CN113110622B - 一种汽蚀文氏管 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽蚀文氏管，涉及航空动力技术领域，解决了汽蚀文氏管内流体压力损失较大、阀芯易卡死在文氏管壳体喉部的技术问题。该汽蚀文氏管包括阀芯和文氏管壳体，文氏管壳体内的流道包括有沿流体流动方向依次连通的收缩段、喉部和扩张段，阀芯可移动的设置以与喉部配合调节流体的流量；阀芯具有锥状部，锥状部由扩张段经喉部伸入至收缩段，且锥状部的径向截面沿扩张段至收缩段方向呈缩小的趋势。本发明的汽蚀文氏管，阀芯的锥状部由扩张段经喉部伸入至收缩段，减小了扩张段的出口角度，提高了可调文氏的压力恢复特性，降低压力损失。阀芯开度处于0时，能够减少阀芯卡死在喉部和无法移动阀芯的情况，保证阀芯稳定工作。

Description

一种汽蚀文氏管

技术领域

本发明涉及航空动力技术领域，尤其是涉及一种汽蚀文氏管。

背景技术

可调汽蚀文氏管是一种重要的流量调节元件，具有优越的调节性能，广泛用于变推力液体火箭发动机中，能够精确控制推进剂的组元比，提高变推力火箭发动机的推力精度。

现有的可调汽蚀文氏管主要包括文氏管壳体和阀芯，参见图1所示，图1 是现有技术中阀芯与文氏管壳体配合的剖面结构示意图，图中箭头方向表示流体的流动方向；阀芯伸入文氏管壳体内的端部为锥状结构。文氏管壳体内具有允许流体通过的流道，流体由文氏管壳体的侧部进入后沿图1中方向由端部流出；流道通常包括沿流体流动方向的收缩段A’、喉部B’以及扩张段C’，在喉部最小处的流通截面积为圆形截面，通过可移动阀芯与收缩段A’、喉部B’截面和扩张段C’的相互配合，调节喉口处的最小流通截面面积，从而达到调节流量的目的。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

第一，汽蚀文氏管的现有结构，决定了流体只能沿图1中方向流动，即，由文氏管壳体的侧部进入，并沿阀芯轴向截面逐渐缩小的方向流动，至文氏管壳体端部流出，如图1中所示，文氏管壳体内型面与阀芯外型面之间形成的出口角较大，由于受到阀芯锥状结构外型面的限制，难以将上述出口角继续缩小，导致流体压力损失较大。

第二，实际工作中发现，汽蚀文氏管的现有结构中，常常存在阀芯开度为 0时，阀芯卡死在文氏管壳体的喉部位置，难以通过驱动机构拉回阀芯的问题，该问题严重影响了汽蚀文氏管的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽蚀文氏管，以解决现有技术中存在的现有汽蚀文氏管内流体压力损失较大、阀芯易卡死在文氏管壳体喉部的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的汽蚀文氏管，包括阀芯和文氏管壳体，其中：

所述文氏管壳体内的流道包括有沿流体流动方向依次连通的收缩段、喉部和扩张段，所述阀芯可移动的设置以与所述喉部配合调节所述流体的流量；

所述阀芯具有锥状部，所述锥状部由所述扩张段经所述喉部伸入至所述收缩段，且所述锥状部的径向截面沿所述扩张段至所述收缩段方向呈缩小的趋势。

优选的，所述阀芯的外壁面包括沿其轴向依次相连接的针锥面、针锥收缩面和圆柱面，其中:

所述针锥面作为所述锥状部的外壁面，用以与所述喉部形成所述流道的最小流通截面；

所述圆柱面所在的部分连接有用以驱动所述阀芯移动的驱动机构，所述针锥收缩面的直径沿所述针锥面至所述圆柱面方向呈减小的趋势，以缩小所述圆柱面的径向截面。

优选的，所述喉部的内型面形成有针锥平行面，所述针锥平行面与所述针锥面相平行，且两者配合形成所述流道的最小流通截面。

优选的，所述文氏管壳体的内型面还包括有入口收缩面、出口扩张面和管接头密封面，其中：

所述管接头密封面用以与管接头密封连接，并形成流道入口；所述入口收缩面和所述出口扩张面均与所述针锥平行面连接，所述入口收缩面与所述针锥面的部分配合形成所述收缩段，所述出口扩张面与所述针锥面的部分、所述针锥收缩面配合形成所述扩张段；

所述文氏管壳体侧部设置有流道出口，所述流道出口位于所述扩张段的下游。

优选的，所述汽蚀文氏管还包括有驱动机构，所述驱动机构包括驱动装置、丝杠、丝杠螺母和驱动块，其中：

所述驱动装置的输出轴与所述丝杠连接，所述丝杠与所述丝杠螺母螺纹连接，所述驱动块的一端与所述丝杠螺母固定连接，另一端与所述阀芯固定连接，所述驱动装置正转和反转时，能通过所述丝杠和所述丝杠螺母的配合结构带动所述驱动块和所述阀芯沿轴向往复直线运动。

优选的，所述驱动装置为超声电机，所述超声电机的输出轴为中空轴，所述丝杠的至少部分伸入至所述中空轴内且两者固定连接。

优选的，所述汽蚀文氏管上还固定有光轴，所述光轴位于所述文氏管壳体外，所述光轴、所述丝杠和所述阀芯三者的轴线相互平行，所述光轴与所述驱动块之间滑动连接，用以限制所述驱动块转动。

优选的，所述汽蚀文氏管还包括有固定架和连接框，所述驱动装置设置于所述固定架上，所述连接框连接所述固定架和所述文氏管壳体；

所述连接框具有内腔，所述驱动块具有卡套部，所述丝杠螺母固定于所述卡套部内，所述卡套部位于所述内腔中，所述内腔的侧壁用以限制所述卡套部的径向位移；

且所述连接框上设置有安装孔，所述阀芯穿过所述安装孔与所述驱动块固定连接，所述安装孔的侧壁用以限制所述阀芯的径向位移。

优选的，所述汽蚀文氏管还包括有：

第一传感器，用于检测所述驱动块的位置，所述第一传感器的位置满足：当其能够检测到所述驱动块时，所述阀芯在所述文氏管壳体内处于开度为0的位置；

控制器，与所述第一传感器和所述驱动装置均电连接，用于在未接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置运动以使所述阀芯回归至开度为0的位置，且用于在接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置停止运动。

优选的，所述汽蚀文氏管还包括有：

第二传感器，用于检测所述驱动块的位置，所述第二传感器的位置满足：当其能够检测到驱动块时，所述阀芯相对于所述驱动装置的距离处于最小行程位置处；

控制器，与所述第二传感器和所述驱动装置均电连接，用于在接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置停止运动以防止所述阀芯撞击所述驱动装置。

本发明提供的汽蚀文氏管，与现有技术相比，具有如下有益效果：该汽蚀文氏管，改变了文氏管壳体与阀芯的相对位置，且在此结构基础上改变了流体流动方向，使阀芯的锥状部由扩张段经喉部伸入至收缩段，文氏管壳体扩张段的内型面与锥状部的外型面配合，减小了扩张段的出口角度，使得文氏管壳体的扩张段的过渡性良好，让扩张段的流道截面积以很小的变化速率逐渐增大，提高了可调文氏的压力恢复特性，降低压力损失。

由于收缩段内流体压力大于扩张段，阀芯开度处于0时，能够减少阀芯卡死在喉部和无法移动阀芯的情况，保证阀芯稳定工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中阀芯与文氏管壳体配合的剖面结构示意图；

图2是本发明汽蚀文氏管的轴向剖面结构示意图；

图3是图2中G处的局部放大图；

图4是本发明汽蚀文氏管的立体结构示意图；

图5是固定架、连接框和文氏管壳体的配合结构示意图；

图6是驱动机构与阀芯配合的立体结构示意图；

图7是第一传感器、第二传感器与驱动块配合的结构示意图；

图8是本发明阀芯与扩张段配合形成的出口角示意图；

图9是现有技术中阀芯与扩张段配合形成的出口角示意图。

图中A、收缩段；B、喉部；C、扩张段；100、超声电机；110、固定架； 120、紧固螺丝组；130、丝杠；140、第一紧固螺母；150、紧固螺栓组；160、紧固螺母组；170、连接框；180、丝杠螺母；190、驱动块；200、光轴；210、第一紧固螺栓；220、滑动轴承；230、传感器固定架；240、第二紧固螺栓；250、第三紧固螺栓；260、第四紧固螺栓；270、第一密封圈；280、第二密封圈；290、阀芯；291、截断面；292、针锥面；293、针锥收缩面；294、圆柱面；300、文氏管壳体；301、管接头密封面；302、入口收缩面；303、针锥平行面；304、出口扩张面；310、第五紧固螺栓；320、第二传感器；321、第一传感器；330、第六紧固螺栓；331、第七紧固螺栓；340、第二紧固螺母；341、第三紧固螺母。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语““前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种能够降低汽蚀文氏管内流体压力损失、防止阀芯卡死在文氏管壳体喉部的汽蚀文氏管。

下面结合图1-图9所示，对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1所示，图1是现有技术中阀芯与文氏管壳体配合的剖面结构示意图。图中箭头方向表示流体的流动方向；阀芯伸入文氏管壳体内的端部为锥状结构。文氏管壳体内具有允许流体通过的流道，流体由文氏管壳体的侧部进入后沿图 1中方向由端部流出；流道通常包括沿流体流动方向的收缩段A’、喉部B’以及扩张段C，其中“收缩段”、“扩张段”是将文氏管壳体内型面按照流体流动方向命名的，在喉部最小处的流通截面积为圆形截面，通过可移动阀芯与收缩段、喉部截面和扩张段的相互配合，调节喉口处的最小流通截面面积，从而达到调节流量的目的。实际工作中发现，发现现有技术中的上述汽蚀文氏管结构存：流体压力损失较大、阀芯易卡死在文氏管壳体喉部的问题。

实施例一

针对上述问题，参见图2图3和图4、图8所示，本实施例提供了一种汽蚀文氏管，包括阀芯290和文氏管壳体300，其中：文氏管壳体300内的流道包括有沿流体流动方向依次连通的收缩段A、喉部B和扩张段C，阀芯290可移动的设置以与喉部B配合调节流体的流量；阀芯290具有锥状部，锥状部由扩张段C经喉部伸入至收缩段A，且锥状部的径向截面沿扩张段C至收缩段A 方向呈缩小的趋势；优选的，锥状部的径向截面沿扩张段C至收缩段A方向逐渐缩小。

其中，“收缩段”指的是沿流体流动方向，文氏管壳体300的内型面径向截面积逐渐收缩，“扩张段”指的是沿流体流动方向，文氏管壳体300的内型面径向截面积逐渐扩张。

该汽蚀文氏管，改变了文氏管壳体300与阀芯290的相对位置，参见图1 中所示，现有技术中阀芯290’的锥状部由收缩段A’伸入至扩张段C’，且流体方向由文氏管壳体300’的侧部进入、端部端部流出；本实施例中阀芯290的锥状部由扩张段C伸入至收缩段A，且在此结构基础上改变了流体流动方向，文氏管壳体300扩张段C的内型面与锥状部的外型面配合，减小了扩张段的出口角度，使得文氏管壳体300的扩张段C的过渡性良好，让扩张段C的流道截面积以很小的变化速率逐渐增大，提高了可调文氏管的压力恢复特性，降低压力损失。

由于收缩段A内流体压力大于扩张段C，阀芯290开度处于0时，能够减少阀芯290卡死在喉部B和无法移动阀芯290的情况，保证阀芯290稳定工作。

阀芯290与文氏管壳体300的内型面配合，控制最小流通截面积的大小，从而起到调控流量的目的；本实施例中提供了一种阀芯290和文氏管壳体300 的具体实施方式：

本实施例中，阀芯290的具体结构为：参见图2-图4所示，参见图3，阀芯290的外壁面包括沿其轴向依次相连接的针锥面292、针锥收缩面293和圆柱面294，其中：针锥面292作为锥状部的外壁面，用以与喉部形成流道的最小流通截面；圆柱面294所在的部分连接有用以驱动阀芯290移动的驱动机构，针锥收缩面293的直径沿针锥面292至圆柱面294方向呈减小的趋势，以缩小圆柱面294的径向截面；优选的，针锥收缩面293的直径沿针锥面292至圆柱面294方向逐渐减小；阀芯290靠近流体入口的端部还形成有截断面291，由于锥状部过长，通过截断面291的结构保证结构相容性。

文氏管壳体300与阀芯290配合，起到调控流量的目的；与上述阀芯290 结构配合，本实施例的文氏管壳体300结构为：参见图3所示，喉部的内型面形成有针锥平行面303，针锥平行面303与针锥面292相平行，且两者配合形成流道的最小流通截面。

文氏管壳体300中，针锥平行面303的作用是：文氏管壳体300的针锥平行面303与阀芯290上的针锥面292配合，形成整个流道的最小流通截面积，针锥发生位移，最小流通截面积发生变化，流量发生变化。

当阀芯290的针锥面292的角度非常小时，针锥平行面303与针锥面292 可形成一段流通截面积近似相等的平稳段，平稳段长度就是针锥平行面303的长度，平稳段有助于汽蚀区的增大，产生更多的气体，从而增加流量的稳定性，可以更好的隔绝下游压力波动对上游的影响。同时，针锥平行面303与阀芯290 的针锥面292是完全平行的，阀芯290开度极小时将会在两个平面之间形成机械密封，此时流量为0。且由于针锥平行面303的设置，当针锥平行面303与针锥面292之间的距离极小时，易在两者之间形成一层液膜，两者无需完全密封接触，既能够关闭流道，使得流量为零，便于实现流道的关闭，保证两者之间的密封性能。

阀芯290中，针锥收缩面293的作用是：降低驱动机构的受力，从而减小驱动机构的功率，可以有效降低整体结构的质量。该原理为：

文氏管壳体300的收缩段内为高压流体，流体经喉部流动至扩张段后压力下降，由于驱动机构位于文氏管壳体300的扩张段一侧，因为当文氏管壳体300 的内部充满高压流体时，流体在扩张段和收缩段之间的压力差会对阀芯290产生轴向压力，轴向压力传递至驱动机构的驱动装置，如当驱动装置为电机时，轴向压力传递至电机上的输出轴。而阀芯290传递给驱动机构的受力只与圆柱面294所在部分的阀芯290的横截面面积大小相关(因为阀芯290的圆柱面294 所在的部分与驱动机构直接连接)，也就是圆柱面294所在的横截面的面积相关，故通过针锥收缩面293可以减小圆柱面294的横截面面积，从而减小驱动装置(如电机)受力，降低驱动装置(如电机)功率。

式中，F是阀芯290所受到的轴向力；P为文氏管壳体300内部流体的平均压力；d₀为圆柱面294所在的阀芯290部分的横截面直径。

由公式可知，当圆柱面294所在阀芯290部分的直径d₀变小，整个阀芯290 的受力面积变小，阀芯290受力变小，电机功率就可以相应相应减小，从而达到减重的目的。

作为可选的实施方式，本实施例的文氏管壳体300结构为：参见图3，文氏管壳体300的内型面还包括有入口收缩面302、出口扩张面304和管接头密封面301，其中：管接头密封面301用以与管接头密封连接，并形成流道入口，具体的，管接头密封面301与球面接头形成机械密封，防止流量泄露，起到密封作用；入口收缩面302和出口扩张面304均与针锥平行面303连接，入口收缩面302与针锥面292的部分配合形成收缩段A，作用是逐渐减小流道的流通截面积，使得流体加速，降低静压，保证流体在喉部发生汽蚀现象。

出口扩张面304与针锥面292的部分、针锥收缩面293配合形成扩张段C；入口收缩面302位于针锥平行面303的上游端，出口扩张面304位于所述针锥平行面303的下游端，参见图3，具体的，文氏管壳体300中，入口收缩面302 沿流体流通方向直径逐渐减小，出口扩张面304沿流体流动方向直径逐渐增大；为了减少压力损失，使得流体经扩张段C以很小的变化速率逐渐增大，出口扩张面304的直径变化率小于入口收缩面302的直径变化率。

出口扩张面304与针锥面292配合，可以使得流体的流通截面积以非常平滑的过渡逐渐增加，使得流体可以更好的降低速度，恢复静压，有效地提高压力恢复系数，降低可调汽蚀文氏管的压力损失。

参见图8所示，文氏管壳体300侧部设置有流道出口，流道出口位于扩张段的下游。

对比图1和图3，本实施例中阀芯290锥状部由文氏管壳体300内的扩张段C伸入至收缩段A，现有技术中阀芯290锥状部由文氏管壳体300内的收缩段A’伸入至扩张段C’，即相较于现有技术而言本实施例中阀芯290反置，该结构具有降低汽蚀文氏管内压力损失、防止阀芯290在开度为零时无法拉动的作用，下面具体阐述其原理。

首先，具体阐述阀芯290反置能够降低可调汽蚀文氏管的压力损失。

如图8所示，当阀芯290反置时，扩张段C流道的出口角度为文氏管壳体 300扩张半角β减去阀芯290的针锥半角θ，即出口角度Ω＝β-θ。

如图9所示，图中直线a为针锥面292的平行线，直线b为阀芯290轴线的平行线；当阀芯290正置时，扩张段流道的出口角度为文氏管壳体300扩张半角β加上阀芯290的针锥半角θ，即出口角度Ω＝β+θ，如图9中标识。

根据“液体火箭发动机汽蚀文氏管通用规范”中提到，在文氏管的设计中，当扩压段出口直径不变时，出口角度每增加1°，会导致相对压力压力损失增加 0.5％到1.0％。可见，阀芯290反置的情况下可以减小出口角度，从而减小压力损失。通过反置针锥的结构，使得文氏管壳体300的扩张段的过渡性良好，让扩张段的流道截面积以很小的变化速率逐渐增大，提高了可调文氏管的压力恢复特性。

与此同时，本实施例中阀芯290反置有利于文氏管壳体300的加工。因为要保证较小的出口角度Ω，以此达到高的压力恢复特性。

当阀芯290正置时，出口角度Ω＝β+θ，文氏管壳体300的扩张段角度最小是6°到8°，还需要加上阀芯290锥状部全角的角度，这样一方面会导致出口角度很大，还有一方面是，想要将文氏管壳体300的扩张段角度加工至非常小时，给机械加工带来极大不便。

当阀芯290反置时，出口角度Ω＝β-θ，在保证出口角度不变的情况下，文氏管壳体300扩张半角β可以加工为较大角度，只需要相应的增大阀芯290的针锥半角θ，从而保证出口角度Ω＝β-θ一直维持在较小值。相比于阀芯290正置时加工角度非常小的文氏管壳体300扩张段C，阀芯290反置可以保证出口角度Ω一样的情况下，加工角较大的文氏管壳体300的扩张段C，这给加工带来了极大便利。

其次，具体阐述阀芯290反置能够防止阀芯290在开度为零时无法拉动的情况。

参见图3和图8所示，流体由文氏管壳体300的流体入口进入，进入文氏管壳体300内先进入收缩段A内加速(截面积减小，流体速度增加)，由伯努利原理可知，流体速度增加导致静压下降，当降压下降至当地温度的饱和蒸气压以下时会发生汽蚀现象；经过喉部B，流体先通过针锥平行面303与针锥面292配合形成的平稳段，保证汽蚀充分；最后经过扩张段C减速，静压升高，待静压大于当地饱和蒸气压后流体冷凝，从流道出口流出。

由上述流体的变化过程可知，如果阀芯290正置(参见图1所示)，流体从文氏管壳体300侧面进入，当阀芯290开度很小时，针锥平行面303与针锥面292将会形成机械密封，此时流量为0，流体在阀芯尾部的圆柱面294、针锥收缩面293和一部分的针锥面292之间，而截断面291与外界大气联通，阀芯 290的头部和尾部形成一个巨大的压力差，由于扩张段C与收缩段A的压力差，始终是收缩段A压力大于扩张段C压力，因此受压力差作用阀芯290将会受到一个朝向截断面291的推力，使得针锥平行面303与针锥面292更为贴合，二者密封效果更好。但会导致一个严重问题，就是阀芯290可能在大压差的作用下受到朝向截断面291的推力作用(图1中为向右的拉力)，由于该推力方向与驱动机构的拉力方向完全相反，导致驱动机构无法将拉开阀芯290，也就无法增大阀芯290开度，阀芯290开度将一直保持为0，并卡死在喉部位置处。

如果阀芯290反置，就不会存在阀芯290开度一直保持为0，阀芯290无法拉回的情况。因为此时阀芯290的受力方向与阀芯290正置完全相反，此时压力差产生的拉力作用于阀芯290的截断面291和一部分的针锥面292，且力的方向与驱动机构的拉力方向相同，所以阀芯290可以承受巨大的朝向驱动机构的压力，在驱动机构的拉力和流体压差的共同作用下，阀芯290开度处于0 时也不存在卡死和无法移动阀芯290的情况。

实施例二

本实施例是在上述实施例一的基础上进行的改进，本实施例提供了一种驱动机构的具体实施方式，参见图2、图4、图5、图6所示，汽蚀文氏管还包括有驱动机构，驱动机构包括驱动装置、丝杠130、丝杠螺母180和驱动块190，其中：驱动装置的输出轴与丝杠130连接，丝杠130与丝杠螺母180螺纹连接，驱动块190的一端与丝杠螺母180固定连接，另一端与阀芯290固定连接，驱动装置正转和反转时，能通过丝杠130和丝杠螺母180的配合结构带动驱动块190和阀芯290沿轴向往复直线运动。

优选的，本实施例的驱动装置为超声电机100，超声电机100的输出轴为中空轴，丝杠130的至少部分伸入至中空轴内且两者固定连接。超声波电机的原理是压电材料的逆电效应(即电致伸缩效应)，应用超声波的弹性振动方式以获得驱动动力，然后再利用摩擦力带动转子而驱动的电机。相比较于传统电机，具有低转速，高扭矩，不受电磁干扰，体积小，重量轻等优势。

丝杠130的前半部分是光轴部分，伸入超声电机100的中空轴，并且丝杠 130的光轴部分与超声电机100的中空轴进行焊接，以保证二者之间无相对位移。丝杠130的后半部分是螺杆，螺杆与丝杠螺母180配合，将超声电机100 的旋转运动转换为丝杠螺母180的直线运动。

使用超声电机100作为驱动装置，具有体积小，精度高，重量轻，高保持转矩等优势。由于超声电机100具有高保持转矩的巨大优势，本实施例中的可调汽蚀文氏管不需要刹车装置(即断电后，阀芯290依旧保持原位且具有保持力矩，不会发生位移)，可大大减轻重量；超声电机100具有低转速，大转矩的特点，不需要齿轮传动装置就可产生高扭矩，不存在齿轮间隙和回程误差，可以减少质量和提高定位精度；超声电机100的原理是压电材料的逆电效应(即电致伸缩效应)，把电能直接转换为弹性体的超声振动，具有极佳的电磁兼容性，不受磁场干扰，可靠性高，无线圈和绕组，体积小，非常适合作为火箭发动机液体推进剂流量调节装置的驱动器。

作为可选的实施方式，参见图2、图4、图5、图6所示，汽蚀文氏管上还固定有光轴200，光轴200位于文氏管壳体300外，光轴200、丝杠130和阀芯 290三者的轴线相互平行，光轴200与驱动块190之间滑动连接，用以限制驱动块190转动。

通过超声电机100，配合丝杠130、丝杠螺母180和光轴200作为驱动机构驱动阀芯290。该结构具有体积小，重量轻，精度高，可靠性高等优点。使用高精度滚珠丝杠130配合丝杠螺母180实现阀芯290位移，大大减小了驱动装置的体积和重量。同时光轴200配合丝杠130，可以防止丝杠螺母180的转动，有效地减小回程误差，提高阀芯290的定位精度，使得流量调节更加精准。

具体的，参见图2所示，光轴200的一端穿过连接框170上的定位孔，且光轴200螺纹连接有第一紧固螺母140，实现连接框170与光轴200的固定；光轴200穿过驱动块190，并通过滑动轴承220与驱动块190之间滑动连接，参见图1，第一紧固螺栓210将滑动轴承220的外圈部分固定在驱动块190上。

其中，驱动块190借助第三紧固螺栓250与阀芯290连接，将丝杠螺母180 的直线运动传递给阀芯290；驱动块190通过与滑动轴承220的固定连接，保证了驱动块190只能发生轴向运动，有效的减小了丝杠螺母180进行直线运动的回程误差。

光轴200与滑动轴承220配合，可以减小回程偏差，提高定位精度。当光轴200的轴线与丝杠130的轴线距离增大，光轴200与滑动轴承220的定位效果更好；这是因为当光轴200远离丝杠130轴线时，回程所产生的偏差角度会变小，从而提高了定位精度。光轴200与滑动轴承配合限制丝杠螺母180的转动，具有摩擦力小，可采用成品件的优势。同时，参见图1，本实施例中仅采用单个光轴200限制丝杠螺母180的转动，还可采用双光轴限位、四光轴限位等等，在此不做具体限定。

作为可选的实施方式，参见图2、图4、图5、图6所示汽蚀文氏管还包括有固定架110和连接框170，驱动装置设置于固定架110上，连接框170连接固定架110和文氏管壳体300；连接框170具有内腔，驱动块190具有卡套部，丝杠螺母180固定于卡套部内，参见图1，驱动块190通过第五紧固螺栓310 与丝杠螺母180连接；卡套部位于内腔中，内腔的侧壁用以限制卡套部的径向位移；且连接框170上设置有安装孔，阀芯290穿过安装孔与驱动块190固定连接，参见图2所示，第三紧固螺栓250将驱动块190和阀芯290紧固连接，安装孔的侧壁用以限制阀芯290的径向位移；参见图2，阀芯290的圆柱面294 与第一密封圈270、第二密封圈280配合，实现阀芯290与连接框170的密封配合，同时圆柱面294起到传递轴向力的作用。

其中，固定架110的作用是固定电机，连接超声电机100和连接框170；参见图2，通过紧固螺丝组120连接超声电机100和固定架110；参见图2和图 4所示，通过固定架110与超声电机100的定位面配合保证超声电机100的轴向定位。

其中，连接框170连接固定架110和文氏管壳体300，参见图2，具体的，固定架110和连接框170通过紧固螺栓组150和紧固螺母组160相互连接；连接框170的另一端通过第四紧固螺栓260实现与文氏管壳体300的连接。连接框170提供定位孔定位光轴200的位置；提供定位面限制驱动块190的径向位移；提供定位面限制阀芯290的径向位移，保证阀芯290的轴向定位精度；连接框170的尾部具有定位面，与固定架110的内型面配合，保证固定架110的轴向定位的精准；连接框170的头部也具有定位面，与文氏管壳体300配合，保证文氏管壳体300的轴向定位精度。

实施例三

为了保证阀芯290能够在文氏管壳体300中到达开度为零的位置，且防止阀芯290碰撞文氏管壳体300的针锥平行面303，损坏阀芯290、驱动机构；本实施例在上述实施例基础上进行了改进，结合图4-图7所示，本实施例的汽蚀文氏管还包括有：

第一传感器321，用于检测驱动块190的位置，第一传感器321的位置满足：当其能够检测到驱动块190时，阀芯290在文氏管壳体300内处于开度为 0的位置；

控制器，与第一传感器321和驱动装置均电连接，用于在未接收到驱动块 190的位置信号时控制驱动装置运动以使阀芯290回归至开度为0的位置，且用于在接收到驱动块190的位置信号时控制驱动装置停止运动。

其中，第一传感器321可以为光纤传感器，光纤传感器是漫反射光纤传感器，光纤传感器可以发射激光，照射前方物体，通过漫反射返回到光纤传感器的光判断光纤传感器前方是否有物体。漫反射光纤传感器体积小，重量轻，不受电磁干扰，可靠性高，适合用作可调汽蚀文氏管的接近开关。

上述控制器可为预存有设定程序的单片机等，第一传感器321电连接于控制器的输入端，控制器、第一传感器321及驱动装置的连接结构，能够通过判断驱动块190是否达到正前方来限制阀芯290的位移：具体的，当驱动块190 挡住第一传感器321，控制器会接收到信号，通过控制驱动装置强制阀芯290 停止运动，此时仅允许阀芯290向背离针锥平行面303的方向运动，从而保证阀芯290在向前移动过程中不会撞击文氏管壳体300的针锥平行面303，起到安全限位的作用。

同时，控制器、第一传感器321及驱动装置的连接结构，还具有原点回归的功能，其中，原点指的是阀芯290在文氏管壳体300中开度为零的位置，即流道内流量为零的位置；下面所述的原点，均为上述位置；当可调汽蚀文氏管上电，阀芯290会以固定的移动速度回归原点。具体的，当开始执行原点回归指令时，第一传感器321判断正前方是否有物体，当第一传感器321判断正前方没有物体，表明阀芯290不在原点位置，控制器控制驱动装置并使得阀芯290 以一定速度向原点靠近；当第一传感器321接收到信号，控制器控制驱动装置进而使得阀芯290停止运动，原点回归结束；

其中，由于第一传感器321具有一定的相应时间，当第一传感器321判断正前方有物体，表明物体就在原点附近，但是此时的阀芯290并不是以固定的速度回归到原点位置的。受到上述相应时间的影响，此时的原点与预期的原点有区别，针对该影响，可在当第一传感器321判断正前方有物体时，通过控制器控制驱动装置使得阀芯290先向背离针锥平行面303的方向位移一定行程，然后再控制驱动装置使得阀芯290以一定速度向针锥平行面303方向运动，直到第一传感器321接收到信号，阀芯290停止运动，原点回归结束。

作为可选的实施方式，参见图7，汽蚀文氏管还包括有：

第二传感器320，用于检测驱动块190的位置，第二传感器320的位置满足：当其能够检测到驱动块190时，阀芯290相对于驱动装置的距离处于最小行程位置处，第二传感器320仍可采用光纤传感器；

控制器，与第二传感器320和驱动装置均电连接，用于在接收到驱动块190 的位置信号时控制驱动装置停止运动以防止阀芯290撞击驱动装置。具体的，汽蚀文氏管还包括有传感器固定架230，参见图7，传感器固定架230通过第二紧固螺栓240与光轴200固定；传感器固定架230通过第六紧固螺栓330和第二紧固螺母340固定第二传感器320，通过第七紧固螺栓331和第三紧固螺母 341固定第一传感器321。

上述控制器、第二传感器320与驱动装置的连接结构，能够限制阀芯290 朝向驱动装置的运动的最小行程位置，防止阀芯290在增大阀芯290开度时，撞击驱动机构，如撞击丝杠130、丝杠螺母180，造成结构损坏。

本实施例中使用第一传感器321、第二传感器320与控制器连接，实现了原定回归和行程限位的两个功能。原点回归的初始位置有两种可能，第一种可能是此时阀芯290的位置处于最小行程和最大行程之间，即，阀芯290处于第一传感器321和第二传感器320之间，此种情况下，阀芯290以固定的速度向第一传感器321位置靠近，直至第一传感器321被触发，阀芯290停止运动，阀芯290回到原点；第二种可能是阀芯290由于错误操作，触碰到了第一传感器321，在第一传感器321处被紧急停止，此种情况下，阀芯290需要向第二传感器320方向前进一部分距离，然后再以规定的速度向第一传感器靠近，直至第一传感器被触发，阀芯停止运动，阀芯回到原点。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种汽蚀文氏管，其特征在于，包括阀芯和文氏管壳体，其中：

所述文氏管壳体内的流道包括有沿流体流动方向依次连通的收缩段、喉部和扩张段，所述阀芯可移动的设置以与所述喉部配合调节所述流体的流量；

所述阀芯具有锥状部，所述锥状部由所述扩张段经所述喉部伸入至所述收缩段，且所述锥状部的径向截面沿所述扩张段至所述收缩段方向呈缩小的趋势；

所述阀芯的外壁面包括沿其轴向依次相连接的针锥面、针锥收缩面和圆柱面，其中:

所述针锥面作为所述锥状部的外壁面，用以与所述喉部形成所述流道的最小流通截面；

所述圆柱面所在的部分连接有用以驱动所述阀芯移动的驱动机构，所述针锥收缩面的直径沿所述针锥面至所述圆柱面方向呈减小的趋势，以缩小所述圆柱面的径向截面。

2.根据权利要求1所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述喉部的内型面形成有针锥平行面，所述针锥平行面与所述针锥面相平行，且两者配合形成所述流道的最小流通截面。

3.根据权利要求2所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述文氏管壳体的内型面还包括有入口收缩面、出口扩张面和管接头密封面，其中：

所述管接头密封面用以与管接头密封连接，并形成流道入口；所述入口收缩面和所述出口扩张面均与所述针锥平行面连接，所述入口收缩面与所述针锥面的部分配合形成所述收缩段，所述出口扩张面与所述针锥面的部分、所述针锥收缩面配合形成所述扩张段；

所述文氏管壳体侧部设置有流道出口，所述流道出口位于所述扩张段的下游。

4.根据权利要求1-3任一项所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述汽蚀文氏管还包括有驱动机构，所述驱动机构包括驱动装置、丝杠、丝杠螺母和驱动块，其中：

所述驱动装置的输出轴与所述丝杠连接，所述丝杠与所述丝杠螺母螺纹连接，所述驱动块的一端与所述丝杠螺母固定连接，另一端与所述阀芯固定连接，所述驱动装置正转和反转时，能通过所述丝杠和所述丝杠螺母的配合结构带动所述驱动块和所述阀芯沿轴向往复直线运动。

5.根据权利要求4所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述驱动装置为超声电机，所述超声电机的输出轴为中空轴，所述丝杠的至少部分伸入至所述中空轴内且两者固定连接。

6.根据权利要求4所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述汽蚀文氏管上还固定有光轴，所述光轴位于所述文氏管壳体外，所述光轴、所述丝杠和所述阀芯三者的轴线相互平行，所述光轴与所述驱动块之间滑动连接，用以限制所述驱动块转动。

7.根据权利要求4所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述汽蚀文氏管还包括有固定架和连接框，所述驱动装置设置于所述固定架上，所述连接框连接所述固定架和所述文氏管壳体；

所述连接框具有内腔，所述驱动块具有卡套部，所述丝杠螺母固定于所述卡套部内，所述卡套部位于所述内腔中，所述内腔的侧壁用以限制所述卡套部的径向位移；

且所述连接框上设置有安装孔，所述阀芯穿过所述安装孔与所述驱动块固定连接，所述安装孔的侧壁用以限制所述阀芯的径向位移。

8.根据权利要求4所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述汽蚀文氏管还包括有：

第一传感器，用于检测所述驱动块的位置，所述第一传感器的位置满足：当其能够检测到所述驱动块时，所述阀芯在所述文氏管壳体内处于开度为0的位置；

控制器，与所述第一传感器和所述驱动装置均电连接，用于在未接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置运动以使所述阀芯回归至开度为0的位置，且用于在接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置停止运动。

9.根据权利要求4所述的汽蚀文氏管，其特征在于，所述汽蚀文氏管还包括有：

第二传感器，用于检测所述驱动块的位置，所述第二传感器的位置满足：当其能够检测到驱动块时，所述阀芯相对于所述驱动装置的距离处于最小行程位置处；

控制器，与所述第二传感器和所述驱动装置均电连接，用于在接收到所述驱动块的位置信号时控制所述驱动装置停止运动以防止所述阀芯撞击所述驱动装置。

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