CN108278371A - 一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构 - Google Patents

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刘晖
曾昭奇
惠欢欢
魏延明
沈岩
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Abstract

本发明公开了一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，包括阀杆、弹簧、壳体、弹簧座、阀芯和阀座；壳体采用空心圆柱体结构，壳体一端与阀杆焊接，壳体另一端设有用于安装阀座的锥形通孔，锥形通孔最大直径小于壳体内侧直径；壳体内设有用于配合阀座的阀芯，阀芯上安装弹簧座，弹簧座与阀杆之间压装弹簧。本发明通过螺旋弹簧对密封副中的非金属部分进行预加载，有效卸载了永磁体提供的位置保持力，实现了非金属密封部位受力合理以及应变可控，弥补了传统非金属阀芯固定约束式结构的缺陷。

Description

一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构
技术领域
本发明涉及一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，尤其适用于航天器中采用永磁锁位方式的自锁阀密封副结构，属于空间推进技术领域。
背景技术
近年来，国内外通信卫星平台双组元推进系统的电推进系统对高压气体介质进行可靠通断控制的设计要求越来越高，若在永磁自锁阀产品中继续采用常见的非金属阀芯固定约束式结构，那么在产品关闭状态下，阀门的非金属密封部位将承受来自介质压力与永磁体提供的位置保持力的合力，而永磁体提供的位置保持力往往很大，一般会超过介质压力数倍。在这种受力状态下，阀门的非金属密封部位所承受的正应力将远远超过材料的许用应力，从而导致过大的应变，再经历一定的时间和温度交变等因素影响，非金属材料会产生不可控的塑性形变，这种不可控的塑性形变往往会导致阀门密封失效。一旦阀门的密封失效，将会影响推进系统不能完成预定任务，甚至会导致整星失效。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，通过螺旋弹簧对密封副中的非金属部分进行预加载，有效卸载了永磁体提供的位置保持力，实现了非金属密封部位受力合理以及应变可控，弥补了传统非金属阀芯固定约束式结构的缺陷。
本发明的技术解决方案是：
一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，包括阀杆、弹簧、壳体、弹簧座、阀芯和阀座；壳体采用空心圆柱体结构，壳体一端与阀杆焊接，壳体另一端设有用于安装阀座的锥形通孔，锥形通孔最大直径小于壳体内侧直径；壳体内设有用于配合阀座的阀芯，阀芯上安装弹簧座，弹簧座与阀杆之间压装弹簧。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀杆周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀杆与壳体之间采用电子束焊接。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述弹簧采用螺旋弹簧。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述壳体为薄壁圆筒，壳体周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述弹簧座为台阶轴，弹簧座大直径端端面上设有用于配装阀芯的凹孔，弹簧座台阶处用于安装弹簧。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀芯采用实心圆柱体结构，阀芯端面设有用于配装弹簧座的凸台，阀芯与壳体间隙配合。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀芯采用树脂材料，例如FEP、PCTFE、PTFE或聚酰亚胺。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀座采用回转体结构，阀座端面设有用于配合阀芯的空心圆台，空心圆台穿设在壳体的锥形通孔中，空心圆台轴向设有用于介质流通的圆形台阶孔。
在上述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构中，所述阀杆、壳体、弹簧座和阀座的材料均采用钛合金或奥氏体不锈钢，弹簧材料采用不锈钢系列弹簧钢丝。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
【1】本发明通过阀杆、弹簧、壳体、弹簧座、阀芯和阀座的配合，一个方面可以将非金属阀芯的变形量精确控制在阀芯厚度尺寸的5％～10％以内，有效抑制非金属阀芯发生过大形变而导致蠕变；另一方面采用螺旋弹簧卸载了永磁自锁阀中由于永磁体产生的量值相对较大的加载在非金属阀芯上的静态磁场力，同时可以有效控制密封副结构的密封力在合理的范围内，避免了非金属阀芯因承受过大的载荷力而导致蠕变，本发明显著降低了阀门组件的损耗，提升了阀门组件的密封性能；经检测，弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构的使用寿命可达15年以上。
【2】本发明整体结构紧凑，适用于多种工作环境，使用寿命相对较长，在复杂工况下依然能够良好运转，具有适用范围广的特点，具备良好的市场应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的剖视图
其中：1阀杆；2弹簧；3壳体；4弹簧座；5阀芯；6阀座；
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，包括阀杆1、弹簧2、壳体3、弹簧座4、阀芯5和阀座6；壳体3采用空心圆柱体结构，壳体3一端与阀杆1焊接，壳体3另一端设有用于安装阀座6的锥形通孔，锥形通孔最大直径小于壳体3内侧直径；壳体3内设有用于配合阀座6的阀芯5，阀芯5上安装弹簧座4，弹簧座4与阀杆1之间压装弹簧2。
优选的，阀杆1周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
优选的，阀杆1与壳体3之间采用电子束焊接。
优选的，弹簧2采用螺旋弹簧。
优选的，壳体3为薄壁圆筒，壳体3周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
优选的，弹簧座4为台阶轴，弹簧座4大直径端端面上设有用于配装阀芯5的凹孔，弹簧座4台阶处用于安装弹簧2。
优选的，阀芯5采用实心圆柱体结构，阀芯5端面设有用于配装弹簧座4的凸台，阀芯5与壳体3间隙配合。
优选的，阀芯5采用树脂材料，例如FEP、PCTFE、PTFE或聚酰亚胺。
优选的，阀座6采用回转体结构，阀座6端面设有用于配合阀芯5的空心圆台，空心圆台穿设在壳体3的锥形通孔中，空心圆台轴向设有用于介质流通的圆形台阶孔。
优选的，阀杆1、壳体3、弹簧座4和阀座6的材料均采用钛合金或奥氏体不锈钢，弹簧2材料采用不锈钢系列弹簧钢丝。
弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构的装配方法如下：
S1，将阀芯5、弹簧座4、弹簧2依次装入壳体3；
S2，将阀杆1插入壳体3，并按照预设值压缩加载弹簧2；
S3，当阀杆1凸缘与壳体3端面贴合时，利用夹具夹持阀杆1和壳体3，并进行电子束焊接；
S4，将阀座6装入壳体3并与阀芯5配合，同时利用阀座6本身尺寸或加装垫片调整阀座6与阀芯5的装配精度。
本发明的工作原理是：
阀门在关闭状态时，阀芯5密封部位承受的合力为可控的弹簧2预加载力与介质力之和；阀芯5的最大变形量在组装时可通过调整阀座6顶开阀芯5，在阀芯5端面与壳体3端面之间形成精确可控的初始间隙尺寸，即可确保阀芯5受力以及阀芯5应变处于材料的许用范围之内，进而确保永磁自锁阀的密封可靠性。
本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：包括阀杆(1)、弹簧(2)、壳体(3)、弹簧座(4)、阀芯(5)和阀座(6)；壳体(3)采用空心圆柱体结构，壳体(3)一端与阀杆(1)焊接，壳体(3)另一端设有用于安装阀座(6)的锥形通孔，锥形通孔最大直径小于壳体(3)内侧直径；壳体(3)内设有用于配合阀座(6)的阀芯(5)，阀芯(5)上安装弹簧座(4)，弹簧座(4)与阀杆(1)之间压装弹簧(2)。
2.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀杆(1)周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
3.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀杆(1)与壳体(3)之间采用电子束焊接。
4.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述弹簧(2)采用螺旋弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述壳体(3)为薄壁圆筒，壳体(3)周向设有若干个用于介质流通的圆形通孔。
6.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述弹簧座(4)为台阶轴，弹簧座(4)大直径端端面上设有用于配装阀芯(5)的凹孔，弹簧座(4)台阶处用于安装弹簧(2)。
7.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀芯(5)采用实心圆柱体结构，阀芯(5)端面设有用于配装弹簧座(4)的凸台，阀芯(5)与壳体(3)间隙配合。
8.根据权利要求7所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀芯(5)采用树脂材料，例如FEP、PCTFE、PTFE或聚酰亚胺。
9.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀座(6)采用回转体结构，阀座(6)端面设有用于配合阀芯(5)的空心圆台，空心圆台穿设在壳体(3)的锥形通孔中，空心圆台轴向设有用于介质流通的圆形台阶孔。
10.根据权利要求1所述的一种弹簧加载式永磁自锁阀密封副结构，其特征在于：所述阀杆(1)、壳体(3)、弹簧座(4)和阀座(6)的材料均采用钛合金或奥氏体不锈钢，弹簧(2)材料采用不锈钢系列弹簧钢丝。
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