CN110939762A - 一种具有安全泄压功能的减压调节阀 - Google Patents

一种具有安全泄压功能的减压调节阀 Download PDF

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Abstract

为了解决现有减压调节阀在出口处单独设置定压开启安全阀实现超压气体排放时，存在泄压压力与减压调节阀出口工作压力匹配性不高、易误开启与滞后开启，以及阀门整体体积大的技术问题，本发明提供了一种具有安全泄压功能的减压调节阀，在敏感活塞内置安全泄压组件，安全泄压组件中的安全泄压阀芯与敏感活塞同步运动，泄压无滞后，系统安全性高；安全泄压组件与主阀芯共用一个主弹簧，结构更紧凑；并且安全泄压组件采用逆向开启非金属软密封结构，不存在低于开启压力泄漏的情况，密封稳定性更好、力学环境适应性更高。

Description

一种具有安全泄压功能的减压调节阀
技术领域
本发明涉及一种具有安全泄压功能的减压调节阀，超压后能够及时安全泄压，适用于弹箭星船恒压增压输送、吹除配气等各类航天推进系统中。
背景技术
减压调节阀的功能是将气瓶内的高压气体减压，并在入口压力变化、出口流量变化的情况下维持出口压力相对稳定，常用于航天推进系统。现有的减压调节阀，在阀出口处设置单独的定压开启安全阀，使超压后的气体通过定压开启安全阀排放，存在如下问题：
1)定压开启安全阀开启压力为定值，该压力与减压调节阀出口压力匹配性不高，存在误开启与滞后开启的问题；
2)现有定压开启安全阀为独立结构，体积大、重量大，力学环境适应性不高。
3)气体压力快速加载在减压调节阀入口时，减压调节阀出口会有较大的瞬时超调，不利用调节系统的快速稳定；
发明内容
为了解决现有技术在减压调节阀出口处单独设置定压开启安全阀实现超压气体排放时，存在泄压压力与减压调节阀出口工作压力匹配性不高、易误开启与滞后开启，以及阀门整体体积大的技术问题，本发明提供了一种具有安全泄压功能的减压调节阀，具有泄压与工作压力匹配性高、泄压无滞后、结构紧凑的特点。
本发明的技术方案是：
一种具有安全泄压功能的减压调节阀，包括阀体、入口接管嘴、卸荷组件、主阀芯、复位弹簧、敏感活塞、主弹簧、第一弹簧压盖和阀座；
其特殊之处在于：
所述敏感活塞为中空结构，一端开口，另一端封闭；在敏感活塞的封闭端中部开设有泄压通孔；
还包括安全泄压装置；
安全泄压装置包括设置在所述敏感活塞内部的安全泄压组件和设置在所述阀座上、与安全泄压组件的位置相对应的调节限位螺钉；
安全泄压组件包括从上至下依次设置的第二弹簧压盖、泄压弹簧和安全泄压阀芯；第二弹簧压盖的上端与所述主阀芯接触，第二弹簧压盖的腔体容纳并可压缩泄压弹簧；安全泄压阀芯的上部与泄压弹簧接触，下部穿过所述泄压通孔；安全泄压阀芯可在一定行程内与敏感活塞同步运动；
在所述泄压通孔的内侧壁上部与安全泄压阀芯配合处设置有锥面，在减压调节阀正常工作时，安全泄压阀芯被所述泄压弹簧压紧在所述泄压通孔的锥面处，并形成有效密封；
所述调节限位螺钉与安全泄压阀芯之间的间隙可调。
进一步地，还包括设置在所述入口接管嘴内的缓冲限流组件；缓冲限流组件包括缓冲阀芯和缓冲弹簧，其中，缓冲弹簧的位置更靠近入口接管嘴的入口端；缓冲阀芯与入口接管嘴之间还设置有密封圈A和密封圈B，密封圈A的位置靠近缓冲弹簧；密封圈B的密封面积大于密封圈A的密封面积，且二者的密封面积差应满足：阀门最低入口工作压力×密封面积差＞缓冲弹簧的弹力；缓冲阀芯的侧壁上开设有多个倾斜的通流孔，通流孔总的当量直径大于阀体的流道直径；缓冲阀芯的出口端设置有直径为0.2-0.5mm的限流孔。
进一步地，所述多个通流孔沿同一圆周均布设置。
进一步地，所述卸荷组件设置在阀体内；卸荷组件的底部设置有由内安装槽和外安装槽组成的环形安装槽；主阀芯设置内安装槽内，并可沿卸荷组件轴向相对运动；复位弹簧设置在外安装槽内；复位弹簧设置在外安装槽内，复位弹簧的一端与外安装槽的底部接触，复位弹簧的另一端与主阀芯的径向外伸部接触；所述主阀芯与阀体上的锥面、卸荷组件组成了卸荷式节流密封副结构。
进一步地，所述主弹簧设置在阀座上，并通过第一弹簧压盖压紧限位；第一弹簧压盖套设在敏感活塞外，第一弹簧压盖底部与敏感活塞底部接触，第一弹簧压盖的翻边与主弹簧的上端接触。
进一步地，在主弹簧的下端与阀座之间安装有润滑片，润滑片为表面光滑的钢片。
进一步地，在主弹簧的侧壁与阀座的侧壁之间设置有弹簧外套。
进一步地，在弹簧外套外设置有锁紧螺母，且锁紧螺母位于阀体与阀座之间。
进一步地，主阀芯下部安装有与阀体配合实现密封的第一塑料环；安全泄压阀芯的下部安装有与敏感活塞的泄压通孔配合实现密封的第二塑料环。
进一步地，第一塑料环与阀体之间为锥面配合；第二塑料环与泄压通孔之间为锥面配合。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果是：
1、本发明中敏感活塞内置安全泄压组件，安全泄压组件中的安全泄压阀芯与敏感活塞同步运动，泄压无滞后，系统安全性高。
2.本发明中安全泄压组件与敏感活塞联动，通过调整调节限位螺钉与安全泄压阀芯之间的间隙即可实现泄压与工作压力的良好匹配，调试方便，压力匹配性高。
3、本发明将安全泄压组件集成在敏感活塞内部，借用减压调压主弹簧，省去了安全泄压组件的承载弹簧，结构紧凑。
4、本发明在阀体入口接管嘴内部设置了分级开启的缓冲限流组件，快速加载时，可以实现出口压力平稳上升，零超调。
5、本发明中的缓冲限流组件仅在高压快速加载启动过程中工作，平稳工作时处于全开状态，无附加流阻，结构推广扩展性强。
6、传统的定向开启安全阀一般采用正向开启结构，即阀芯开启方向与气流流动方向相同(譬如设置为2MPa开启，但当1.8MPa时已经开始微小气泡级别泄漏，1.9MPa开始连续鼓泡有明显的气流声，2.0MPa开启大流量排气)。本发明中的安全泄压组件采用逆向开启非金属软密封结构，即阀芯开启方向与气流流动方向相反，开启精准，不存在低于开启压力的情况下存在泄漏的情况，密封稳定性更好、力学环境适应性更高。
7.本发明中主阀芯采用塑料阀座压合结构和锥面密封结构，密封可靠性高，提高了生产加工工艺；相比传统密封非金属冷或热压合、粘接或滚边锁紧结构，采取螺纹压接装配，实现密封，减少了密封零部件的生产环节，降低了生产难度，提高了密封性。
附图说明
图1为本发明减压调节阀的结构示意图。
图2为本发明中可变限流缓冲组件的结构示意图。
图3为本发明中安全泄压组件的结构示意图。
附图标号说明：
1-阀体，2-主阀芯，21-第一塑料环，3-缓冲阀芯，31-通流孔，32-限流孔，4-敏感活塞，41-泄压通孔，5-安全泄压阀芯，51-第二塑料环，6-调节限位螺钉，7-主弹簧，8-缓冲弹簧，9-复位弹簧，10-卸荷组件，11-弹簧外套，12-锁紧螺母，13-第二弹簧压盖，14-密封圈A，15-密封圈B，16-入口接管嘴，17-泄压弹簧，18-润滑片，19-第一弹簧压盖，20-阀座。
具体实施方式
如图1所示，本发明的减压调节阀包括阀体1、入口接管嘴16、缓冲限流组件、卸荷组件10、主阀芯2、复位弹簧9、敏感活塞4、安全泄压装置、调节限位螺钉6、主弹簧7、弹簧外套11、锁紧螺母12。
入口接管嘴16设置在阀体1上游的介质入口处，并与阀体1相连接。
如图2所示，缓冲限流组件设置在入口接管嘴16内，包括缓冲阀芯3和缓冲弹簧8，其中，缓冲弹簧8的位置更靠近入口接管嘴16的入口端；缓冲阀芯3与入口接管嘴16之间还设置有密封圈A 14和密封圈B 15，密封圈A 14的位置靠近缓冲弹簧8，密封圈B 15的位置靠近阀体1。
密封圈B 15的密封面积大于密封圈A 14的密封面积，且二者的密封面积差应满足：阀门最低入口工作压力×密封面积差＞缓冲弹簧8的弹力，以确保缓冲阀芯3在稳态工作过程中能够维持开启状态。
缓冲阀芯3的侧壁上开设有多个倾斜的通流孔31，通流孔31总的当量直径大于阀体1的流道直径，以保证在稳定工作状态下的流入下游的介质流量；缓冲阀芯3的出口端(即缓冲阀芯3上靠近阀体1的端部)设置有直径为0.2-0.5mm的限流孔32，在阀门设计阶段通过调整限流孔32的直径D，可精确控制缓冲阀芯3出口介质压力的上升斜率，实现平稳上升，使得入口工作介质缓慢流入阀体1的下游。限流孔32经过喉部后设置成扩张结构，使得限流效果一致性高。
初始状态时，缓冲弹簧8将缓冲阀芯3与阀体1贴合，并在初始加载过程中维持该贴合状态；稳态工作过程中，介质压力作用在密封圈A 14和密封圈B15形成的不平衡面积上，确保缓冲阀芯3在稳态工作过程中能够维持开启状态。
卸荷组件10设置在阀体1内；卸荷组件10的底部设置有由内安装槽和外安装槽组成的环形安装槽；主阀芯2设置内安装槽内，并可沿卸荷组件10轴向相对运动；主阀芯2与阀体1锥面相接触的位置安装有第一塑料环21，第一塑料环21的外侧壁与阀体1上的锥面相匹配；复位弹簧9设置在外安装槽内；复位弹簧9设置在外安装槽内，复位弹簧9的一端与外安装槽的底部接触，复位弹簧9的另一端与主阀芯2的径向外伸部接触；主阀芯2采用螺纹旋压，并和阀体1上的锥面、卸荷组件10组成了卸荷式节流密封副结构，确保在复位弹簧9的作用下可靠密封。
敏感活塞4为中空结构，一端开口，另一端封闭；在敏感活塞4的封闭端中部开设有泄压通孔41。
如图3所示，安全泄压装置包括设置在敏感活塞4内部的安全泄压组件和设置在阀座20上、与安全泄压组件的位置相对应的调节限位螺钉6；安全泄压组件包括从上至下依次设置的第二弹簧压盖13、泄压弹簧17和安全泄压阀芯5；第二弹簧压盖13的上端与主阀芯2接触，第二弹簧压盖13的腔体容纳并可压缩泄压弹簧17；安全泄压阀芯5的上部与泄压弹簧17接触，下部穿过敏感活塞4封闭端的泄压通孔41；安全泄压阀芯5可在一定行程内与敏感活塞4同步运动；在敏感活塞4封闭端的泄压通孔41的内侧壁上部与安全泄压阀芯5配合处设置有锥面，安全泄压阀芯5的下部安装有外侧壁与泄压通孔41内侧壁锥面匹配的第二塑料环51；在减压调节阀正常工作时，安全泄压阀芯5被泄压弹簧17压紧在泄压通孔41的锥面处，安全泄压阀芯5上的第二塑料环51并可与泄压通孔41处的锥面形成有效密封。通过调整调节限位螺钉6与安全泄压阀芯5之间的间隙H控制即可实现泄压与工作压力的良好匹配，调试过程简单。
主弹簧7设置在阀座20上，并通过第一弹簧压盖19压紧限位；第一弹簧压盖19套设在敏感活塞4外，第一弹簧压盖19底部与敏感活塞4底部接触，第一弹簧压盖19的翻边与主弹簧7的上端接触；在主弹簧7的下端与阀座20之间安装有润滑片18，润滑片18为表面光滑的钢片，用于减少主弹簧7端部的磨损；在主弹簧7的侧壁与阀座20的侧壁之间设置有弹簧外套11；弹簧外套11用于调节主弹簧7的初始安装高度保证额定出口压力。
锁紧螺母12设置在弹簧外套11外，并位于阀体1与阀座20之间，用于保证在运输、周转、飞行等过程中，主弹簧7的安装高度不发生变化。
本发明实现安全泄压的原理：
本发明将安全泄压阀芯5内置在敏感活塞4内部，减压调节阀正常工作时，安全泄压阀芯5上的塑料与敏感活塞4封闭端泄压通孔41上的锥面形成有效密封。当减压调节阀出口压力异常升高时，敏感活塞4克服主弹簧7的弹力向下移动，安全泄压阀芯5在调节限位螺钉6的限位作用下无法继续下移，安全泄压阀芯5与敏感活塞4密封处开启出现泄漏，达到了精准泄压的目的。当气体泄压压力降低后，敏感活塞4在主弹簧7的弹力作用下向上移动，安全泄压阀芯5与敏感活塞4重新形成密封。通过旋拧调节限位螺钉6的相对位置，可以精确匹配安全泄压阀芯5开启与减压调节阀的出口工作压力。
本发明快速加载时，实现出口压力上升平稳，无超调的原理：
高压气体压力快速加载在本发明减压调节阀的入口时，气体只能通过预先设置的限流孔32流出，减压调节阀出口压力缓慢建立，压力平稳上升，无超调，同时缓冲阀芯3右侧内腔压力也在同步上升。当缓冲阀芯3右侧内腔压力升高至一定值时，缓冲阀芯3在该腔介质压力的作用下克服缓冲弹簧8的弹力和缓冲阀芯3与入口接管嘴6内壁之间的摩擦力，缓冲阀芯3开始向减压调节阀入口打开方向运动。缓冲阀芯3运动至减压调节阀入口完全打开后，缓冲阀芯3处不再节流，气体以零压差通过缓冲阀芯3供给到后路，此后缓冲阀芯3在介质力的作用下一直处于全开启状态。缓冲阀芯3初始的限流孔32和延迟打开的过程就减小了高压气体压力快速加载对减压阀启动过程的冲击，使减压阀工作相对平稳。

Claims (10)

1.一种具有安全泄压功能的减压调节阀，包括阀体(1)、入口接管嘴(16)、卸荷组件(10)、主阀芯(2)、复位弹簧(9)、敏感活塞(4)、主弹簧(7)、第一弹簧压盖(19)和阀座(20)；
其特征在于：
所述敏感活塞(4)为中空结构，一端开口，另一端封闭；在敏感活塞(4)的封闭端中部开设有泄压通孔(41)；
还包括安全泄压装置；
安全泄压装置包括设置在所述敏感活塞(4)内部的安全泄压组件和设置在所述阀座(20)上、与安全泄压组件的位置相对应的调节限位螺钉(6)；
安全泄压组件包括从上至下依次设置的第二弹簧压盖(13)、泄压弹簧(17)和安全泄压阀芯(5)；第二弹簧压盖(13)的上端与所述主阀芯(2)接触，第二弹簧压盖(13)的腔体容纳并可压缩泄压弹簧(17)；安全泄压阀芯(5)的上部与泄压弹簧(17)接触，下部穿过所述泄压通孔(41)；安全泄压阀芯(5)可在一定行程内与敏感活塞(4)同步运动；
在所述泄压通孔(41)的内侧壁上部与安全泄压阀芯(5)配合处设置有锥面，在减压调节阀正常工作时，安全泄压阀芯(5)被所述泄压弹簧(17)压紧在所述泄压通孔(41)的锥面处，并形成有效密封；
所述调节限位螺钉(6)与安全泄压阀芯(5)之间的间隙可调。
2.根据权利要求1所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：还包括设置在所述入口接管嘴(16)内的缓冲限流组件；缓冲限流组件包括缓冲阀芯(3)和缓冲弹簧(8)，其中，缓冲弹簧(8)的位置更靠近入口接管嘴(16)的入口端；
缓冲阀芯(3)与入口接管嘴(16)之间还设置有密封圈A(14)和密封圈B(15)，密封圈A(14)的位置靠近缓冲弹簧(8)；
密封圈B(15)的密封面积大于密封圈A (14)的密封面积，且二者的密封面积差应满足：阀门最低入口工作压力×密封面积差＞缓冲弹簧(8)的弹力；
缓冲阀芯(3)的侧壁上开设有多个倾斜的通流孔(31)，通流孔(31)总的当量直径大于阀体(1)的流道直径；缓冲阀芯(3)的出口端设置有直径为0.2-0.5mm的限流孔(32)。
3.根据权利要求1或2所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：所述多个通流孔(31)沿同一圆周均布设置。
4.根据权利要求3所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：
所述卸荷组件(10)设置在阀体(1)内；卸荷组件(10)的底部设置有由内安装槽和外安装槽组成的环形安装槽；主阀芯(2)设置内安装槽内，并可沿卸荷组件(10)轴向相对运动；复位弹簧(9)设置在外安装槽内；复位弹簧(9)设置在外安装槽内，复位弹簧(9)的一端与外安装槽的底部接触，复位弹簧(9)的另一端与主阀芯(2)的径向外伸部接触；
所述主阀芯(2)与阀体(1)上的锥面、卸荷组件(10)组成了卸荷式节流密封副结构。
5.根据权利要求4所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：
所述主弹簧(7)设置在阀座(20)上，并通过第一弹簧压盖(19)压紧限位；第一弹簧压盖(19)套设在敏感活塞(4)外，第一弹簧压盖(19)底部与敏感活塞(4)底部接触，第一弹簧压盖(19)的翻边与主弹簧(7)的上端接触。
6.根据权利要求5所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：
在主弹簧(7)的下端与阀座(20)之间安装有润滑片(18)，润滑片(18)为表面光滑的钢片。
7.根据权利要求6所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：
在主弹簧(7)的侧壁与阀座(20)的侧壁之间设置有弹簧外套(11)。
8.根据权利要求7所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：在弹簧外套(11)外设置有锁紧螺母(12)，且锁紧螺母(12)位于阀体(1)与阀座(20)之间。
9.根据权利要求8所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：主阀芯(2)下部安装有与阀体(1)配合实现密封的第一塑料环(21)；安全泄压阀芯(5)的下部安装有与敏感活塞(4)的泄压通孔(41)配合实现密封的第二塑料环(51)。
10.根据权利要求9所述的具有安全泄压功能的减压调节阀，其特征在于：第一塑料环(21)与阀体(1)之间为锥面配合；第二塑料环(51)与泄压通孔(41)之间为锥面配合。
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