胶密封圈，所述阀芯基体材料为不锈钢，沿其一个面的圆周具有固定凹槽，所述凹槽表面进行吹砂处理，所述橡胶密封圈通过硫化粘接在所述固定凹槽中，所述橡胶密封圈的密封面为带圆弧的尖角结构，所述阀芯以其密封面的尖角部分抵接在所述阀芯座的密封面上。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述阀座与接管嘴通过螺纹连接，在该连接处添加有所述调整垫片，根据阀门的开启压力调整好适当厚度的所述调整垫片之后，将所述阀座、所述调整垫片和所述接管嘴焊接在一起。

4.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述挡块材料为钛合金。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述调整垫片材料为不锈钢。

6.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述密封件包括O形橡胶密封圈与挡圈。

7.根据权利要求2所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述阀芯座的密封面要进行研磨处理。

8.根据权利要求1所述的高灵敏度单向阀，其特征在于：所述弹簧材料为不锈钢，刚度为1N/mm，所述弹簧的旋绕比为8.25。