CN112943994A - 一种自反馈调节式减压阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自反馈调节式减压阀，包括：上阀体、下阀体、手柄、调节杆、活塞、阀芯和止挡件，上阀体形成有连通的第一上通孔和上活塞腔，下阀体上形成有下腔、第一下通孔、第二下通孔、进气通道和出气通道；上阀体的下端插入下腔中并与下腔配合形成下活塞腔；进气通道与第二下通孔连通，出气通道与下活塞腔连通，第二下通孔的上端形成有与阀芯相适配的阀座；上活塞腔与外界环境隔离设置；下阀体在下腔的上端还形成有台阶部，本体的下端与台阶部配合形成环形通道；上阀体上形成有连通环形通道和上活塞腔的横向连通孔，下阀体上还形成有连通环形通道和下活塞腔的轴向连通孔。本发明能够减少调节时所需的操作力和满足在轨真空环境下所需压力。

Description

一种自反馈调节式减压阀

技术领域

本发明涉及一种减压阀，具体涉及一种应用于航天领域的自反馈调节式减压阀。

背景技术

在航天领域，为了减小体积、重量，通常将火箭发动机所需的气体储存至高压气瓶中，当发动机开始工作时，需要用到减压阀将气瓶的高压气体减压至所需的工作压力。现有的减压阀结构一般为弹簧直接调节式减压阀，如图1所示，由下阀体301，活塞302，上阀体303，调节杆304，手柄305，调节弹簧306，活塞背压腔307，与环境连通孔308、阀芯309、复位弹簧310，堵帽311，活塞腔312等组成。其中，调节杆304与上阀体303通过螺纹连接，堵帽311与下阀体301通过螺纹连接；手柄305与调节杆304通过螺纹连接，活塞302安装于下阀体301内，活塞背压腔307通过与环境连通孔308与外界环境相连。这种减压阀会存在以下缺点：

1)对于出口压力相对较高的减压阀，需要较大的调节弹簧，在手动调节时，需要较大的操作力；

2)活塞背压腔通过与环境连通孔相连，因此，当减压阀随火箭上行后，环境处于真空状态，因此出口压力会随着降低0.1MPa；

3)由于活塞背压腔与大气环境连通，活塞背压腔的压力会等于大气环境的压力即0.1MPa(绝压)，所以减压阀出口压力不可能小于0.1MPa，因此，不适用于减压阀在轨真空环境下工作且减压阀出口调节压力小于0.1MPa的情况。

因此，亟待需要提供一种能够操作省力且能满足在轨真空环境下所需压力的减压阀。

发明内容

针对上述技术问题，本发明实施例提供一种自反馈调节式减压阀，能够减少调节时所需的操作力和满足在轨真空环境下所需压力。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种自反馈调节式减压阀，包括：上阀体、下阀体、手柄、调节杆、活塞、阀芯和止挡件，所述上阀体包括本体和沿所述本体向外延伸设置的安装端，所述本体沿轴向方向形成有连通的第一上通孔和上活塞腔，所述下阀体沿轴向方向形成有依次连通的下腔、第一下通孔和第二下通孔，并沿垂直于所述轴向方向的横向方向形成有进气通道和出气通道；

所述安装端与所述下阀体连接，所述本体的下端插入所述下腔中并与所述下腔配合形成下活塞腔；所述进气通道与所述第二下通孔连通，所述出气通道与所述下活塞腔连通，所述第二下通孔的上端形成有与所述阀芯相适配的阀座；所述上活塞腔与外界环境隔离设置；所述下阀体在所述下腔的上端还形成有台阶部，所述本体的下端与所述台阶部配合形成环形通道；所述本体的下端形成有连通所述环形通道和所述上活塞腔的横向连通孔，所述下阀体上还形成有连通所述环形通道和所述下活塞腔的轴向连通孔；所述调节杆的一端伸出所述第一上通孔与所述手柄连接，另一端通过所述第一上通孔插入所述上活塞腔中；所述活塞活动设置在所述上活塞腔和所述下活塞腔形成的空腔中，所述活塞的一端与所述调节杆通过调节弹簧连接，另一端与所述阀芯的上端连接；所述阀芯设置在所述第二下通孔中，所述阀芯的下端通过复位弹簧与所述止挡件连接，所述止挡件固定在所述第二下通孔的下端；其中，在所述阀芯的上端与所述阀座处于接触状态时，所述第二下通孔不与所述第一下通孔连通，在所述阀芯的上端与所述阀座处于分离状态时，所述第二下通孔与所述第一下通孔连通。

本发明实施例提供的自反馈调节式减压阀，将位于活塞上方的上活塞腔设置成与外界环境隔离的密封腔，上活塞腔与减压阀的出口通过连通通道相连，能够将减压阀的出口压力反馈至上活塞腔，这样，在进行减压操作时，能够在调节弹簧和减压阀出口反馈压力共同作用下，调节至所需的压力，从而可以减小手动操作力、出口压力保持稳定及出口可以调节至小于0.1MPa(绝压)的工作状态等特点。

附图说明

图1为现有的减压阀的结构示意图；

图2为本发明一实施例的处于非工作状态下的减压阀的结构示意图；

图3为本发明一实施例的处于工作状态下的减压阀的结构示意图；

图4为本发明一实施例的处于工作状态下的减压阀的气体流动路径图；

图5为本发明另一实施例的减压阀的结构示意图。

(附图标记说明)

A-减压阀；B-控制减压阀；

1-上阀体；2-下阀体；3-手柄；4-调节杆；5-活塞；6-阀芯；7-止挡件；

8-调节弹簧；9-复位弹簧；101-本体；102-安装端；103-第一上通孔；

104-上活塞腔；105-横向连通孔；106-第二上通孔；201-下腔；

202-第一下通孔；203-第二下通孔；204-进气通道；205-出气通道；

206-下活塞腔；207-阀座；208-台阶部；209-轴向连通孔；210-凹陷部；

601-空腔；602-连通孔。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供的减压阀，应用于航天领域。该减压阀用于在火箭发动机开始工作时，将储存有火箭发动机所需的气体的高压气瓶中的高压气体减压至发动机所需的工作压力。以下，结合图2至图5对本发明实施例的减压阀进行详细介绍。

首先，参考图2至图4对本发明第一实施例提供的自反馈调节式减压阀进行介绍。

(第一实施例)

如图2和图3所示，本实施例提供一种自反馈调节式减压阀A，包括：上阀体1、下阀体2、手柄3、调节杆4、活塞5、阀芯6和止挡件7。其中，上阀体1和下阀体2配合形成有安装空腔，手柄3、调节杆4、活塞5、阀芯6和止挡件7依次连接设置，调节杆4的一端伸出该安装空腔的上端与手柄3连接，止挡件7位于该安装空腔的下端并封住该下端。

具体地，继续参考图2和图3，在本实施例中，上阀体1可包括本体101和沿本体101向外延伸设置的安装端102，本体101沿轴向方向形成有连通的第一上通孔103和上活塞腔104(即背景技术中的活塞背压腔)。在本发明实施例中，上活塞腔104与外界环境隔离设置，如此能够使得减压阀A的出口压力的调节不受外部环境的影响，无论是地面状态还是在轨真空状态，减压阀后压力会始终保持不变。

继续参考图2和图3，在本实施例中，下阀体2沿轴向方向形成有依次连通的下腔201、第一下通孔202和第二下通孔203，并沿垂直于轴向方向的横向方向形成有进气通道204和出气通道205。第一下通孔202的直径小于第二下通孔203的直径，第一下通孔202可为阶梯孔或直孔。

其中，上阀体1的安装端102与下阀体2连接，例如，可通过螺栓与下阀体2固定连接。上阀体1的本体101的下端插入下腔201中并与下腔201配合形成下活塞腔206；进气通道204与第二下通孔203连通，出气通道205与下活塞腔206通过倾斜设置的连通孔连通，第二下通孔203的上端形成有与阀芯相适配的阀座207。

此外，上阀体1的下端形成有向内突出的两个突出部，该突出部的之间形成连通上活塞腔104和下活塞腔206的第二上通孔106，第二上通孔106的直径小于上活塞腔104和下活塞腔206的直径。

下阀体2在下腔201的上端还形成有台阶部208，本体101的下端与台阶部208配合形成环形通道；本体101的下端形成有连通该环形通道和上活塞腔104的两个横向连通孔105，并且，下阀体2上还形成有连通环形通道和下活塞腔206的轴向连通孔209。此外，下阀体2在下腔的下端形成有向外凹陷的凹陷部210，轴向连通孔209设置在台阶部208和凹陷部210之间，即设置在位于台阶部208和凹陷部210之间的腔体上。

其中，两个横向连通孔105、环形通道和轴向连通孔209构成上活塞腔104和出气通道205之间的连通通道，这样，在减压阀进行减压操作时，出气通道205的压力会通过该连通通道反馈至上活塞腔104中，即施加到活塞5上的作用力会等于调节弹簧8的作用力加上出气通道205的出口压力。这样，在进行减压操作时，能够在调节弹簧和减压阀出口反馈压力共同作用下，调节至所需的压力，从而可以减小手动操作力、出口压力保持稳定及出口可以调节至小于0.1MPa(绝压)的工作状态等特点。

在一个示意性实施例中，上阀体1上的两个横向连通孔105，以及下阀体2上的轴向连通孔209的半径可根据实际需要进行设置，考虑到加工难易程度，半径可设置有0.5mm以上，优选可设置为1mm以上。

在本实施例中，调节杆4的一端伸出第一上通孔103与手柄3连接，另一端通过第一上通孔103插入上活塞腔104中。在一个示例中，调节杆4可与手柄3之间可通过螺纹连接，以方便安装手柄和拆卸手柄。具体地，手柄3可包括连接端和沿连接端两侧延伸形成的操作端，连接端用于与调节杆4连接，连接端的中部形成为中空结构且形成有内螺纹，调节杆4与手柄3连接的端部可形成有与内螺纹相适配的外螺纹。

在本实施例中，活塞5活动设置在上活塞腔104和下活塞腔206形成的空腔中，活塞5的一端与调节杆4通过调节弹簧8连接，另一端与阀芯6的上端连接。这样，活塞5可弹性支撑在上活塞腔和下活塞腔构成的腔体中，并可沿该腔体上下移动。在一示意性实施例中，活塞5可包括基体、沿基体向上设置的头部和沿基体向下设置的连接部，头部的直径小于基体的直径，连接部的直径小于头部的直径。基体设置在下活塞腔206中，头部与第二上通孔106活动连接，连接部插入第一下通孔202中与阀芯6接触。在一个示例中，连接部的下端可形成为阶梯结构，为此，第一下通孔202可形成为与该阶梯结构相对于的阶梯孔，即包括直径不同的下端孔和上端孔，下端孔的直径小于上端孔的直径，下端孔和上端孔之间可通过倾斜面连接。在本实施例中，由于头部夹持在直径比上活塞腔和下活塞腔的直径小的第二上通孔中，能够使得活塞5稳固移动，从而能够实现可靠的减压操作。

在本发明实施例中，阀芯6设置在第二下通孔203中，阀芯6的下端通过复位弹簧9与止挡件7连接，止挡件7固定在第二下通孔203的下端。其中，在阀芯6的上端与阀座207处于接触状态时，第二下通孔203不与第一下通孔202连通；在阀芯6的上端与阀座207处于分离状态时，第二下通孔203与第一下通孔202连通，此时，气体可通过进气通道进入到第二下通孔203中，通过阀芯6和阀座207之间的环形间隙进入到第一下通孔202中，进而依次通过下活塞腔和出气通道排出，气体流动路径可如图4中的黑色区域所示。此外，阀芯6的下端形成有空腔601，复位弹簧9设置在该空腔601中。此外，阀芯6上形成有连通第二下通孔203和空腔601的两个倾斜设置的连通孔602，以使得进气通道的气体能够快速到达空腔601中。阀芯6的下端与止挡件7之间的间隙可根据实际情况进行设置，为经验值。

进一步地，在本实施例中，上活塞腔104与外界环境隔离设置可通过在安装空腔的连接区域设置密封件来实现。具体地，调节杆4与第一上通孔103之间设置有密封件；安装端102与下阀体2之间设置有密封件；本体的下端与下阀体2之间设置有密封件；头部502与第二上通孔106之间设置有密封件；基体501与下阀体2之间设置有密封件；以及，止挡件7与第二下通孔203之间设置有密封件。通过这些密封件，能够实现上活塞腔104与外界环境的隔离设置，即实现上活塞腔的密封设置。在一个示意性实施例中，密封件可为O型密封圈。

本实施例的减压阀的工作原理为：

在本实施例的减压阀处于非工作状态时，即处于关闭状态时，如图2所示，阀芯6与下阀体2的阀座207接触并密封第一下通孔202，减压阀的出气通道未建压。

当需要调节减压阀时，即减压阀处于工作状态时，旋转手柄3使调节杆4向下移动，压紧调节弹簧8，并推动活塞5向下移动，从而推动阀芯6向下移动，使阀芯9离开阀座207，高压气体通过阀芯6与阀座207之间的环形面积节流，从而达到减压的目的。当出气通道的出口压力达到预调值时，停止转动手柄3，完成一次减压操作。

本实施例提供的自反馈调节式减压阀，至少具有以下优点：

1)本发明实施例提供的减压阀，通过弹簧和减压阀的出口压力共同作用推动活塞向下运动来实现减压功能，相比于现有减压阀完全通过弹簧来实现压力调节，可以使用相对较小的弹簧力来实现减压阀后较高压力的调节，从而能够减小手动操作手柄时的操作力。

2)由于减压阀的出口压力调节是由调节弹簧和减压阀的出口压力共同作用来实现的，因此，在减压阀工作之前，即减压阀与高压气瓶未连通时，减压阀的开度只是通过调节弹簧来完成的，当减压阀工作时，随着出口压力的升高，活塞在出口反馈压力的作用下继续推动阀芯，使开度逐渐增大，出口压力随即达到所需的压力。因此，减压阀出口压力的建立是一个逐渐增大的过程，这样，在一定程度上能够减小减压阀与高压气瓶连通瞬间，高压气体对减压阀下游的冲击。

3)现有减压阀的活塞背压腔与外部环境相通，此时，活塞背压腔的压力为常压，因此，把减压阀出口压力调至使用压力后，当减压阀随火箭上行至真空环境后，活塞背压腔的压力变为0，减压阀后的压力也会随之减小了0.1MPa，本发明提供的减压阀的活塞背压腔通过O形圈密封能够实现与外部环境的隔离，因此，减压阀出口压力的调节不受外部环境的影响，无论是地面状态还是在轨真空状态，减压阀后压力会始终保持不变。

4)现有减压阀的活塞背压腔与外部环境相通，此时，活塞背压腔的压力为常压，因此，现有减压阀出口压力不能调节至小于0.1MPa(绝压)，本发明提供的减压阀的活塞背压腔与减压阀出口相连通，不受外部环境的影响，因此，减压阀出口压力可以调节至小于0.1MPa(绝压)。

接着，参考图5同时参考图2至图4对本发明第二实施例提供的减压阀进行介绍。

(第二实施例)

如图5所示，本发明另一实施例提供一种减压阀，该减压阀与前述实施例相比，不同之处在于，取消了与减压阀的出气通道相连通的连通通道，即没有在本体101的下端形成横向连通孔105，并且没有在下阀体2上形成轴向连通孔209，而上活塞腔104与另外一个控制减压阀B连接。控制减压阀B上活塞腔104的压力等于减压阀A的出口压力，可在上阀体1上开设一个连通孔与控制减压阀B建立连接。即，在该实施例中，施加到活塞上的作用力等于调节弹簧的弹簧力加上控制减压阀B施加的压力。

该实施例的减压阀的其它结构和产生的技术方案与前述实施例相同，为避免赘述，在此省略对它们的具体介绍。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种自反馈调节式减压阀，其特征在于，包括：上阀体、下阀体、手柄、调节杆、活塞、阀芯和止挡件，所述上阀体包括本体和沿所述本体向外延伸设置的安装端，所述本体沿轴向方向形成有连通的第一上通孔和上活塞腔，所述下阀体沿轴向方向形成有依次连通的下腔、第一下通孔和第二下通孔，并沿垂直于所述轴向方向的横向方向形成有进气通道和出气通道；

所述安装端与所述下阀体连接，所述本体的下端插入所述下腔中并与所述下腔配合形成下活塞腔；所述进气通道与所述第二下通孔连通，所述出气通道与所述下活塞腔连通，所述第二下通孔的上端形成有与所述阀芯相适配的阀座；所述上活塞腔与外界环境隔离设置；

所述下阀体在所述下腔的上端还形成有台阶部，所述本体的下端与所述台阶部配合形成环形通道；所述本体的下端形成有连通所述环形通道和所述上活塞腔的横向连通孔，所述下阀体上还形成有连通所述环形通道和所述下活塞腔的轴向连通孔；

所述调节杆的一端伸出所述第一上通孔与所述手柄连接，另一端通过所述第一上通孔插入所述上活塞腔中；所述活塞活动设置在所述上活塞腔和所述下活塞腔形成的空腔中，所述活塞的一端与所述调节杆通过调节弹簧连接，另一端与所述阀芯的上端连接；所述阀芯设置在所述第二下通孔中，所述阀芯的下端通过复位弹簧与所述止挡件连接，所述止挡件固定在所述第二下通孔的下端；其中，在所述阀芯的上端与所述阀座处于接触状态时，所述第二下通孔不与所述第一下通孔连通，在所述阀芯的上端与所述阀座处于分离状态时，所述第二下通孔与所述第一下通孔连通。

2.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述上阀体的下端形成有向内突出的突出部，所述突出部的之间形成连通上活塞腔和下活塞腔的第二上通孔；

所述活塞包括基体、沿基体向上设置的头部和沿基体向下设置的连接部，所述基体设置在所述下活塞腔中，所述头部与所述第二上通孔活动连接，所述连接部插入所述第一下通孔中与所述阀芯接触。

3.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述下阀体在所述下腔的下端形成有向外凹陷的凹陷部，所述轴向连通孔设置在所述台阶部和所述凹陷部之间。

4.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述调节杆与所述第一上通孔之间设置有密封件；

所述安装端与所述下阀体之间设置有密封件；

所述本体的下端与所述下阀体之间设置有密封件。

5.根据权利要求2所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述头部与所述第二上通孔之间设置有密封件；

所述基体与所述下阀体之间设置有密封件。

6.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述手柄与所述调节杆螺纹连接。

7.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述阀芯的下端形成有空腔，所述复位弹簧设置在所述空腔中。

8.根据权利要求7所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述阀芯上形成有连通所述第二下通孔和所述空腔的连通孔。

9.根据权利要求1所述的自反馈调节式减压阀，其特征在于，所述止挡件与所述第二下通孔之间设置有密封件。

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