CN111853308B - 一种带压力反馈控制的吹除阀 - Google Patents

一种带压力反馈控制的吹除阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带压力反馈控制的吹除阀，包括上阀体、调压组件、下阀体，以及阀芯；所述上阀体内设上阀腔，侧部设有与上阀腔连通的舷外海水接口；所述阀芯上部安装在上阀腔内，且阀芯上部与调压组件相连，调压组件推动阀芯轴向移动；所述下阀体内设下阀腔；所述下阀腔由连通的上腔体和下腔体构成；上腔体两侧分别设压缩空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口与下腔体连通；所述阀芯的下端穿过上腔体，与端盖相连；阀芯的外周面开设有可连通压缩空气进口的导流槽，与压缩空气进口末端的环形流道构成节流口。本发明的有益效果为：可根据外界海水压力和下阀腔内压缩空气压力，实时调节所述吹除阀的流通面，将原来供给的压缩空气减压至合适压力。

Description

一种带压力反馈控制的吹除阀
技术领域
本发明涉及水下航行器污水处理技术领域，具体涉及一种带压力反馈控制的吹除阀。
背景技术
水下航行器通过压力容器收集污水，其中的污水需定期吹除，吹除时通过向压力容器内注入压缩空气将污水压出。为保证在各个深度下均可进行吹除，航行器所用压缩空气一般要远高于实际吹除时的外界海水压力。现有截止阀无法根据吹除需要调节吹除供气压力，在较高压差下压缩空气排污时，高压吹除会产生流激结构噪声和喷射噪声，由于吹除速率较快，整个吹除时间过短，在容器吹空后会有较多的压缩空气伴随排出，形成空泡，造成水下瞬态辐射噪声大。因此，研究一种用于高压差条件下可减小瞬态辐射噪声的吹除阀显得非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种全机械式的高压差条件下可减小瞬态辐射噪声的带压力反馈控制的吹除阀。
本发明采用的技术方案为：一种带压力反馈控制的吹除阀，包括上阀体、调压组件、通过侧部螺柱与上阀体相连的下阀体，以及阀芯；所述上阀体内设上阀腔，侧部设有与上阀腔连通的舷外海水接口，用于引入海水；所述阀芯上部安装在上阀腔内，且阀芯上部与安装于上下阀体间的调压组件相连，调压组件在自舷外海水接口引入的海水作用下推动阀芯轴向移动；所述下阀体内设下阀腔；所述下阀腔由连通的上腔体和下腔体构成；上腔体两侧分别设压缩空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口与下腔体连通；所述阀芯的下端穿过上腔体，与设于下腔体的端盖相连；所述阀芯的外周面开设有可连通压缩空气进口的导流槽，与压缩空气进口末端的环形流道构成节流口；当端盖随阀芯轴向移动至上下腔体的连接处并封堵上腔体时，节流口与下腔体不连通；当端盖随阀芯轴向移动至远离上下腔体的连接处时，节流口与下腔体连通。
按上述方案，所述调压组件包括膜片、上压环和下压环；其中膜片设于上下阀体之间，并通过连接上下阀体的螺柱压紧；上下压环分别设于膜片两侧的上下阀体内；所述阀芯为变径结构，其上部芯段直径小于下部芯段直径；阀芯的上部芯段依次穿过下压环和上压环后与上阀体内的固定螺母连接，压紧上下压环；所述下压环的下表面与阀芯下部芯段的上端面压紧，上压环的上表面可与自舷外海水接口引入下阀体的海水接触。
按上述方案，所述吹除阀还增设有弹簧、隔离塞和调压螺栓，所述弹簧和隔离塞均设于上阀腔内，弹簧的下端与上压环的上表面相连，弹簧的上端与隔离塞相连，隔离塞与下端伸入上阀腔的调压螺栓相连，调压螺栓的上端与调压螺母相适配。
按上述方案，隔离塞配有防止海水外溢的密封圈。
按上述方案，所述导流槽有四组，分别沿阀芯下部外周面间隔开设；导流槽呈长圆形。
本发明的有益效果为：本发明所述吹除阀可根据外界海水压力和下阀腔内压缩空气压力，实时调节所述吹除阀的流通面，将原来供给的压缩空气减压至合适压力，保持阀腔内外压力动态平衡，用于水下航行器密封容器在吹除时，减少了供气压力和速率，降低吹除时的流激结构噪声和喷射噪声，同时在吹除结束后，密封容器内的残余压力与采用传统吹除阀相比更低，进行放气泄压时排出的气量减少。本发明所述吹除阀采用机械结构，结构紧凑，体积小，无需动力源，可手动调节压差范围：所述吹除阀可根据外部海水压力进行自适应调节，控制精度高，反馈灵敏，适用范围广；采用上下阀体组装形式，卸下上下阀体连接的螺栓便可一次拆开阀门、阀芯，易于拆装维修。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为实施例的工作原理图。
图3为本发明所述吹除阀用于中水下航行器排污系统的结构示意图。
其中：1、调压螺栓；2、上阀体；3、隔离塞；4、弹簧；5、阀芯；6、上压环；7、膜片；8、下压环；9、端盖；10、下阀体；11、底盖；12、螺柱；13、固定螺母；14、舷外海水接口；15、压缩空气进口；16、压缩空气出口；17、导流槽；18、端部螺栓；19、压缩气源；20、供气阀；21、吹除阀；22、密封容器；23、排出阀。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种带压力反馈控制的吹除阀21，包括上阀体2、调压组件、通过侧部螺柱12与上阀体2相连的下阀体10，以及阀芯5；所述上阀体2内设上阀腔，侧部设有与上阀腔连通的舷外海水接口14，用于引入海水；所述阀芯5上部安装在上阀腔内，且阀芯5上部与安装于上下阀体10间的调压组件相连，调压组件在自舷外海水接口14引入的海水作用下推动阀芯5轴向移动；所述下阀体10内设下阀腔，下阀腔的底部通过底盖11封闭；所述下阀腔由连通的上腔体和下腔体构成；上腔体两侧分别设压缩空气进口15和压缩空气出口16，其中压缩空气出口16与下腔体连通；所述阀芯5的下端穿过上腔体，与设于下腔体的端盖9相连并通过端部螺栓18压紧；所述阀芯5的下部外周面开设有连通压缩空气进口15的导流槽17，导流槽17与压缩空气进口15末端的环形流道构成节流口；当端盖9随阀芯5轴向移动至上下腔体的连接处并封堵上腔体时，节流口与下腔体不连通；当端盖9随阀芯5轴向移动至远离上下腔体的连接处时，节流口与下腔体连通；节流口与下腔体之间的流通截面随阀芯5轴向移动的位置而变化。当上阀腔连通外界海水，下阀腔的下腔体连通压缩空气后，上阀体2与下阀体10阀腔内的压力相同。
优选地，所述调压组件包括膜片7、上压环6和下压环8；其中膜片7设于上下阀体10之间，并通过连接上下阀体10的螺柱12压紧；上下压环分别设于膜片7两侧的上下阀体10内；所述阀芯5为变径结构，其上部芯段直径小于下部芯段直径；阀芯5的上部芯段依次穿过下压环8和上压环6后与上阀体2内的固定螺母13连接，压紧上下压环；所述下压环8的下表面与阀芯5下部芯段的上端面压紧，上压环6的上表面可与自舷外海水接口14引入下阀体10的海水接触。本发明中，所述膜片7为压力敏感元件，夹布橡胶(NBR)材料，该材料具有变形阻力小、响应灵敏等特点，膜片7受到外界海水压力变形，带动阀芯5移动，改变阀芯5与阀座之间的通流面积，进而控制通过阀口的气体流量和出口压力。
优选地，所述吹除阀21还增设有弹簧4、隔离塞3和调压螺栓1，所述弹簧4和隔离塞3均设于上阀腔内，弹簧4的下端与上压环6的上表面相连，弹簧4的上端与隔离塞3相连，隔离塞3配有密封圈，隔离塞3与下端伸入上阀腔的调压螺栓1相连，调压螺栓1的上端与调压螺母相适配。
本实施例中，所述上阀体2采用滑阀结构，调压螺栓1、上阀体2、隔离塞3、弹簧4、上压环6、膜片7、下压环8构成压差检测部分，阀体内腔与调压螺栓1、弹簧4、膜片7之间形成的上腔为压力控制腔。上下阀体10通过螺柱12连接，同时压紧膜片7；膜片7的变形带动阀芯5移动，调节所述吹除阀21的开口量来实现上下阀腔的压力平衡；膜片7两侧的上下压环通过阀芯5上部螺栓压紧，实现海水与压缩空气的隔离；膜片7上部设计弹簧4，通过调压螺栓1改变弹簧4的预压缩量，可以调节压差控制范围(可采用常规方法出厂时调试)；调压螺栓1与弹簧4安装隔离塞3，隔离塞3配有密封圈，防止海水外溢，调节过程中，隔离塞3仅作轴向运动。
本实施例中，所述阀芯5下部安装于下阀体10内，阀芯5下部外周面开设有四个长圆槽作为导流槽17，与压缩空气进口15末端的环形流道构成节流口；在膜片7上下压差及弹簧4力的作用下，膜片7带动阀芯5轴向运动，下阀体10端盖9开度随阀芯5的位置改变节流口大小，控制流过下阀腔流道截面大小，实现压缩空气减压，保持出进口压差稳定。
本实施例中，所述吹除阀21的上阀体2为调节模块，根据外界海水压力与下阀腔内的压缩空气压力，来进行调节所述吹除阀21的流通截面大小；下阀体10为供气模块，用于控制所述吹除阀21流通截面大小，将压缩空气减压至于外界海水压差为目标值。如图3所示为吹除阀21的工作原理示意图，其中压缩空气供气的压强为3.5MPa,吹除供气的吹除压力为pq(单位为MPa)，舷外海水的压力为ph(单位为MPa)，弹簧力为kx(其中，k为弹簧4的劲度系数；x为弹簧4的形变量，m)；平衡状态下满足kx/Am＝pq-ph。
如图3所示为本发明所述吹除阀21用于水下航行器排污的示意图。所述压缩气源19经供气阀20与所述吹除阀21的压缩空气进口15连通，所述定压吹除阀21的舷外海水接口14与外界海水连通；所述定压吹除阀21的压缩空气出口16与水下航行器的密封容器22相连，密封容器22的出口与排污管道连通，排污管道上连接排出阀23。通过定压差吹除阀21，向航行器携带的密封容器22内充压缩空气，经所述吹除阀21减压后，密封容器22内液体受空气挤压通过排出口排出至航行器外部，定压差吹除阀21调节受外界海水压力源影响，将阀后供气压力控制在与外界海水压力差值在0.2MPa～0.5MPa之间。
A、初始状态
初始状态下，所述吹除阀21上阀体2的上阀腔与外界海水连通，在海水压力作用和弹簧4的预紧压力下，膜片7上端受压带动阀芯5轴向下移，阀口端盖9随之下移，阀口处于完全开启状态。
B、开始吹除
开始吹除时，打开压缩空气进口15，压缩空气进入下阀体10阀腔，阀腔内压力逐渐升高，并通过压缩空气出口16向密封容器22内充气；当压缩空气出口16压力上升至高于海水压力调定值(0.2MPa～0.5MPa)时，膜片7下端受到的压缩空气压力大于上端海水及弹簧4的共同作用力，压缩空气推动阀芯5轴向上移，克服海水侧压力和弹簧4的压力，阀口开度减小，压缩空气流阻增大，所述吹除阀21的压缩空气出口16压力随之降低，从而在吹除时达到膜片7上下两侧压力的动态平衡，维持吹除压力稳定。
当密封容器22内液体排出时，密封容器22内压力降低，当阀腔内压力低于外界海水压力的调定值(0.2MPa～0.5MPa)时，膜片7在弹簧4作用力下的带动阀芯5轴向下移，阀口再度增大，所述吹除阀21压缩空气出口16压力升高，继续向密封容器22中吹入中压气体；定压差吹除阀21往复工作直至密封容器22内液体全部吹除。
C、吹除结束
吹除结束后，手动停止压缩空气供气以及密封容器22的排出口，关闭所述吹除阀21与海水侧连接的阀件，所述吹除阀21恢复至初始状态。
采用本发明所述吹除阀21后，密封容器22在吹除时可获得不高于外界海水压力0.2MPa～0.5MPa压力的压缩空气，使得吹除时的压差降低，吹除噪声随之减小，对于吹除过程的精确控制有着重要作用。
本发明所述吹除阀21具有以下特点：
工作介质：压缩空气；最大工作压力：3.5MPa；工作压力范围：1.0MPa～3.5MPa；
通径：DN10；吹除过程中可维持密封容器22内的压力与外界海水压力差值为0.2MPa～0.5MPa(根据需要可手动调节)，误差为±0.1MPa；所述吹除阀21调节功能依靠阀芯5的机械结构进行调节，不需要外部动力源。
以上所述为本发明的在一种系统中的吹除阀21及方法的应用实例，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种带压力反馈控制的吹除阀，其特征在于，包括上阀体、调压组件、通过侧部螺柱与上阀体相连的下阀体，以及阀芯；所述上阀体内设上阀腔，侧部设有与上阀腔连通的舷外海水接口，用于引入海水；所述阀芯上部安装在上阀腔内，且阀芯上部与安装于上下阀体间的调压组件相连，调压组件在自舷外海水接口引入的海水作用下推动阀芯轴向移动；所述下阀体内设下阀腔；所述下阀腔由连通的上腔体和下腔体构成；上腔体两侧分别设压缩空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口与下腔体连通；所述阀芯的下端穿过上腔体，与设于下腔体的端盖相连；所述阀芯的外周面开设有可连通压缩空气进口的导流槽，与压缩空气进口末端的环形流道构成节流口；当端盖随阀芯轴向移动至上下腔体的连接处并封堵上腔体时，节流口与下腔体不连通；当端盖随阀芯轴向移动至远离上下腔体的连接处时，节流口与下腔体连通。
2.如权利要求1所述的带压力反馈控制的吹除阀，其特征在于，所述调压组件包括膜片、上压环和下压环；其中膜片设于上下阀体之间，并通过连接上下阀体的螺柱压紧；上下压环分别设于膜片两侧的上下阀体内；所述阀芯为变径结构，其上部芯段直径小于下部芯段直径；阀芯的上部芯段依次穿过下压环和上压环后与上阀体内的固定螺母连接，压紧上下压环；所述下压环的下表面与阀芯下部芯段的上端面压紧，上压环的上表面可与自舷外海水接口引入下阀体的海水接触。
3.如权利要求2所述的带压力反馈控制的吹除阀，其特征在于，所述吹除阀还增设有弹簧、隔离塞和调压螺栓，所述弹簧和隔离塞均设于上阀腔内，弹簧的下端与上压环的上表面相连，弹簧的上端与隔离塞相连，隔离塞与下端伸入上阀腔的调压螺栓相连，调压螺栓的上端与调压螺母相适配。
4.如权利要求3所述的带压力反馈控制的吹除阀，其特征在于，隔离塞配有防止海水外溢的密封圈。
5.如权利要求1所述的带压力反馈控制的吹除阀，其特征在于，所述导流槽有四组，分别沿阀芯下部外周面间隔开设；导流槽呈长圆形。
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