CN105952952A - 一种具有可控阻尼结构的快速阀 - Google Patents

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谭宇
毛雄兵
曾令国
李宏斌
任虎
蒲旭阳
林其
伍军
熊鹏飞
翟小飞
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Abstract

本发明提供一种具有可控阻尼结构的快速阀，属于脉冲燃烧风洞技术领域。本发明在现有快速阀的基础上增加可控阻尼结构，所述可控阻尼结构包括节流孔板、阻尼液缸和阻尼液缸活塞；阻尼液缸活塞将阻尼液缸分成上部阻尼液腔和下部驱动气腔，下部驱动气腔通过一个充放气孔与驱动气源相连，上部阻尼液腔通过节流孔板上的节流孔、阻尼液通孔与阻尼腔相通；阻尼腔和上部阻尼液腔内充有阻尼液。本发明通过调节可控阻尼结构中所述节流孔板13上的节流孔的孔径大小来实现整个快速阀的开启速度的调节，同时采用液体阻尼方式能够更加有效地缓冲阀门开启过程中活塞对阀体的冲击，能够满足建设更大的脉冲燃烧风洞工程的应用需求。

Description

一种具有可控阻尼结构的快速阀
技术领域
本发明属于脉冲燃烧风洞技术领域，具体涉及用于脉冲燃烧风洞的快速阀。
背景技术
脉冲燃烧风洞广泛应用于吸气式高超声速研究领域，具有建设与运行成本低廉、系统简单、维护方便、建设周期短等优点。快速阀是实现脉冲燃烧风洞的关键器件之一，主要用于气体的快速供应，具有响应时间快、开启速度快(毫秒量级)的特点。
在第十一届全国激波与激波管学术会议《450mm脉冲燃烧风洞大口径快速阀同步阀研制》中，谭宇等人公开了一种有效通径53mm的快速阀。该快速阀结构如图1所示，主要由管状阀体1、管状活塞2、阀芯3和端盖4构成，管状活塞2内套于管状阀体1内并可左右滑动，阀芯3采用螺栓与管状活塞2的右侧端面相连，阀芯3与管状活塞2的右侧端面之间设置有径向流道孔8，管状活塞2与管状阀体1之间分别设置有驱动气腔9和阻尼腔15，管状阀体1上设置有与驱动气腔9相通的驱动气腔充放气口10，阻尼腔15内设起阻尼缓冲作用的橡胶垫或弹簧。所述快速阀工作时，阀芯2右侧的端盖4与供气系统相连，阀芯左侧与脉冲燃烧风洞相连；关闭状态下，驱动气腔9内充驱动气体，驱动气腔9内气压高于供气系统中高压气源气压使得阀芯3与端盖4紧密接触从而密封供气系统的高压气源；当释放驱动气腔9内充驱动气体使得驱动气腔9内气压低于供气系统中高压气源气压时，管状活塞2向左滑动，阀门打开，供气系统中高压气源沿径向流道孔8瞬间进入脉冲燃烧风洞，阀门打开过程中，阻尼腔15内设置的橡胶垫或弹簧起到缓冲活塞对阀体的冲击作用。
上述快速阀在有效通径不超过53mm的尺寸下，具有启动、运行时间快(10ms)的特点。但是将上述快速阀用于大口径有效通径运用环境时(例如200mm口径的快速阀)，存在不足，主要原因是：小口径的快速阀阀芯质量小，阀门快速开启时活塞对阀体的冲击力较小，采用常规橡胶缓冲垫即可满足要求，且阀门开启的快慢决定于上游高压气源的压力，开启速度不可控。在建设更大的脉冲燃烧风洞工程应用时，需要开启速度可控的更大口径(大于200mm)的快速阀，上述快速阀已经无法满足应用要求。
发明内容
本发明提供一种具有可控阻尼结构的快速阀，该快速阀具有可控阻尼结构，阀门开启速度可调，能够有效缓冲阀门开启过程中活塞对阀体的冲击，从而满足建设更大的脉冲燃烧风洞工程的应用需求。
本发明技术方案如下：
一种具有可控阻尼结构的快速阀，其结构如图2所示，包括管状阀体1、管状活塞2、阀芯3和端盖4；管状活塞2内套于管状阀体1内并可左右滑动，阀芯3采用螺栓与管状活塞2的右侧端面相连，阀芯3与管状活塞2的右侧端面之间设置有径向流道孔8，管状活塞2与管状阀体1之间分别设置有驱动气腔9和阻尼腔15，管状阀体1上分别设置有与驱动气腔9相通的驱动气腔充放气口10和与阻尼腔15相通的阻尼液通孔14。所述具有可控阻尼结构的快速阀还包括一个可控阻尼结构，所述可控阻尼结构包括一个节流孔板13、一个阻尼液缸5和一个阻尼液缸活塞6；所述阻尼液缸活塞6将阻尼液缸5分成上部阻尼液腔12和下部驱动气腔，其中下部驱动气腔通过一个充放气孔11与驱动气源相连，上部阻尼液腔12依次通过设置于所述节流孔板13上的节流孔、阻尼液通孔14与阻尼腔15相通；所述阻尼腔15和上部阻尼液腔12内充有阻尼液。
进一步地，所述阻尼液包括但不限于各种有机液体、无机液体或有机无机混合液体。
进一步地，通过调节所述节流孔板13上的节流孔的孔径大小来调节整个快速阀的开启速度：所述节流孔板13上的节流孔的孔径越大，则快速阀的开启速度越快而阻尼作用越小；所述节流孔板13上的节流孔的孔径越小，则快速阀的开启速度越慢而阻尼作用越大。
进一步地，所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径大小的调节方式为机械手动调节方式或机械电动调节方式。
所述具有可控阻尼结构的快速阀工作时，阀芯2右侧的端盖4与供气系统相连，阀芯左侧与脉冲燃烧风洞相连；关闭状态下，驱动气腔9内充驱动气体，驱动气腔9内气压高于供气系统中高压气源气压使得阀芯3与端盖4紧密接触从而密封供气系统的高压气源7(阀门关闭状态下应保持驱动气腔9内气压恒定)；同时，所述可控阻尼结构中的下部驱动气腔内充驱动气体，带动阻尼液缸活塞6运动使上部阻尼液腔12内的阻尼液充入阻尼腔15；阀门打开过程首先自由释放驱动气腔9内和下部驱动气腔内的驱动气体，当驱动气腔9内气压低于供气系统中高压气源气压时，管状活塞2向左滑动，阀门快速打开，供气系统中高压气源沿径向流道孔8并通过下游供气管路16瞬间进入脉冲燃烧风洞，阀门打开过程中，阻尼腔15内的阻尼液依次通过阻尼液通孔14、节流孔板13上的节流孔排向上部阻尼液腔12。
本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀，增加了可控阻尼结构，通过调节可控阻尼结构中所述节流孔板13上的节流孔的孔径大小来实现整个快速阀的开启速度的调节：节流孔的孔径越大，则快速阀的开启速度越快而阻尼作用越小；节流孔的孔径越小，则快速阀的开启速度越慢而阻尼作用越大；同时，与现有技术相比，本发明提供快速阀采用的是液体阻尼方式而非橡胶或弹簧缓冲的阻尼方式，能够提供更强的阻尼作用，从而更加有效地缓冲阀门开启过程中活塞对阀体的冲击。因此，本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀，能够满足建设更大的脉冲燃烧风洞工程的应用需求。
附图说明
图1是现有的快速阀结构示意图。
图2是本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀的结构示意图。
图3是本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀在应用环境下的示意图。
图中标记说明：1是管状阀体，2是管状活塞，3是阀芯，4是端盖，5是阻尼液缸，6是阻尼液缸活塞，7是高压气源，8是径向流道孔，9是驱动气腔，10是驱动气腔充放气口，11是下部驱动气腔的充放气孔，12是上部阻尼液腔，13是节流孔板，14是阻尼液通孔，15是阻尼腔，16是下游供气管路。
具体实施方式
一种具有可控阻尼结构的快速阀，其结构如图2所示，包括管状阀体1、管状活塞2、阀芯3和端盖4；管状活塞2内套于管状阀体1内并可左右滑动，阀芯3采用螺栓与管状活塞2的右侧端面相连，阀芯3与管状活塞2的右侧端面之间设置有径向流道孔8，管状活塞2与管状阀体1之间分别设置有驱动气腔9和阻尼腔15，管状阀体1上分别设置有与驱动气腔9相通的驱动气腔充放气口10和与阻尼腔15相通的阻尼液通孔14。所述具有可控阻尼结构的快速阀还包括一个可控阻尼结构，所述可控阻尼结构包括一个节流孔板13、一个阻尼液缸5和一个阻尼液缸活塞6；所述阻尼液缸活塞6将阻尼液缸5分成上部阻尼液腔12和下部驱动气腔，其中下部驱动气腔通过一个充放气孔11与驱动气源相连，上部阻尼液腔12依次通过设置于所述节流孔板13上的节流孔、阻尼液通孔14与阻尼腔15相通；所述阻尼腔15和上部阻尼液腔12内充有阻尼液。
进一步地，所述阻尼液包括但不限于各种有机液体、无机液体或有机无机混合液体。
进一步地，通过调节所述节流孔板13上的节流孔的孔径大小来调节整个快速阀的开启速度：所述节流孔板13上的节流孔的孔径越大，则快速阀的开启速度越快而阻尼作用越小；所述节流孔板13上的节流孔的孔径越小，则快速阀的开启速度越慢而阻尼作用越大。
进一步地，所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径大小的调节方式为机械手动调节方式或机械电动调节方式。
所述具有可控阻尼结构的快速阀工作时，阀芯2右侧的端盖4与供气系统相连，阀芯左侧与脉冲燃烧风洞相连；关闭状态下，驱动气腔9内充驱动气体，驱动气腔9内气压高于供气系统中高压气源气压使得阀芯3与端盖4紧密接触从而密封供气系统的高压气源7(阀门关闭状态下应保持驱动气腔9内气压恒定)；同时，所述可控阻尼结构中的下部驱动气腔内充驱动气体，带动阻尼液缸活塞6运动使上部阻尼液腔12内的阻尼液充入阻尼腔15；阀门打开过程首先自由释放驱动气腔9内和下部驱动气腔内的驱动气体，当驱动气腔9内气压低于供气系统中高压气源气压时，管状活塞2向左滑动，阀门快速打开，供气系统中高压气源沿径向流道孔8并通过下游供气管路16瞬间进入脉冲燃烧风洞，阀门打开过程中，阻尼腔15内的阻尼液依次通过阻尼液通孔14、节流孔板13上的节流孔排向上部阻尼液腔12。
本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀，具体工作过程可详细描述如下：
1.将驱动气腔充放气口10与高压驱动气源连通，充入的高压驱动气体将管状活塞2与阀芯3压紧在端盖4上，使阀门复位并能够密封上游高压工作气源7，然后将驱动气腔充放气口10与高压驱动气源断开，驱动气腔9内压力需保持恒定，从而使得快速阀处于关闭状态；
2.快速阀处于关闭状态下，所述可控阻尼结构中的下部驱动气腔内充驱动气体，带动阻尼液缸活塞6运动使上部阻尼液腔12内的阻尼液充入阻尼腔15；
3.根据阀门开启速度的需要调节节流孔板13上的节流孔孔径大小(调节方式可以是机械手动方式或机械电动方式)；
4.阀门打开时，阀门上游气路与上游高压气源连通，打开驱动气腔充放气口10和阻尼结构中的下部驱动气腔的充放气口11，使驱动气腔9和阻尼结构中的下部驱动气腔内的驱动气体自由泄放，驱动气腔9内气体压力开始降低，当上游高压气体作用在阀芯3上的力大于驱动气腔9内气体作用在阀芯3上的力时，阀门快速打开；
5.管状活塞2运动至所需开度时，开始压缩阻尼液体，使阻尼液体阻尼液通孔14、节流孔板13上的节流孔排向上部阻尼液腔12；
6.工作结束后，将驱动气腔充放气口与高压驱动气源连通，充入的高压驱动气体使阀门复位。
本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀，增加了可控阻尼结构，通过调节可控阻尼结构中所述节流孔板13上的节流孔的孔径大小来实现整个快速阀的开启速度的调节：节流孔的孔径越大，则快速阀的开启速度越快而阻尼作用越小；节流孔的孔径越小，则快速阀的开启速度越慢而阻尼作用越大；同时，与现有技术相比，本发明提供快速阀采用的是液体阻尼方式而非橡胶或弹簧缓冲的阻尼方式，能够提供更强的阻尼作用，从而更加有效地缓冲阀门开启过程中活塞对阀体的冲击。因此，本发明提供的具有可控阻尼结构的快速阀，能够满足建设更大的脉冲燃烧风洞工程的应用需求。

Claims (5)

1.一种具有可控阻尼结构的快速阀，包括管状阀体(1)、管状活塞(2)、阀芯(3)和端盖(4)；管状活塞(2)内套于管状阀体(1)内并可左右滑动，阀芯(3)采用螺杆与管状活塞(2)的右侧端面相连，阀芯(3)与管状活塞(2)的右侧端面之间设置有径向流道孔(8)，管状活塞(2)与管状阀体(1)之间分别设置有驱动气腔(9)和阻尼腔(15)，管状阀体(1)上设置有与驱动气腔(9)相通的驱动气腔充放气口(10)；
其特征在于：
所述管状阀体(1)上还设置有与阻尼腔(15)相通的阻尼液通孔(14)；
所述具有可控阻尼结构的快速阀还包括一个可控阻尼结构，所述可控阻尼结构包括一个节流孔板(13)、一个阻尼液缸(5)和一个阻尼液缸活塞(6)；所述阻尼液缸活塞(6)将阻尼液缸(5)分成上部阻尼液腔(12)和下部驱动气腔，其中下部驱动气腔通过一个充放气孔(11)与驱动气源相连，上部阻尼液腔(12)依次通过设置于所述节流孔板(13)上的节流孔、阻尼液通孔(14)与阻尼腔(15)相通；所述阻尼腔(15)和上部阻尼液腔(12)内充有阻尼液。
2.根据权利要求1所述的具有可控阻尼结构的快速阀，其特征在于，所述阻尼液包括但不限于各种有机液体、无机液体或有机无机混合液体。
3.根据权利要求1或2所述的具有可控阻尼结构的快速阀，其特征在于，通过调节所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径大小来调节整个快速阀的开启速度：所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径越大，则快速阀的开启速度越快而阻尼作用越小；所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径越小，则快速阀的开启速度越慢而阻尼作用越大。
4.根据权利要求3所述的具有可控阻尼结构的快速阀，其特征在于，所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径大小的调节方式为机械手动调节方式。
5.根据权利要求3所述的具有可控阻尼结构的快速阀，其特征在于，所述节流孔板(13)上的节流孔的孔径大小的调节方式为机械电动调节方式。
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