CN109458460A - 高压空气流量控制活门 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压空气流量控制活门，包括输气管和安装于该输气管上的蝶阀，还包括：气动作动器，其上连接有压力控制管，所述气动作动器能够通过连杆驱动蝶阀在全开和全关位置之间转动；压力调节装置，其可通过压力控制管调节进入气动作动器内的气压大小。通过简单的结构即可实现输气管流量的调节，同时通过调节装置实现多重压力调节保护，使装置具有较宽的压力使用范围，整体零部件较少，具有更高的可靠性和准确性，且便于后期保养维修，其成本相对较低。

Description

高压空气流量控制活门
技术领域
本发明涉及飞机引气系统流量调节技术领域，具体涉及一种高压空气流量控制活门。
背景技术
引气系统对飞机内部客舱压力、温度、防冰、发动机推力等调节起着至关重要的作用，流量控制活门是引气系统中重要的部件，通过流量控制活门调整气体流量，从而实现压力温度等参数的调节，现有技术中，流量控制活门中大多采用全气体控制方式或纯机械控制方式，其控制结构复杂，可靠性不高，容易发生非指令关断故障，且产品的使用范围狭窄，维修成本相对较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种高压空气流量控制活门，简化整体结构，提高可靠性，降低后期保养维修成本。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种高压空气流量控制活门，包括输气管和安装于该输气管上的蝶阀，其关键在于，还包括：
气动作动器，其上连接有压力控制管，所述气动作动器能够通过连杆驱动蝶阀在全开和全关位置之间转动；
压力调节装置，其可通过压力控制管调节进入气动作动器内的气压大小。
采用以上方案，通过气动动作器配合连杆对蝶阀的开度进行调节，而采用压力调节装置实现气动动作器供给压力大小的调整，从而达到简化流量调节机构，减少零部件，提高其可靠性的目的，同时还便于后期的保养维修。
作为优选：所述压力调节装置包括压力调节器和力矩马达，所述压力调节器内设有右内腔，并在其两侧分别设有与右内腔连通的压力输入口和通气孔A，通过所述压力输入口可向右内腔内送入高压气体，右内腔内设有阀板，所述力矩马达经传动机构与阀板相连；
所述阀板具有初始位置和最大位置两个位置，当阀板处于初始位置时，其一侧刚好将压力输出口堵住，蝶阀处于全关状态，当阀板处于最大位置时，压力输出口与右内腔完全连通，输入气动作动器的压力最大，蝶阀处于全开状态，改变力矩马达的输入电流值大小，可使阀板在初始位置和最大位置之间移动，从而调整蝶阀的开度。
采用以上方案，通过力矩马达与压力调节器的配合实现对气动动作器供给压力的调节，即电控气动的方式，其压力调整更灵活且准确可靠。
作为优选：所述通气孔A的位置高于压力输入口的位置，阀板左右边两端对应压力输入口和通气孔A分别设有下凸缘和上凸缘，阀板的厚度为h，当阀板处于初始位置时，阀板的上表面与压力输入口的上沿齐平，下凸缘的端面比压力输入口的下沿低，上凸缘的端面比通气孔A的上沿低；
当阀板在力矩马达的驱动下移动h/2时，下凸缘的端面与压力输入口的下沿齐平，所述通气孔A被上凸缘堵住，当阀板继续朝最大位置移动过程中，压力输入口与右内腔连通面积逐渐增大，而通气孔A一直处于封堵状态。
采用上述结构的阀板，主要依靠下凸缘和上凸缘的厚度来实现压力输入口和通气孔A与右内腔连通面积的调整，以此调整右内腔的压力，其结构简单，构思巧妙，有利于降低调节装置的生产制造成本，也便于安装。
作为优选：所述气动作动器内设有活塞A，所述活塞A通过复位弹簧A支撑在气动作动器的中空内腔，并将气动作动器的中空内腔分隔成上腔和下腔，其中上腔通过压力控制管与右内腔连通，下腔通过通气孔B与环境大气连通，所述连杆包括相互铰接的上连杆和下连杆，其中上连杆的活动端与活塞A铰接，下连杆的活动端与蝶阀的调节杆固连。采用以上方案，通过连杆将活塞的直线运动转换成蝶阀的旋转运动，提高驱动蝶阀转动的可靠性，且驱动相对结构灵活简单，便于实现。
作为优选：所述压力调节器还包括左内腔，所述左内腔包括左上腔、左下腔以及连接左上腔和左下腔的滑动通道，所述左上腔内设有活塞头，该活塞头与左上腔的顶壁之间设有复位弹簧B，所述活塞头的底部设有活塞杆，所述活塞杆经滑动通道伸入左下腔中，其下端端部设有堵头；
所述左下腔经引气管与输气管的上游连通，滑动通道经输压管与压力输入口连通。
采用以上方案，可对进入右内腔的的气压进行有效控制，压力在正常设计范围内时，引气管引入的气压可直接进入右内腔为气动作动器提供气压，而当引入的气压突然增大到极限值时，堵头则可将滑动通道下端堵住，避免高气流进入右内腔内，此时气动作动器不能工作，这样蝶阀处于全关状态，可避免过高气压对下游设备造成损坏，可为下游的设备起到保护作用。
作为优选：所述堵头呈锥状结构，滑动通道的下端端部为与堵头相适应的锥形口。采用以上方案，这样气压在增大过程中，首先克服复位弹簧B的作用力之后，活塞头慢慢朝上移动过程中，堵头与滑动通道下端锥形口配合，可逐渐缩小进入右内腔的气量，实现压力调整。
作为优选：所述压力调节器内设有泄压管，该泄压管的一端与输压管连通，另一端与左上腔的上部连通，且左上腔的顶部设有泄压孔，所述泄压管上设有单向阀A。采用以上方案，通过选择单向阀A的打开压力，这样当左下腔内的压力过大时，部分气流可进入右内腔内，另一部分则可顶开单向阀A，通过泄压管和泄压孔进行泄压，这样即可进一步提高装置工作的设计压力，实现动态的压力平衡，同时多重保护，提高可靠性。
作为优选：所述引气管上设有单向阀B。采用以上方案，有利于保证右内腔内压力的平稳性，防止环境气流对输气管造成影响，保证输气管内洁净度。
作为优选：还包括控制器和微动开关，所述力矩马达和微动开关均与控制器相连，所述微动开关还与蝶阀连接，其用于向控制器反馈蝶阀的位置信息。通过微动开关返回蝶阀的位置状态，便于控制器向力矩发达出电流大小控制指令，以此进一步精准快速调节蝶阀的开度。
作为优选：所述活塞A与气动作动器的中空内腔壁之间设有O型密封圈。采用以上方案，有利于充分保证上腔的密闭性，从而确保气压值与活塞A移动的距离对应准确，提高调节的准确性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的高压空气流量控制活门，通过简单的结构即可实现输气管流量的调节，同时通过调节装置实现多重压力调节保护，使装置具有较宽的压力使用范围，整体零部件较少，具有更高的可靠性和准确性，且便于后期保养维修，其成本相对较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为压力调节器的结构示意图；
图3为图1中A-A处剖面图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
参考图1至图3所示的高压空气流量控制活门，主要包括气动作动器3、压力调节装置和输气管1，输气管1上安装有用于控制流量的蝶阀2，本实施例中主要以电控气动的方式实现蝶阀2的开度的控制，其中气动作动器3具有中空内腔，在中空内腔内弹性设置有活塞A30，活塞A30又通过连杆4与蝶阀2的调节杆相连，这样当活塞A30在中空内腔内直线滑动时，即可通过连杆4带动蝶阀2发生转动，而活塞A30移动的动力源为气压，故气动作动器3上连接有压力控制管36，压力控制管36与高压气源连接，通过压力控制管36可向气动动作器3提供气源压力以驱动活塞A30直线滑动。
如图所示，活塞A30通过复位弹簧A34弹性支撑在其中空内腔的底壁上，活塞A30的大小与中空内腔的截面相适应，将气动作动器3的中空内腔分隔成相对独立的两个腔室，分别为上腔31和下腔32，两个腔室的空间大小不定，随活塞A30的移动而随之改变，但是两个腔室的气压不连通，因为为保证两个腔室的相对密封性，在活塞A30的侧壁上套设有O型密封圈35。
压力控制管36与上腔31连通，且当复位弹簧A34处于自然状态时，活塞A30处于最高位置，但其位置比压力控制管36与上腔31相互连通的位置低，下腔32侧壁靠近底部的位置设有通气孔B33，通气孔B33与环境气压连通，这样当压力控制管36朝上腔31内送入高压气体时，则可推动活塞A30克服复位弹簧A34的弹力朝下移动，从而带动连杆4动作。
本实施例中连杆4主要包括相互铰接的上连杆和下连杆，其中上连杆的上端与活塞A30的底部连接，下连杆的活动端则与蝶阀2的调节杆固定连接，这样当活塞A30直线运动时，则可通过连杆4带动蝶阀2的调节杆转动，从而调整蝶阀2的开度，在安装时，上连杆从下腔32的底部穿出，注意在穿出位置预留较宽的活动窗口，为上连杆的摆动提供足够的活动范围。
本申请的压力调节装置主要包括压力调节器5和力矩马达6，二者相互配合，实现电控气动，如图所示，压力调节器5内靠近右侧的位置设有右内腔5a，并在右内腔5a的两侧侧壁上分别开设有与其连通的压力输入口50和通气孔A51，通过压力输入口50可向右内腔5a内送入高压气体，右内腔5a内设有阀板52，力矩马达6经传动机构7与阀板52相连，本实施例中的传动机构7可直接采用钢索或齿轮传动机构，钢索易于实现成本较低，齿轮传动机构传动更稳定准确，可根据实际需要进行选择。
其中阀板52在力矩马达6的驱动下具有初始位置和最大位置两个位置，并可在两个位置之间往复移动，当阀板52处于初始位置时，其一侧刚好将压力输出口50堵住，蝶阀2处于全关状态；当阀板52处于最大位置时，压力输出口50与右内腔5a完全连通，输入气动作动器3的压力最大，蝶阀2处于全开状态，改变力矩马达6的输入电流值的大小时，则可使阀板52在初始位置和最大位置两个位置之间来回移动，从而调整蝶阀2的开度。
右内腔5a的底部通过压力控制管36与上腔31连通，阀板52的大体结构呈横置的Z形，如图所示，其左端对应压力输出口50的位置具有竖直向下延伸的下凸缘520，下凸缘520的宽度大于压力输出口50的最大宽度，通气孔A51的位置比压力输出口50的位置高，阀板52的左端对应通气孔A51的位置设有竖直朝上延伸的上凸缘521，同样的，上凸缘521的宽度大于通气孔A51的最大宽度，且阀板52的横截面积比右内腔5a的横截面积小，这样右内腔5a上下两部分相互连通，压力相等，当阀板52处于初始位置时，阀板52上表面与压力输出口50的上沿齐平或略高，而下凸缘520的端面比压力输出口50的下沿低，从而实现对压力输出口50的封堵，此时上凸缘521的端面比通气孔A51的上沿低，右内腔5a实则与外部环境气压连通，即上腔31与外部环境气压连通。
假设阀板52的厚度为h，根据需要对下凸缘520和上凸缘521的延伸长度做设计，当力矩马达6带动阀板52上移h/2时，阀板52的左端通过下凸缘520即可将压力输出口50完全封堵，同时其右端通过上凸缘521将通气孔A51完全封堵，且注意此时，下凸缘520的端面与压力输出口50的下沿齐平，而阀板52下表面与通气孔A51下沿之间的距离大于或等于压力输出口50的高度，这样当阀板52继续上移时，压力输出口50慢慢打开直至全部露出来达到最大位置，而此过程中通气孔A51始终处于封闭状态，右内腔5a内供入的气压也逐渐增大，同时供给上腔31的气压也逐渐增大，蝶阀2在连杆4的带动下也从全关转动到全开位置。
本申请中位充分保证蝶阀2的下游设备，避免过高气压对下游设备造成损坏，故在压力调节器5的左侧还设有左内腔5b，以此设置保护结构，并采用直接从输气管1上引入高压气源的结构，同时可对输气管1的气体压力起到监测效果并快速做出反应，其具体如图所示：
左内腔5b包括左上腔5b0、左下腔5b1以及连接左上腔5b0和左下腔5b1的滑动通道5b2，三者均呈中空圆柱状，且三者同轴设置，左上腔5b0的直径≥左下腔5b1的直径≥滑动通道5b2的直径，本实施例中左上腔5b0的直径大于左下腔5b1的直径，且远大于滑动通道5b2的直径。
左上腔5b0内设有活动设有与其相适应的活塞头53，该活塞头53与左上腔5b0的顶壁之间设有复位弹簧B54，活塞头53的底部设有活塞杆55，活塞杆55经滑动通道5b2伸入左下腔5b1中，其下端端部设有堵头56，左下腔5b1经引气管10与输气管1的上游(指处于蝶阀2的上游)连通，滑动通道5b2经输压管57与压力输入口50连通，正常情况下，输气管1内的气流则可经引气管10进入左下腔5b1内，再依次经过滑动通道5b2、输压管57和压力输入口50后进入右内腔5a内。
本实施例中堵头56呈锥状结构，滑动通道5b2的下端端部为与堵头56相适应的锥形口，当经引气管10进入左下腔5b1内的压力开始增大时，则可通过活塞杆55推动活塞头53克服复位弹簧B54的弹力，使活塞头53朝上移动，同时堵头56与滑动通道5b2下端的锥形口配合，则相对减少进入滑动通道5b2的通气面积，从而减小输入右内腔5a气流压力值，当引入的气压极高时，则可使堵头56将滑动通道5b2下端的锥形口完全封堵，从而暂停朝右内腔5a输入秋流压力，保持蝶阀2处于全关状态，以此达到保护下游设备的目的。
在此基础之上，本申请中为充分提高活门的使用范围以及活门自身可承受的压力，故在压力调节器5内还设有泄压管58，如图所示，泄压管58的下端与输压管57连通，上端与左上腔5b0的上部连通，且左上腔5b0的顶部设有泄压孔59，左上腔5b0内在活塞头53上部的空间通过泄压孔59与外部大气环境连通，且注意泄压管58与左上腔5b0的连通位置高度，确保即使堵头56将将滑动通道5b2下端的锥形口完全封堵时，泄压管58与左上腔5b0的连通位置仍高于活塞头53.
泄压管58上设有单向阀A580，单向阀A580的顶开压力根据需要进行计算选择，这样当左下腔5b1内压力增高到一定值时，一部分气流可通过压力输入口50进入右内腔5a中，另一部则通过泄压管58分流，将单向阀A580顶开之后，流入左上腔5b0的上部，并通过泄压孔59排出，实现泄压，借此可提高堵头56将将滑动通道5b2下端的锥形口完全封堵所需的极限压力，从而扩大使用范围。
引气管10上设有单向阀B100，通过单向阀B100可避免环境气流直接与输气管1连通，对输送气压或下游设备造成影响，提高装置的可靠性和安全系数。
本申请中还包括控制器、微动开关8和接线端子，力矩马达6通过电缆与接线端子连接，接线端子与控制器连接，控制器可通过接线端子发送供给力矩马达6的电流大小指令，而微动开关8则通过电缆与蝶阀2连接，并且设有全开和全关位置信号采集，同时微动开关8又通过接线端子与控制器连接，当蝶阀2处于全开和全关位置时，均可通过微动开关8向控制器反映位置信号，从而使控制器向力矩马达6发出正确的电流指令。
参考图1至图3，阀板52处于初始状态时，其将左侧的压力输出口50堵住，右内腔5a与上腔31与外界大气压相连，蝶阀2处于全关状态，当下游需要供给高压气流时，则根据需要计算出蝶阀2的开度，再将其转换成力矩马达6所需的电流，力矩马达6在电流作用下，阀板52朝上移动，通气孔A51被封堵，引入气流进入上腔31内，从而带动活塞A30向下滑动，通过连杆4则带动蝶阀2打开至预定的位置，当供给力矩马达6的电流达到最大值时，活塞A30移动到最低位置，则可使蝶阀2达到全开状态。
当蝶阀2达到全开或全关时，通过微动开关8则可向控制器反应其位置信号，以便控制器向力矩马达6传输更新的电流指令，可以更好的实现蝶阀2位置控制。
最后需要说明的是，上述描述仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压空气流量控制活门，包括输气管(1)和安装于该输气管(1)上的蝶阀(2)，其特征在于，还包括：
气动作动器(3)，其上连接有压力控制管(36)，所述气动作动器(3)能够通过连杆(4)驱动蝶阀(2)在全开和全关位置之间转动；
压力调节装置，其可通过压力控制管(36)调节进入气动作动器(3)内的气压大小。
2.根据权利要求1所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述压力调节装置包括压力调节器(5)和力矩马达(6)，所述压力调节器(5)内设有右内腔(5a)，并在其两侧分别设有与右内腔(5a)连通的压力输入口(50)和通气孔A(51)，通过所述压力输入口(50)可向右内腔(5a)内送入高压气体，右内腔(5a)内设有阀板(52)，所述力矩马达(6)经传动机构(7)与阀板(52)相连；
所述阀板(52)具有初始位置和最大位置两个位置，当阀板(52)处于初始位置时，其一侧刚好将压力输出口(50)堵住，蝶阀(2)处于全关状态，当阀板(52)处于最大位置时，压力输出口(50)与右内腔(5a)完全连通，输入气动作动器(3)的压力最大，蝶阀(2)处于全开状态，改变力矩马达(6)的输入电流值大小，可使阀板(52)在初始位置和最大位置之间移动，从而调整蝶阀(2)的开度。
3.根据权利要求2所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述通气孔A(51)的位置高于压力输入口(50)的位置，阀板(52)左右边两端对应压力输入口(50)和通气孔A(51)分别设有下凸缘(520)和上凸缘(521)，阀板(52)的厚度为h，当阀板(52)处于初始位置时，阀板(52)的上表面与压力输入口(50)的上沿齐平，下凸缘(520)的端面比压力输入口(50)的下沿低，上凸缘(521)的端面比通气孔A(51)的上沿低；
当阀板(52)在力矩马达(6)的驱动下移动h/2时，下凸缘(520)的端面与压力输入口(50)的下沿齐平，所述通气孔A(51)被上凸缘(521)堵住，当阀板(52)继续朝最大位置移动过程中，压力输入口(50)与右内腔(5a)连通面积逐渐增大，而通气孔A(51)一直处于封堵状态。
4.根据权利要求2所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述气动作动器(3)内设有活塞A(30)，所述活塞A(30)通过复位弹簧A(34)支撑在气动作动器(3)的中空内腔，并将气动作动器(3)的中空内腔分隔成上腔(31)和下腔(32)，其中上腔(31)通过压力控制管(36)与右内腔(5a)连通，下腔(32)通过通气孔B(33)与环境大气连通，所述连杆(4)包括相互铰接的上连杆和下连杆，其中上连杆的活动端与活塞A(30)铰接，下连杆的活动端与蝶阀(2)的调节杆固连。
5.根据权利要求2所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述压力调节器(5)还包括左内腔(5b)，所述左内腔(5b)包括左上腔(5b0)、左下腔(5b1)以及连接左上腔(5b0)和左下腔(5b1)的滑动通道(5b2)，所述左上腔(5b0)内设有活塞头(53)，该活塞头(53)与左上腔(5b0)的顶壁之间设有复位弹簧B(54)，所述活塞头(53)的底部设有活塞杆(55)，所述活塞杆(55)经滑动通道(5b2)伸入左下腔(5b1)中，其下端端部设有堵头(56)；
所述左下腔(5b1)经引气管(10)与输气管(1)的上游连通，滑动通道(5b2)经输压管(57)与压力输入口(50)连通。
6.根据权利要求5所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述堵头(56)呈锥状结构，滑动通道(5b2)的下端端部为与堵头(56)相适应的锥形口。
7.根据权利要求5或6所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述压力调节器(5)内设有泄压管(58)，该泄压管(58)的一端与输压管(57)连通，另一端与左上腔(5b0)的上部连通，且左上腔(5b0)的顶部设有泄压孔(59)，所述泄压管(58)上设有单向阀A(580)。
8.根据权利要求7所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述引气管(10)上设有单向阀B(100)。
9.根据权利要求1所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：还包括控制器和微动开关(8)，所述力矩马达(6)和微动开关(8)均与控制器相连，所述微动开关(8)还与蝶阀(2)连接，其用于向控制器反馈蝶阀(2)的位置信息。
10.根据权利要求4所述的高压空气流量控制活门，其特征在于：所述活塞A(30)与气动作动器(3)的中空内腔壁之间设有O型密封圈(35)。
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