CN109357050B - 一种具有自锁功能的单向阀门 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有自锁功能的单向阀门，解决了现有技术中常规单向阀长期贮存过程的密封性较差，以及小流量时稳定性变差，容易造成系统供油振荡的问题。该阀门内置密封件、锁紧组件和弹性组件，结构紧凑巧小，锁环与导杆对阀芯起到导向作用，且阀芯也不受任何侧向作用力，运动灵活、锁紧可靠性高，不易出现卡滞问题，实现阀芯一次性开启，打通介质流通通道，且加工、装配工艺简单，可通过分解、复位装配后实现重复使用。

Description

一种具有自锁功能的单向阀门

技术领域

本发明属于发动机用阀门，具体涉及了一种内置机械自锁装置的单向阀门，可实现工作时一次性开启，打开介质系统与供油之间的通道。

背景技术

为了满足现有一些发动机介质系统预包装状态下的长期贮存要求，同时又需要保证发动机位于高空状态时的低压可靠启动，介质系统出口需设置低压开启单向阀。然而，常规的单向阀难以满足长期预包装贮存的密封性要求，同时小流量工况下单向阀的稳定性会变差，容易造成介质系统向燃烧室供油时产生供油振荡；当然，考虑到密封性，也可使用膜片阀，但膜片阀很难实现在低压状态时可靠打开，从而影响介质系统向燃烧室供油。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中常规单向阀长期贮存过程的密封性较差，以及小流量时稳定性变差，容易造成系统供油振荡的不足之处，提供了一种自锁单向阀门，可满足现有一些发动机介质系统预包装状态下，长期贮存的密封性要求，同时又能够避免小流量工况下的不稳定性问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种具有自锁功能的单向阀门，其特殊之处在于，包括壳体、以及位于壳体内同轴设置的衬套、阀芯、弹性组件和锁紧组件；所述壳体的一端为入口端，与介质系统连通，另一端为出口端，通过供油管路与燃烧室连通；所述衬套靠近所述入口端设置，其内壁上沿周向设置有安装槽，其外壁与壳体内壁之间设置有密封件；所述衬套远离入口端的端面内侧设有第一倒角，便于阀芯与衬套脱开时，介质顺畅流通；所述锁紧组件、阀芯以及弹性组件沿入口端至出口端方向依次设置；所述锁紧组件包括锁环和导杆；锁环包括卡座和多个弹性卡爪；卡座由卡环和至少三个支杆组成；卡环上设置有中心通孔；所述至少三个支杆沿卡环的周向分布，相邻支杆之间存在间距，构成流通通道，便于介质进入阀体；所述多个弹性卡爪设置在卡环远离入口端的端面，并围绕卡环的中心通孔形成一个安装腔；所述锁环通过与所述安装槽相适配的支杆安装在衬套上，确保锁紧装置的稳定可靠；所述导杆包括依次连接的安装杆、连接杆以及尾杆，所述尾杆的外径B小于连接杆的外径A；尾杆的外径B与多个弹性卡爪自由状态时形成安装腔的最小内径相适配(相等或稍大或稍小)；对于安装杆的外径则无特殊要求，只要能顺利穿过多个弹性卡爪形成的安装腔即可，而尾杆的外径B因小于连接杆的外径A，会形成凸肩，且尾杆的外径B与多个弹性卡爪自由状态时形成的安装腔的最小内径相适配，可在导杆受到介质推力向出口端运动时，能够实现很好的自锁功能，弹性卡爪由于自身回复力以及凸肩的存在，可稳定的锁紧导杆，实现一次性开启及锁位；所述导杆位于所述安装腔内，其安装杆伸出安装腔，并与阀芯固连；所述阀芯上设置有与多个弹性卡爪外壁相适配的凹腔；阀芯的外壁与衬套的内壁相适配，且两者之间设置有密封件，该密封件的设置位置与衬套第一倒角之间存在距离，可在一定程度上适应介质系统在高低温环境下，因介质膨胀与收缩量变化导致阀芯密封位置的变化需求；所述弹性组件包括弹簧座与压缩弹簧；所述弹簧座靠近出口端固定设置，所述压缩弹簧沿轴向设置，一端设置在弹簧座上，另一端与阀芯连接，用于压紧阀芯；所述阀芯的行程大于衬套与阀芯密封段的长度，以便阀芯打开时，其与衬套之间能够彻底脱开，便于介质流通。

进一步地，所述弹性卡爪远离入口端的端部内侧设置有凸起，所述连接杆靠近安装杆一侧的端面设置有与凸起配合的第二倒角，以保证装配关闭状态下锁环的弹性卡爪凸起结构依附于倒角锥面上，使得弹性卡爪处于自然非受力状态。

进一步地，所述凸起径向尺寸X大于等于0.2mm小于等于0.5mm，凸起径向尺寸不宜过小或过大，过小会造成锁紧可靠性降低，过大则造成阀芯打开运动摩擦力变大；所述第二倒角的取值为15°～30°，利于减小阀芯打开阻力。

进一步地，为了确保很好的导向，所述弹簧座上还设置有与压缩弹簧相适配的弹簧导向筒；所述弹簧导向筒的外壁与所述阀芯的内壁相适配；所述弹簧座的中部开设有排气孔。

进一步地，所述尾杆的外径B的取值为A-2X，确保锁位状态下弹性卡爪的凸起端面恰好卡在导杆尾杆与连接杆形成的凸肩上。

进一步地，所述壳体内壁沿圆周方向设置有限位台；所述衬套靠近入口端的端部外侧沿圆周方向设置有环形凸台；所述衬套的环形凸台与限位台相适配，并通过压紧螺母固定在壳体内。

进一步地，所述弹性卡爪的数量为偶数，且轴对称设置，便于生产加工。

进一步地，所述至少三个支杆沿卡环周向均布，使得介质流通更加顺畅，优选四个支杆，四个支杆形成十字型，卡装更加牢固。

进一步地，所述衬套外壁与壳体内壁之间的密封件、阀芯外壁与衬套内壁之间的密封件均为O形橡胶密封圈，具有极好的密封性能。

进一步地，所述多个弹性卡爪围绕卡环的中心通孔设置，整体外形为锥台型，且相邻弹性卡爪之间为矩形缺口；或者，所述多个弹性卡爪围绕卡环的中心通孔设置，整体外形为圆台型，且相邻弹性卡爪之间为梯形缺口。以上两种构型弹性卡爪的具体参数需根据凸起尺寸X、弹性卡爪的数量、受力情况，通过结构有限元计算分析确定最优组合。

进一步地，阀芯为“凹”字型，所述“凹”字型的顶部凹腔面向入口端设置，“凹”字型的底部面向出口端设置，且底部开口，并与弹簧导向筒相适配；顶部凹腔内设有台阶盲孔，分别为第一台阶孔和第二台阶孔；第一台阶孔位于凹腔底部，设有内螺纹，与导杆的安装杆螺纹连接；第二台阶孔的内径与夹持有连接杆的多个弹性卡爪的外壁相适配；弹簧座的上开设有多个便于介质流通的开口。

本发明的优点是：

1.本发明单向阀门具有低压膜片阀的属性，可以解决膜片阀难以实现低压可靠打开的技术难点，又能够解决单向阀难以满足长期预包装贮存的密封性要求，以及小流量工况下的不稳定性问题。该阀门内置密封件、锁紧组件和弹性组件，密封性能好，锁紧组件采取内置于阀芯与壳体内通道的一体化设计形式，采用这种内置锁位机构设计方式，具有结构紧凑巧小，锁环与导杆对阀芯起到导向作用，且阀芯也不受任何侧向作用力，因此，运动灵活、锁紧可靠性高，不易出现卡滞问题，可实现一次性开启，打通介质流通通道，且加工、装配工艺简单，可通过分解、复位装配后实现重复使用，避免了膜片阀一次性使用后报废情况，有效降低产品试验成本与研制费用。因此，该阀门可用于具有预包装长期贮存需求，且工作时能够低压开启要求的发动机介质供应系统或者类似特殊工作要求的介质系统。

2.本发明中的密封件采用O形橡胶密封圈径向活塞密封方式，与常规单向阀端面密封形式相比，具有密封性能好且可靠性高的优点；另外，阀芯上O形圈槽与衬套密封通道预留一定距离的位移补偿量，可在一定程度上适应介质系统在高低温环境下，因介质膨胀与收缩量变化导致阀芯密封位置的变化需求。

3.本发明中锁环的主体设计为弹性卡爪形式，导杆由尾杆、连接杆和安装杆组成，其通过安装杆与阀芯固连；单向阀门关闭状态下，锁环弹性卡爪与阀芯及连接杆为间隙配合状态，而弹性卡爪端部内侧的凸起恰好依附在导连接杆的倒角锥面上，使得弹性卡爪呈自然非受力状态，以保证长期贮存后的弹性卡爪弹性性能完好；当单向阀门的阀芯打开后，弹性卡爪的凸起便会卡到由尾杆和连接杆形成的凸肩位置，并维持阀芯为开启锁位状态，保持通道敞开，能够满足介质系统流量大范围变化的使用要求。

附图说明

图1为本发明单向阀门关闭时的结构示意图；

图2为本发明单向阀门打开时的结构示意图；

图3为本发明中一种锁环的结构示意图；

图4为本发明中另一种锁环的结构示意图；

图5为本发明中导杆的结构示意图；

图6为本发明中锁环与导杆的装配示意图；

附图标记如下：

1-壳体；11-限位台；2-密封件；3-阀芯；4-压缩弹簧；5-衬套；51-环形凸台；6-锁环；61-卡座；611-卡环；612-支杆；62-弹性卡爪；7-导杆；71-尾杆；72-连接杆；73-过渡杆；74-安装杆；8-压紧螺母；9-弹簧座；91-排气孔；10-弹簧导向筒。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

仅仅出于方便的原因，在以下的说明中，使用了特定的方向术语，是以对应的附图为参照的，并不能认为是对本发明的限制，当图面的定义方向发生改变时，这些词语表示的方向应当解释为相应的不同方向。

如图1、图2、图6所示，一种具有自锁功能的单向阀门包括壳体1、以及位于壳体1内同轴设置的衬套5、阀芯3、弹性组件和锁紧组件。

壳体1的一端为入口端，与介质系统连通，另一端为出口端，通过供油管路与燃烧室连通。

壳体1靠近入口端的内壁沿圆周方向设置有限位台11；衬套5靠近入口端的端部外侧沿圆周方向设置有环形凸台51；衬套5的环形凸台51与限位台11相适配，衬套5与限位台11圆周配合段还设置有O形橡胶密封圈。衬套5的环形凸台5内壁上沿周向均布有四个安装槽，衬套5远离入口端的端面内侧设有第一倒角，便于阀芯3与衬套5脱开时，介质顺畅流通。

锁紧组件、阀芯3以及弹性组件沿入口端至出口端方向依次设置。

锁紧组件包括锁环6和导杆7；锁环6包括卡座61和多个弹性卡爪62；卡座61由卡环611和四个支杆612组成；卡环611上设置有中心通孔；四个支杆612沿卡环611的周向均布，呈十字支撑架型，相邻支杆612之间构成的通道便于介质进入阀体；多个弹性卡爪62设置在卡环611远离入口端的端面，并围绕卡环611的中心通孔形成一个安装腔，弹性卡爪62远离入口端的端部内侧设置有凸起；锁环6上的弹性卡爪62结构形式有图3和图4两种，图3中多个弹性卡爪62围绕卡环611的中心通孔设置，整体外形为锥台型，且相邻弹性卡爪62之间为矩形缺口；图4中多个弹性卡爪62围绕卡环611的中心通孔设置，整体外形为圆台型，且相邻弹性卡爪62之间为梯形缺口；无论采用哪种弹性卡爪62，均是通过将锁环6的支杆612固定安装在衬套5的安装槽内，并通过压紧螺母8进行锁紧，确保锁紧装置的稳定可靠。

如图5所示，导杆7包括依次连接的安装杆74、连接杆72以及尾杆71，其中，安装杆74与连接杆72之间还设有过渡杆73；安装杆74的外径无特殊要求，只要能顺利穿过多个弹性卡爪62形成的安装腔即可；而尾杆71的外径B小于连接杆72的外径A，形成凸肩，且尾杆71的外径B与多个弹性卡爪62自由状态时形成安装腔的最小内径(及凸起部分形成的内径)相适配，可在导杆7受到介质推力向出口端运动时，能够实现很好的自锁功能，弹性卡爪62由于自身回复力以及凸肩的存在，可稳定的锁紧导杆7，实现一次性开启及锁位。阀芯的行程大于衬套与阀芯密封段的长度，在弹性卡爪62锁紧时，阀芯3与衬套5之间能够流出充分的空间供液体流动。连接杆72靠近安装杆74一侧的端面设置有与凸起配合的第二倒角，以保证装配关闭状态下锁环6的弹性卡爪62凸起结构依附于倒角锥面上，使得弹性卡爪62处于自然非受力状态。

导杆7位于安装腔内，其安装杆74伸出安装腔，并与阀芯3螺纹连接；阀芯3上设置有与多个弹性卡爪62外壁相适配的凹腔；阀芯3的外壁与衬套5的内壁相适配，且两者之间设置有O形橡胶密封圈。

弹性组件包括弹簧座9与压缩弹簧4。弹簧座9靠近出口端固定设置(该弹簧座与壳体可以是一体设置，也可以是可拆卸式设置)，其上还设置有与压缩弹簧相适配的弹簧导向筒10。压缩弹簧4沿轴向设置，一端设置在弹簧导向筒10内，并与弹性座相连，另一端与阀芯3连接，用于压紧阀芯3；弹簧导向筒10的外壁与阀芯3的内壁相适配；弹簧座9的中部开设有排气孔91，在阀芯3打开时可将弹簧导向筒10内部的气体排出，位于弹簧导向筒10外侧的弹簧座9上还开设有多个通孔，便于液态流出。

上述两种构型弹性卡爪62的具体参数需根据凸起径向尺寸X、弹性卡爪62的数量、受力情况，通过结构有限元计算分析确定最优组合。弹性卡爪62的数量为偶数，且轴对称设置；凸起径向尺寸X大于等于0.2mm小于等于0.5mm，凸起径向尺寸不宜过小或过大，过小会造成锁紧可靠性降低，过大则造成阀芯3打开运动摩擦力变大；第二倒角的取值为15°～30°，利于减小阀芯3打开阻力。尾杆71的外径B的取值为A-2X，确保锁位状态下弹性卡爪62的凸起端面恰好卡在导杆7尾杆71与连接杆72形成的凸肩上。

阀芯3可根据上述要求设计为“凹”字型，“凹”字型的顶部凹腔面向入口端设置，“凹”字型的底部面向出口端设置，且底部开口，并与弹簧导向筒10相适配；顶部凹腔内设有台阶盲孔，分别为第一台阶孔和第二台阶孔；第一台阶孔位于凹腔底部，设有内螺纹，与导杆7的安装杆74螺纹连接；第二台阶孔的内径与夹持有连接杆72的多个弹性卡爪62的外壁相适配。

该单向阀的阀芯3关闭力由压缩弹簧4提供，能够保证介质系统带压预包装贮存的需求，且阀芯3与衬套5密封通道预留一定距离，在一定程度下能够补偿由于环境温度变化导致的密封介质压力变化而引起阀芯3密封位置的变化。锁紧组件采取内置于阀芯3与壳体1内通道的一体化设计形式，其中锁环6通过压紧螺母8固定到衬套5与壳体1上，导杆7与阀芯3采用螺纹连接，锁紧组件采用锁环6和导杆7这种分体式设计形式，便于零件加工，且具有良好的工艺性能。壳体1中间设置了弹簧导向筒10，弹簧导向筒10与阀芯3为间隙配合，对阀芯3打开运动起到主要导向作用；弹簧座9的中部开设一个小孔，有利于阀芯3顺畅打开并落锁。当与该单向阀门入口端连通的介质供应系统启动时，该阀前压力瞬间增高，将阀芯3打开并带动导杆7运动，导杆7运动过程中，锁环6弹性卡爪62首先被迫胀开，当导杆7运动到末端位置时，导杆7末端(即尾杆71)直径变小，锁环6弹性卡爪62收缩卡到导杆7尾杆71与连接杆72的凸肩位置，并由此维持阀芯3处于常开状态，避免了流量大范围变化下，常规单向阀小流量工况稳定性差的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于：包括壳体(1)、以及位于壳体(1)内同轴设置的衬套(5)、阀芯(3)、弹性组件和锁紧组件；

所述壳体(1)的一端为入口端，另一端为出口端；

所述衬套(5)靠近所述入口端设置，其内壁上沿周向设置有安装槽，其外壁与壳体(1)内壁之间设置有密封件(2)；所述衬套(5)远离入口端的端面内侧设有第一倒角；

所述锁紧组件、阀芯(3)以及弹性组件沿入口端至出口端方向依次设置；

所述锁紧组件包括锁环(6)和导杆(7)；锁环(6)包括卡座(61)和多个弹性卡爪(62)；卡座(61)由卡环(611)和至少三个支杆(612)组成；卡环(611)上设置有中心通孔；所述至少三个支杆(612)沿卡环(611)的周向分布，相邻支杆(612)之间构成流通通道；所述多个弹性卡爪(62)设置在卡环(611)远离入口端的端面，并围绕卡环(611)的中心通孔形成一个安装腔；所述锁环(6)通过与所述安装槽相适配的支杆(612)安装在衬套(5)上；

所述导杆(7)包括依次连接的安装杆(74)、连接杆(72)以及尾杆(71)，所述尾杆(71)的外径B小于连接杆(72)的外径A；尾杆(71)的外径B与多个弹性卡爪(62)自由状态时形成安装腔的最小内径相适配；

所述导杆(7)位于所述安装腔内，其安装杆(74)伸出安装腔，并与阀芯(3)固连；

所述阀芯(3)上设置有与多个弹性卡爪(62)外壁相适配的凹腔；阀芯(3)的外壁与衬套(5)的内壁相适配，且两者之间设置有密封件(2)；

所述弹性组件包括弹簧座(9)与压缩弹簧(4)；所述弹簧座(9)靠近出口端固定设置，所述压缩弹簧(4)沿轴向设置，一端设置在弹簧座(9)上，另一端与阀芯(3)连接，用于压紧阀芯(3)；

所述阀芯(3)的行程大于衬套(5)与阀芯(3)密封段的长度。

2.根据权利要求1所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于:所述弹性卡爪(62)远离入口端的端部内侧设置有凸起，所述连接杆(72)靠近安装杆(74)一侧的端面设置有与凸起配合的第二倒角。

3.根据权利要求2所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于:所述凸起径向尺寸X大于等于0.2mm小于等于0.5mm；所述第二倒角的取值为15°～30°。

4.根据权利要求3所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于:所述弹簧座(9)上还设置有与压缩弹簧相适配的弹簧导向筒(10)；所述弹簧导向筒(10)的外壁与所述阀芯(3)的内壁相适配；所述弹簧座(9)的中部开设有排气孔(91)。

5.根据权利要求4所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于:所述尾杆(71)的外径B的取值为A-2X。

6.根据权利要求1-5任一所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于:所述壳体(1)内壁沿圆周方向设置有限位台(11)；所述衬套(5)靠近入口端的端部外侧沿圆周方向设置有环形凸台(51)；所述衬套(5)的环形凸台(51)与限位台(11)相适配，并通过压紧螺母(8)固定在壳体(1)内。

7.根据权利要求6所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于：所述弹性卡爪(62)的数量为偶数，且轴对称设置。

8.根据权利要求7所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于：所述至少三个支杆(612)沿卡环(611)周向均布。

9.根据权利要求8所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于：所述衬套(5)外壁与壳体(1)内壁之间的密封件(2)、阀芯(3)外壁与衬套(5)内壁之间的密封件(2)均为O形橡胶密封圈。

10.根据权利要求9所述一种具有自锁功能的单向阀门，其特征在于：

所述多个弹性卡爪(62)围绕卡环(611)的中心通孔设置，整体外形为锥台型，且相邻弹性卡爪(62)之间为矩形缺口；

或者，所述多个弹性卡爪(62)围绕卡环(611)的中心通孔设置，整体外形为圆台型，且相邻弹性卡爪(62)之间为梯形缺口。