CN113309698B - 多组元流体比例控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多组元流体比例控制器，包括壳体、传动轴、计量组件。壳体内部挖空设置液体腔。高度不同的壳体纵向叠加以形成箱体，相邻两壳体通过轴承板分隔。在O₁、O₂、O₃三点分别对应安装一根传动轴，若干壳体共用传动轴，通过齿轮使传动轴同步旋转。每一壳体内设置计量组件以形成流量控制通道，计量组件包括阻漏转子和排量转子。阻漏转子安装在O₃所对应的传动轴上。排量转子分别安装在O₁、O₂所对应的传动轴上。任意转动位置腔体、阻漏转子和至少一个排量转子均会形成一个连续的毛细密封层，流体推动排量转子转动完成多组元流量配比。本发明具有结构简单，运动阻尼小和流体比例控制精度高等优点。

Description

多组元流体比例控制器

技术领域

本发明涉及机械工程领域，具体涉及一种多组元流体比例控制器。

背景技术

目前容积式流体比例控制器一般有椭圆齿轮式、罗茨式和金属刮板式等结构形式，然而椭圆齿轮式和罗茨式流体比例控制器运动部件的几何型面较为复杂，加工难度大和装配精度不高，导致配合间隙泄漏较为严重，使得多组元(通常是二组元或三组元)配比精度下降；金属刮板式流体比例控制器的金属刮板运动较为复杂，而且金属刮板直接与壳体内壁接触摩擦，导致金属刮板长时间运行后易磨损，降低了各组元的配比精度。

另外，对于多组元的流体比例控制，在现有技术中是采用多个彼此独立同步协作的计量部件，但是因流体比例控制器内泄漏和其他因素影响，多组元实际流量配比比例与理论值存在较大偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种多组元流体比例控制器，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：

多组元流体比例控制器，包括

壳体，所述壳体内部挖空设置液体腔，所述液体腔包括第一弧形壁、第二弧形壁、第三弧形壁、第一连接壁、第二连接壁、第三连接壁。

所述第一弧形壁所对应的圆心是O₁；所述第二弧形壁所对应的圆心是O₂；所述第三弧形壁所对应的圆心是O₃；其中O₁、O₂、O₃分别位于直角等腰三角形的三个点上，O₃位于直角所在的顶点上。

所述第一连接壁切于所述第一弧形壁和所述第三弧形壁；所述第二连接壁切于所述第二弧形壁和所述第三弧形壁；所述第三连接壁连接第一弧形壁和第二弧形壁。

在第一连接壁和第二连接壁上分别设置接口。

至少两个高度不同的壳体纵向叠加以形成箱体，所述箱体包括若干不同容积的壳体；上下相邻的两所述壳体之间通过轴承板分隔；箱体顶部采用上端盖封闭，箱体底部采用下端盖封闭。

传动轴，在O₁、O₂、O₃三点分别对应安装一根传动轴，若干壳体共用传动轴，在传动轴的一端设置齿轮，使传动轴同步旋转。

每一壳体内设置计量组件以形成流量控制通道，所述计量组件包括阻漏转子和排量转子。

所述阻漏转子包括“工”字形的转子本体，在转子本体边缘设置弧形叶片，弧形叶片所对应的圆心角至少为90°；所述阻漏转子安装在O₃所对应的传动轴上，所述弧形叶片与第三弧形壁相切。

所述排量转子包括矩形叶片；所述排量转子分别安装在O₁、O₂所对应的传动轴上，所述矩形叶片与第一弧形壁和第二弧形壁相切。

进一步的：所述排量转子转速与阻漏转子转速的比值是2:1。

进一步的：螺栓平行于传动轴穿在下端盖、轴、壳体、轴承板以及上端盖之间，螺母在上端盖外与所述螺栓连接将下端盖、轴承板以及上端盖紧密连接。

进一步的：所述齿轮位于上端盖之外，一齿轮盖将齿轮罩住、通过螺钉固定在上端盖上。

进一步的：所述箱体包括三个高度不同的壳体。

进一步的：每一壳体内两排量转子之间的相位角为90°。

进一步的：所述上端盖具有向下的凸台，凸台嵌入壳体内壁与壳体内壁相贴；上端盖上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

进一步的：所述下端盖具有向上的凸台，凸台嵌入壳体内壁与壳体内壁相贴；下端盖上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

进一步的：所述隔板上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

进一步的：所述壳体的横截面为方形。

本发明的技术效果是：

本发明的比例控制器的多套计量部件结构形式完全相同，仅通过简单调整多套计量部件的轴向高度即可调整推进剂的配比比例，从而提高了控制器的适用范围。

比例控制器的排量转子和阻漏转子均作定轴转动，运动简单平稳，摩擦阻尼较小，使其小流量也容易启动，而且零部件之间无直接金属接触磨损，可以长久地保持配比比例精度。

此外，流入比例控制器的燃烧剂、氧化剂和冷却剂会驱动三套计量部件的排量转子和阻漏转子以相同转速转动，而排量转子和阻漏转子的转动将会带动大齿轮和小齿轮的转动，而由于大齿轮与小齿轮之间的啮合关系，从而保证排量转子和阻漏转子协同转动。

再者，比例控制器所有零部件的啮合面均为平面或圆柱面，结构简单易精密加工，从而既能够最大限度地减小零部件配合间隙造成的泄漏，又能够降低加工成本。

此外，比例控制器三套计量部件之间异相位布置，还可以减小传动轴所受流体作用力，进而减少滑动轴承与传动轴间的磨损。

本发明尤其适合用于水下热动力系统的三组元推进剂的配比比例控制，其无需任何反馈控制可在大流量范围内精确保证推进剂组元的配比比例。本发明结构简单易加工，无往复运动和摆动，无直接金属接触磨损而且小流量启动时还具有较高的配比精度。

本发明无需任何操作就能在大流量量程范围精确控制燃烧剂、氧化剂和冷却剂的配比比例，从而充分发挥推进剂的能效，提高了水下热动力系统的品质。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是图1的爆炸结构示意图；

图3是图1的横向截面结构示意图；

图4是转子之间的相互作用结构示意图；

图5是图4的爆炸结构示意图；

图6为本发明中的下端盖结构示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-壳体；2-阻漏转子；3-上端盖；4-排量转子；5-下端盖；6-轴承板；7-传动轴；8-齿轮；9-齿轮盖；10-密封槽；11-滑动轴承；12-固定螺栓。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1—图6所示，在本发明中以三组元为例子，对本发明做进一步详细的解释说明。

多组元流体比例控制器，包括壳体、传动轴、计量组件。

所述壳体内部挖空设置液体腔，所述液体腔包括第一弧形壁、第二弧形壁、第三弧形壁、第一连接壁、第二连接壁、第三连接壁。所述第一弧形壁所对应的圆心是O₁；所述第二弧形壁所对应的圆心是O₂；所述第三弧形壁所对应的圆心是O₃；其中O₁、O₂、O₃分别位于直角等腰三角形的三个点上，O₃位于直角所在的顶点上。所述第一连接壁切于所述第一弧形壁和所述第三弧形壁；所述第二连接壁切于所述第二弧形壁和所述第三弧形壁；所述第三连接壁连接第一弧形壁和第二弧形壁。在第一连接壁和第二连接壁上分别设置接口。接口是快插接口，接口处还设置固定螺纹孔。

三个高度不同的壳体纵向叠加以形成箱体(从上向下分别是燃烧剂路壳体、冷却剂路壳体和氧化剂路壳体)，所述箱体包括若干不同容积的壳体；上下相邻的两所述壳体之间通过轴承板分隔；箱体顶部采用上端盖封闭，箱体底部采用下端盖封闭。

所述上端盖3为凸台设计，弧形凸台与燃烧剂路外壳精密配合且设置有三个通孔用以安装滑动轴承11，而其平台上则设置有密封槽10用以安装O形密封圈。

如图6所示，所述下端盖5也为凸台设计，弧形凸台与氧化剂路外壳精密配合且设置为三个沉孔用以安装滑动轴承11，其平台上也设置有密封槽10用以安装O形密封圈。所述轴承板6将三套计量部件隔开而形成三路相对独立且同转速的流道，且其设置有三个通孔和密封槽10用以安装滑动轴承11和O形密封圈。

传动轴，在O₁、O₂、O₃三点分别对应安装一根传动轴，若干壳体共用传动轴，在传动轴的一端设置齿轮8，使传动轴同步旋转。

所述齿轮组包括两个小齿轮和一个大齿轮，大齿轮安装在O₃所对应的传动轴上，通过固定螺钉与传动轴7进行连接；小齿轮也通过固定螺钉与O₁和O₂所对应的传动轴7进行连接。

小齿轮和大齿轮的模数相同，但是小齿轮的齿数为大齿轮的一半，从而保证排量转子4和阻漏转子2以固定的转速比旋转，因此所述排量转子转速与阻漏转子转速的比值是2:1。齿轮盖9设置有四个通孔，通过螺钉将其与上端盖3固定，用以保护齿轮组。

每一壳体内设置计量组件以形成流量控制通道，所述计量组件包括阻漏转子和排量转子。

如图4所示，所述阻漏转子包括“工”字形的转子本体，在转子本体边缘设置弧形叶片，弧形叶片所对应的圆心角至少为90°；所述阻漏转子安装在O₃所对应的传动轴上，所述弧形叶片与第三弧形壁相切。

如图4所示，所述阻漏转子2为圆弧形设计且其弧度至少为90°，转子中心设置有通孔用以与其传动轴7进行过渡甚至过盈配合，其侧面设置有螺纹孔通过紧定螺钉与其传动轴7进行固定，使得阻漏转子2与传动轴7同步转动。所述传动轴7上也依次设置有燃烧剂路螺纹孔、冷却剂路螺纹孔和氧化剂路螺纹孔，而且三路螺纹孔沿周向可具有180°相位差，以减少传动轴7所受流体作用力。

如图3所示所述排量转子包括矩形叶片；所述排量转子分别安装在O₁、O₂所对应的传动轴上，所述矩形叶片与第一弧形壁和第二弧形壁相切；每一壳体内不同传动轴上的两个排量转子之间的相位角为90°。

如图3所示，所述排量转子4为矩形叶片且其径向端面设置为圆弧面以与其壳体1内表面精密配合，矩形叶片末端附近设置有两个锥形凹坑用以对其进行固定，排量转子4的传动轴上设置有叶片槽，叶片槽的一侧设置有螺纹孔，通过紧定螺钉实现矩形叶片与传动轴7的固定。所述传动轴上依次设置有燃烧剂路叶片槽、冷却剂路叶片槽和氧化剂路叶片槽，上下相邻的两个叶片槽在周向的相位差是180°，如图3所示，以减少传动轴所受流体作用力。

所述壳体的横截面为方形。在壳体的四角设置螺栓，所述螺栓12平行于传动轴穿在下端盖、轴、壳体、轴承板以及上端盖之间，螺母在上端盖外与所述螺栓连接将下端盖、轴承板以及上端盖紧密连接。

本发明所提供的多组元流体比例控制器，其不仅结构简单易加工，无往复运动和摆动，无直接金属接触磨损而且小流量启动时还具有较高的配比精度。

比例控制器的三套计量部件结构形式完全相同，仅通过简单调整三套计量部件的轴向高度即可调整推进剂的配比比例，从而提高了控制器的适用范围。因此本发明所提供的水下热动力推进系统，适用于水下热动力系统，其无需任何反馈控制可在大流量范围内精确保证推进剂组元的配比比例。

另外，对于其他需要进行流体(主要是液体)比例控制的使用场合，根据组元的数量以及不同组元的比例要求，对壳体的容积进行调整同时也对壳体的数量进行增减，在此不做限定，也不做进一步阐述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.多组元流体比例控制器，其特征在于：包括壳体，且壳体内部挖空设置液体腔，并且液体腔包括第一弧形壁、第二弧形壁、第三弧形壁、第一连接壁、第二连接壁、第三连接壁；

所述第一弧形壁所对应的圆心是O1所述第二弧形壁所对应的圆心是O2；所述第三弧形壁所对应的圆心是O3；其中O1、O2、O3分别位于直角等腰三角形的三个点上，O3位于直角所在的顶点上；

所述第一连接壁切于所述第一弧形壁和所述第三弧形壁；所述第二连接壁切于所述第二弧形壁和所述第三弧形壁；所述第三连接壁连接第一弧形壁和第二弧形壁；

在第一连接壁和第二连接壁上分别设置接口；

至少两个高度不同的所述壳体纵向叠加以形成箱体，且箱体包括若干不同容积的壳体；上下相邻的两个壳体之间通过轴承板分隔，箱体顶部采用上端盖封闭，箱体底部采用下端盖封闭；

传动轴，在O1、O2、O3三点分别对应安装一根传动轴，若干壳体共用传动轴，在传动轴的一端设置齿轮，使传动轴同步旋转；

每一壳体内设置计量组件以形成流量控制通道，所述计量组件包括阻漏转子和排量转子；

所述阻漏转子包括“工”字形的转子本体，在转子本体边缘设置弧形叶片，弧形叶片所对应的圆心角至少为90°；所述阻漏转子安装在O3所对应的传动轴上，所述弧形叶片与第三弧形壁相切；

所述排量转子包括矩形叶片；所述排量转子分别安装在O1、O2所对应的传动轴上，所述矩形叶片与第一弧形壁和第二弧形壁相切；

所述箱体包括三个高度不同的壳体；

每组所述壳体内的两排量转子之间的相位角为90°设置；

所述轴承板上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

2.根据权利要求1所述的多组元流体比例控制器，其特征在于：所述排量转子转速与阻漏转子转速的比值是2:1。

3.根据权利要求1所述的多组元流体比例控制器，其特征在于：所述齿轮位于上端盖之外，且一齿轮盖将齿轮罩住，并且通过螺钉固定在上端盖上。

4.根据权利要求1所述的多组元流体比例控制器，其特征在于：所述上端盖具有向下的凸台，且凸台嵌入壳体内壁与壳体内壁相贴，并且上端盖上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

5.根据权利要求1所述的多组元流体比例控制器，其特征在于：所述下端盖具有向上的凸台，且凸台嵌入壳体内壁与壳体内壁相贴，并且下端盖上设置密封槽以安装密封圈进行径向密封。

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