CN112664667A - 一种三活门结构的压力加油控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体机械领域，涉及一种三活门结构的压力加油控制阀。该阀包括入口壳体、中壳体、上壳体、上盖、外罩、下柱塞活门、中柱塞活门、膜片活门、线圈、衔铁、多个弹簧、多个管接头、多个密封圈等组成部分。线圈与衔铁组成的电磁活门，控制下柱塞活门控制腔的建压与泄压，中柱塞活门和膜片活门，由外部设备控制管接口的通断，实现控制腔的建压与泄压，三道活门采用各自独立的引压通道，通过限流塞控制引压效率。三个活门结构的弹簧依次匹配，保证在额定压力下，三道活门的开度足够，产品的流量达到设计要求。三道活门采用串联的形式，提高产品关闭功能的可靠性，保证产品的安全性。

Description

一种三活门结构的压力加油控制阀

技术领域

本发明属于流体机械领域，涉及一种三活门结构的压力加油控制阀。

背景技术

飞机压力加油过程中，加油控制活门能否可靠有效关闭，将直接影响飞机的燃油系统安全，在发生严重故障时，甚至出现油箱超压爆裂的情况。

提高加油活门关闭可靠性的方式有多种，包括增加活门数量，在一道活门发生卡滞的情况下，通过油箱监控措施，使得产品的备用活门关闭；采用不易卡滞的活门结构，膜片活门结构较柱塞式的活门结构，几乎不会发生卡滞的风险，作为备用活门，能有效的提高产品的关闭工作可靠性。

发明内容

本发明的目的：提供一种三活门结构的压力加油控制阀，用于飞机压力加油。

本发明的技术方案：

一种三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，包括：入口壳体1、衔铁2、衔铁弹簧3、中壳体4、线圈5、密封圈A6、垫圈A7、螺钉A8、线圈外罩9、转接座A10、螺钉B11、密封圈B12、转接座B13、绝缘垫圈14、螺钉C15、垫圈B16、密封圈C17、电路板18、膜片活门弹簧19、上盖20、膜片活门21、螺钉D22、螺母23、密封圈J24、上壳体25、密封圈D26、限流塞A27、密封圈E28、外罩29、滤网A30、中柱塞活门31、中柱塞弹簧32、下柱塞弹簧33、下柱塞活门34、密封圈E35、螺钉E36、垫圈C37、密封圈F38、滤网B39、限流塞B40、密封圈G41、管接头A42、密封圈H43、密封圈I44和管接头B45组成；

其中，下柱塞活门34压入中壳体4柱塞腔内，腔内布置下柱塞弹簧33，将密封圈F38嵌入中壳体4的对应胶圈槽，通过8对螺钉E36、垫圈C37连接，且实现密封；将衔铁弹簧3套在衔铁2装入线圈5内的滑轨，将两个密封圈A6嵌入线圈外罩9的胶圈槽内，套在前序装好的线圈5上，将其安装到中壳体4的方台上，用4对垫圈A7、螺钉A8紧固且实现密封；密封圈B12嵌入转接座B13的胶圈槽，再用4对垫圈A7、螺钉A8连接，且实现密封；中柱塞活门31压入上壳体25柱塞腔内，腔内布置中柱塞弹簧32；滤网A30、滤网B39安装在中壳体4滤网槽内；密封圈D26、密封圈E28、密封圈G41嵌入上壳体25的对应胶圈槽；线圈5引出线穿过转接座A10和上壳体25的走线管，焊接到电路板18上；上壳体25压入中壳体4；将密封圈J24嵌入上壳体25的对应胶圈槽，膜片活门弹簧19装入上盖20安装槽内，用6个螺钉D22、螺母23和12个垫圈C37固定上盖20、上壳体25和中壳体4；将密封圈H43套入管接头A42胶圈槽，拧入上壳体25实现密封；将密封圈I44套入管接头B45胶圈槽，拧入上盖20实现密封；用6个垫圈A7、螺钉B11固定外罩29；将转接座B13上的引出线焊接到电路板18，用2个螺钉B11、绝缘垫圈14紧固；将密封圈C17嵌入上壳体25的对应胶圈槽，用4个螺钉C15、垫圈B16紧固，且实现密封；密封圈E35嵌入入口壳体1的对应胶圈槽内，与外部接口端面密封；

入口壳体1下端为流体入口，上壳体25上端为流体出口；

下柱塞活门34上的引压孔连通产品入口和下柱塞腔；衔铁控制下柱塞腔与产品外部的连接；当线圈5通电，吸合力抬起衔铁2，下柱塞活门34控制腔泄压，在入口压力的推动下打开；当线圈5断电磁力消失，衔铁弹簧3推动衔铁2复位，下柱塞活门34控制腔建压，在入口压力和下柱塞弹簧33的推动下关闭；

限流塞B40沟通下柱塞活门34与中柱塞活门31之间的主流道与中柱塞腔；当外部控制管接头A42打开，中柱塞腔在泄压，中柱塞活门31在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头A42关闭，中柱塞腔在建压，中柱塞活门31在入口压力和中柱塞弹簧32的推动下关闭；

限流塞A27沟通中柱塞活门31与膜片活门21之间的主流道与膜片腔；当外部控制管接头B45打开，膜片腔在泄压，膜片活门21在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头B45关闭，膜片腔在建压，膜片活门21在入口压力和膜片活门弹簧19的推动下关闭；

每道活门前的流道直径相同，记为D_流，每道活门的全开开度相同，记为H_max，D_流＝4H_max；产品全开时，3道活门的下柱塞弹簧33的弹力记为F_33max、中柱塞弹簧32的弹力记为F_32max和膜片活门弹簧19的弹力记为F_19max；通过流体仿真，计算出在产品三道门全开状态下，下柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₄，中柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₁，膜片活门D_流截面上的作用力记为F₂₁；F_33max≤F₃₄、F_32max≤F₃₁、F_19max≤F₂₁。

下柱塞活门34上的引压孔连通产品入口和下柱塞腔；衔铁控制下柱塞腔与产品外部的连接；当线圈5通电，吸合力抬起衔铁2，下柱塞活门34控制腔泄压，在入口压力的推动下打开；当线圈5断电磁力消失，衔铁弹簧3推动衔铁2复位，下柱塞活门34控制腔建压，在入口压力和下柱塞弹簧33的推动下关闭。

限流塞B40沟通下柱塞活门34与中柱塞活门31之间的主流道与中柱塞腔；当外部控制管接头A42打开，中柱塞腔在泄压，中柱塞活门31在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头A42关闭，中柱塞腔在建压，中柱塞活门31在入口压力和中柱塞弹簧32的推动下关闭。

限流塞A27沟通中柱塞活门31与膜片活门21之间的主流道与膜片腔；当外部控制管接头B45打开，膜片腔在泄压，膜片活门21在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头B45关闭，膜片腔在建压，膜片活门21在入口压力和膜片活门弹簧19的推动下关闭。

每道活门前的流道直径相同，记为D_流，每道活门的全开开度相同，记为H_max，D_流＝4H_max；产品全开时，3道活门的下柱塞弹簧33的弹力记为F_33max、中柱塞弹簧32的弹力记为F_32max和膜片活门弹簧19的弹力记为F_19max；通过流体仿真，计算出在产品三道门全开状态下，下柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₄，中柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₁，膜片活门D_流截面上的作用力记为F₂₁；F_33max≤F₃₄、F_32max≤F₃₁、F_19max≤F₂₁。

膜片活门21、中柱塞活门31、下柱塞活门34上均有尖边压胶。

三套引压结构分别独立，沿周向间隔120°均布。

下柱塞活门34引压孔，限流塞A27和限流塞B40孔径相互匹配，保证3道门的关闭时间基本一致。

膜片活门21与中柱塞活门31和下柱塞活门34的故障模式不共模。

本发明的有益效果：本发明专利能用于各种压力加油装置，并能实现在达到加油目标后自动停止工作，能够有效的提高产品关闭工作的可靠性，提升加油系统的安全裕度，保证飞行平台的安全。可广泛应用于包括飞机、直升机等各类航空器的正过载环境供油。

附图说明：

图1是本发明一种三活门结构的压力加油控制阀；

图2是本发明一种三活门结构的压力加油控制阀外形图；

图3是本发明一种三活门结构的压力加油控制阀入口端视图；

图4是本发明控制阀示意图。

具体实施方式

如图1，本发明一种三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，包括：入口壳体1、衔铁2、衔铁弹簧3、中壳体4、线圈5、密封圈A6、垫圈A7、螺钉A8、线圈外罩9、转接座10、螺钉B11、密封圈B12、转接座13、绝缘垫圈14、螺钉C15、垫圈B16、密封圈C17、电路板18、膜片活门弹簧19、上盖20、膜片活门21、螺钉D22、螺母23、密封圈J24、上壳体25、密封圈D26、限流塞27、密封圈E28、外罩29、滤网A30、中柱塞活门31、中柱塞弹簧32、下柱塞弹簧33、下柱塞活门34、密封圈E35、螺钉E36、垫圈C37、密封圈F38、滤网B39、限流塞40、密封圈G41、管接头A42、密封圈H43、密封圈I44和管接头45组成，其中，下柱塞活门34压入中壳体4柱塞腔内，腔内布置下柱塞弹簧33，将密封圈F38嵌入中壳体4的对应胶圈槽，通过8对螺钉E36、垫圈C37连接，且实现密封。将衔铁弹簧3套在衔铁2装入线圈5内的滑轨，将两个密封圈A6嵌入线圈外罩9的胶圈槽内，套在前序装好的线圈5上，将其安装到中壳体4的方台上，用4对垫圈A7、螺钉A8紧固且实现密封。密封圈B12嵌入转接座13的胶圈槽，再用4对垫圈A7、螺钉A8连接，且实现密封。中柱塞活门31压入上壳体25柱塞腔内，腔内布置中柱塞弹簧32。滤网A30、滤网B39安装在中壳体4滤网槽内。密封圈D26、密封圈E28、密封圈G41嵌入上壳体25的对应胶圈槽。线圈5引出线穿过上壳体25的走线管，焊接到电路板18上。上壳体25压入中壳体4。将密封圈J24嵌入上壳体25的对应胶圈槽，膜片活门弹簧19装入上盖20安装槽内，用6个螺钉D22、螺母23和12个垫圈C37固定上盖20、上壳体25和中壳体4。将密封圈H43套入管接头A42胶圈槽，拧入上壳体25实现密封。将密封圈I44套入管接头45胶圈槽，拧入上盖20实现密封。用6个垫圈A7、螺钉B11固定外罩29。将转接座13上的引出线焊接到电路板18，用2个螺钉B11、绝缘垫圈14紧固。将密封圈C17嵌入上壳体25的对应胶圈槽，用4个螺钉C15、垫圈B16紧固，且实现密封。

组合后外形如图2所示，入口端如图3所示。上盖20限制了膜片活门21的最大位移，上壳体25限制了中柱塞活门31的最大位移，同理中壳体4限制了下柱塞活门34的最大位移，到位后流场状态如每道活门前的流道直径相同，记为D_流，每道活门的全开开度相同，记为H_max，D_流＝4H_max。下柱塞弹簧33的弹力系数为k₃₃，压缩量为x₃₃，弹力记为F_33max，F_33max＝-k₃₃·x₃₃；中柱塞弹簧32的弹力系数为k₃₂，压缩量为x₃₂，弹力记为F_32max，F_32max＝-k₃₂·x₃₂；膜片活门弹簧19的弹力系数为k₁₉，压缩量为x₁₉，弹力记为F_19max，F_32max＝-k₃₂·x₁₉的弹力记为F_19max，F_19max＝-k₁₉·x₁₉。通过流体仿真，计算出在正对来流状态下，下柱塞D_流横截面上的作用力F₃₄，中柱塞D_流横截面上的作用力F₃₁，膜片活门D_流截面上的作用力F₂₁。当F_33max≤F₃₄、F_32max≤F₃₁、F_19max≤F₂₁，产品能够全开。

膜片活门21、中柱塞活门31、下柱塞活门34上均有尖边压胶。

三套引压结构分别独立，沿周向间隔120°均布。

下柱塞活门34引压孔，限流塞27和限流塞40孔径相互匹配，可以保证3道门的关闭时间基本一致。

膜片活门21因为结构特点，不易发生卡滞，与中柱塞活门31和下柱塞活门34的故障模式不共模。

应用本发明的实例：入口壳体1入口通径D_流＝28mm，入口壳体1、中壳体4与上壳体25内部各处流道面积近似相等；中壳体4与上壳体25的柱塞腔圆柱面表面粗糙度Ra0.4；膜片活门21、中柱塞活门31、下柱塞活门34的最大开度均为10mm；下柱塞活门34引压孔孔径为2.7mm，限流塞27孔径为1.9mm和限流塞40孔径孔径为1.8mm。膜片活门弹簧19为圆柱弹簧，弹力为0.7N/mm；中柱塞弹簧32为圆柱弹簧，弹力为0.8N/mm；下柱塞弹簧33为圆柱弹簧，弹力为0.9N/mm。在入口压力为50kPa情况下，三道活门均可独立关闭，任一道活门的关闭时间均在(2～6)s以内。

Claims (9)

1.一种三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，包括：入口壳体(1)、衔铁(2)、衔铁弹簧(3)、中壳体(4)、线圈(5)、密封圈A(6)、垫圈A(7)、螺钉A(8)、线圈外罩(9)、转接座A(10)、螺钉B(11)、密封圈B(12)、转接座B(13)、绝缘垫圈(14)、螺钉C(15)、垫圈B(16)、密封圈C(17)、电路板(18)、膜片活门弹簧(19)、上盖(20)、膜片活门(21)、螺钉D(22)、螺母(23)、密封圈J(24)、上壳体(25)、密封圈D(26)、限流塞A(27)、密封圈E(28)、外罩(29)、滤网A(30)、中柱塞活门(31)、中柱塞弹簧(32)、下柱塞弹簧(33)、下柱塞活门(34)、密封圈E(35)、螺钉E(36)、垫圈C(37)、密封圈F(38)、滤网B(39)、限流塞B(40)、密封圈G(41)、管接头A(42)、密封圈H(43)、密封圈I(44)和管接头B(45)组成；

其中，下柱塞活门(34)压入中壳体(4)柱塞腔内，腔内布置下柱塞弹簧(33)，将密封圈F(38)嵌入中壳体(4)的对应胶圈槽，通过8对螺钉E(36)、垫圈C(37)连接，且实现密封；将衔铁弹簧(3)套在衔铁(2)装入线圈(5)内的滑轨，将两个密封圈A(6)嵌入线圈外罩(9)的胶圈槽内，套在前序装好的线圈(5)上，将其安装到中壳体(4)的方台上，用4对垫圈A(7)、螺钉A(8)紧固且实现密封；密封圈B(12)嵌入转接座B(13)的胶圈槽，再用4对垫圈A(7)、螺钉A(8)连接，且实现密封；中柱塞活门(31)压入上壳体(25)柱塞腔内，腔内布置中柱塞弹簧(32)；滤网A(30)、滤网B(39)安装在中壳体(4)滤网槽内；密封圈D(26)、密封圈E(28)、密封圈G(41)嵌入上壳体(25)的对应胶圈槽；线圈(5)引出线穿过转接座A(10)和上壳体(25)的走线管，焊接到电路板(18)上；上壳体(25)压入中壳体(4)；将密封圈J(24)嵌入上壳体(25)的对应胶圈槽，膜片活门弹簧(19)装入上盖(20)安装槽内，用6个螺钉D(22)、螺母(23)和12个垫圈C(37)固定上盖(20)、上壳体(25)和中壳体(4)；将密封圈H(43)套入管接头A(42)胶圈槽，拧入上壳体(25)实现密封；将密封圈I(44)套入管接头B(45)胶圈槽，拧入上盖(20)实现密封；用6个垫圈A(7)、螺钉B(11)固定外罩(29)；将转接座B(13)上的引出线焊接到电路板(18)，用2个螺钉B(11)、绝缘垫圈(14)紧固；将密封圈C(17)嵌入上壳体(25)的对应胶圈槽，用4个螺钉C(15)、垫圈B(16)紧固，且实现密封；密封圈E(35)嵌入入口壳体(1)的对应胶圈槽内，与外部接口端面密封；

入口壳体(1)下端为流体入口，上壳体(25)上端为流体出口；

下柱塞活门(34)上的引压孔连通产品入口和下柱塞腔；衔铁控制下柱塞腔与产品外部的连接；当线圈(5)通电，吸合力抬起衔铁(2)，下柱塞活门(34)控制腔泄压，在入口压力的推动下打开；当线圈(5)断电磁力消失，衔铁弹簧(3)推动衔铁(2)复位，下柱塞活门(34)控制腔建压，在入口压力和下柱塞弹簧(33)的推动下关闭；

限流塞B(40)沟通下柱塞活门(34)与中柱塞活门(31)之间的主流道与中柱塞腔；当外部控制管接头A(42)打开，中柱塞腔在泄压，中柱塞活门(31)在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头A(42)关闭，中柱塞腔在建压，中柱塞活门(31)在入口压力和中柱塞弹簧(32)的推动下关闭；

限流塞A(27)沟通中柱塞活门(31)与膜片活门(21)之间的主流道与膜片腔；当外部控制管接头B(45)打开，膜片腔在泄压，膜片活门(21)在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头B(45)关闭，膜片腔在建压，膜片活门(21)在入口压力和膜片活门弹簧(19)的推动下关闭；

每道活门前的流道直径相同，记为D_流，每道活门的全开开度相同，记为H_max，D_流＝4H_max；产品全开时，3道活门的下柱塞弹簧(33)的弹力记为F_33max、中柱塞弹簧(32)的弹力记为F_32max和膜片活门弹簧(19)的弹力记为F_19max；通过流体仿真，计算出在产品三道门全开状态下，下柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₄，中柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₁，膜片活门D_流截面上的作用力记为F₂₁；F_33max≤F₃₄、F_32max≤F₃₁、F_19max≤F₂₁。

2.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，下柱塞活门(34)上的引压孔连通产品入口和下柱塞腔；衔铁控制下柱塞腔与产品外部的连接；当线圈(5)通电，吸合力抬起衔铁(2)，下柱塞活门(34)控制腔泄压，在入口压力的推动下打开；当线圈(5)断电磁力消失，衔铁弹簧(3)推动衔铁(2)复位，下柱塞活门(34)控制腔建压，在入口压力和下柱塞弹簧(33)的推动下关闭。

3.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，限流塞B(40)沟通下柱塞活门(34)与中柱塞活门(31)之间的主流道与中柱塞腔；当外部控制管接头A(42)打开，中柱塞腔在泄压，中柱塞活门(31)在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头A(42)关闭，中柱塞腔在建压，中柱塞活门(31)在入口压力和中柱塞弹簧(32)的推动下关闭。

4.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，限流塞A(27)沟通中柱塞活门(31)与膜片活门(21)之间的主流道与膜片腔；当外部控制管接头B(45)打开，膜片腔在泄压，膜片活门(21)在主流道压力的推动下打开；当外部控制管接头B(45)关闭，膜片腔在建压，膜片活门(21)在入口压力和膜片活门弹簧(19)的推动下关闭。

5.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，每道活门前的流道直径相同，记为D_流，每道活门的全开开度相同，记为H_max，D_流＝4H_max；产品全开时，3道活门的下柱塞弹簧(33)的弹力记为F_33max、中柱塞弹簧(32)的弹力记为F_32max和膜片活门弹簧(19)的弹力记为F_19max；通过流体仿真，计算出在产品三道门全开状态下，下柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₄，中柱塞D_流横截面上的作用力记为F₃₁，膜片活门D_流截面上的作用力记为F₂₁；F_33max≤F₃₄、F_32max≤F₃₁、F_19max≤F₂₁。

6.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，膜片活门(21)、中柱塞活门(31)、下柱塞活门(34)上均有尖边压胶。

7.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，三套引压结构分别独立，沿周向间隔120°均布。

8.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，下柱塞活门(34)引压孔，限流塞A(27)和限流塞B(40)孔径相互匹配，保证3道门的关闭时间基本一致。

9.根据权利要求1所述的三活门结构的压力加油控制阀，其特征在于，膜片活门(21)与中柱塞活门(31)和下柱塞活门(34)的故障模式不共模。

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