CN115654185A

CN115654185A - 一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门

Info

Publication number: CN115654185A
Application number: CN202211377894.7A
Authority: CN
Inventors: 孙志群; 李强; 张盛森; 樊江涛; 曲普
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-01-31

Abstract

本发明提供了一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，属于高速水下射弹的技术领域，上述自力差动阀门，能够保持二氧化碳充压10MPa，并在超临界二氧化碳相变至300MPa时快速开启阀门，整个状态转换过程通过机械差动实现，提高了响应速度，可满足超临界二氧化碳高压系统的快速释放要求，而且不涉及电控系统，简化了整体结构。

Description

一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门

技术领域

本发明属于阀门的技术领域，具体公开了一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门。

背景技术

阀门作为高压系统介质的密闭和释放装置，其响应的快速性直接影响到高压系统的性能。随着对高压系统工作状态转换快速性要求的提高，对阀门的快速响应同时提高。

目前，高压介质的阀门主要采用手动阀门、电磁阀门及自力差动阀门，但由于特殊工况下超临界二氧化碳相变过程仅为80ms左右，手动阀形式在安全性及快速响应方面均无法达到要求；电磁阀响应时间快于手动阀，但电磁阀需要配置相应的电控系统，整体结构复杂；自力差动阀门是利用自身结构，通过内部气体介质自身能量进行动作的阀门，其在响应时间上可根据介质能量达到毫秒级别，但现有自力差动阀门可实现静压状态的阀门开关，无法实现超临界二氧化碳增长过程中的阀门开闭。

发明内容

本发明提供一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，解决现有阀门无法满足超临界二氧化碳增长过程中开闭的技术问题。

本发明提供一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，包括储气室、泄气阀、泄气阀弹簧、活塞通道、运动活塞、活塞弹簧、固定壳体、气道、移动壳体、牵引杆、牵引索、止动销、外壳、端盖、曲线杠杆和曲线杠杆弹簧；储气室上设置有泄气口和气道接口Ⅰ，泄气口和气道接口Ⅰ均绕储气室的中心轴线均匀布置；泄气阀包括活塞部和杆部，活塞部密封滑动在泄气口内，杆部密封穿过泄气口；泄气阀弹簧套设在杆部上，两端分别与杆部和泄气口外壁连接；活塞通道的两端分别为封闭端和开口端，开口端与储气室连通，活塞通道的侧壁上设置有气孔；运动活塞密封滑动安装在活塞通道内，活塞弹簧的两端分别与运动活塞和活塞通道的封闭端连接；固定壳体固定安装在活塞通道外侧，设置有气道接口Ⅱ和止动销孔Ⅱ，气道接口Ⅱ与气道接口Ⅰ由气道连通；移动壳体密封滑动插设在固定壳体和活塞通道之间，移动壳体、固定壳体和活塞通道围合成与气道连通的气室Ⅰ，移动壳体上设置有止动销孔Ⅰ，移动壳体位于固定壳体外的端部安装有牵引杆；牵引杆通过牵引索与泄气阀的杆部连接；止动销活动穿过止动销孔Ⅱ和止动销孔Ⅰ；外壳固定安装在固定壳体外，将止动销围合在内；端盖套设在活塞通道外，活塞通道上的气孔位于端盖内；曲线杠杆包括依次连接直线段Ⅰ、曲线段、连接段和直线段Ⅱ，直线段Ⅰ穿过外壳，曲线段穿过止动销和牵引杆，直线段Ⅱ密封滑动插设在活塞通道和端盖之间，直线段Ⅱ、活塞通道和端盖围合成与气孔连通的气室Ⅱ，曲线段与活塞通道中心轴线之间的距离由直线段Ⅰ到连接段逐渐增大；曲线杠杆弹簧套设在直线段Ⅰ位于外壳外的杆体上，两端分别与直线段Ⅰ和外壳连接。

进一步地，储气室与活塞通道的衔接段为锥形结构，活塞通道的开口端位于锥形结构的最窄处。

进一步地，用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门还包括与泄气口连通的泄气支管。

进一步地，多根泄气支管汇合为泄气总管。

进一步地，储气室和活塞通道一体成型。

进一步地，储气室和活塞通道的中心轴线共线，泄气口、气道、牵引杆均以储气室和活塞通道的中心轴线为对称轴对称设置。

进一步地，泄气阀弹簧、活塞弹簧和曲线杠杆弹簧均为高刚弹簧，牵引索为钢索。

本发明具有以下有益效果。

1、上述自力差动阀门，能够保持二氧化碳充压10MPa，并在超临界二氧化碳相变至300MPa时快速开启阀门，整个状态转换过程通过机械差动实现，提高了响应速度，可满足超临界二氧化碳高压系统的快速释放要求，而且不涉及电控系统，简化了整体结构。

2、上述自力差动阀门中，储气室具有将高压气体集中到活塞接触面和达到预定压力时快速释放气室气体的功能，储气室与运动活塞相临端的气室结构呈锥形，起到聚气作用，便于二氧化碳发生超临界反应后充入活塞通道，储气室具有较大的泄气口，当泄气阀打开时，能迅速将气室内高压气体释放，能够满足实际需要。

3、上述自力差动阀门以配有活塞弹簧的运动活塞为控压装置，运动活塞面直接与储气室气体接触，当储气室中二氧化碳发生超临界相变反应时，储气室内压力瞬间增大，当达到运动活塞的预设运动压力时，运动活塞向后运动，通过装配活塞弹簧刚度大小来匹配运动活塞预设运动压力，具备较高可靠性的同时可以节约成本。

4、上述自力差动阀门由止动销对牵引杆进行限位，当储气室达到预设压力时，运动活塞运动到行程末端，高压气体通过两侧气室Ⅱ推动曲线杠杆向前运动，由于曲线杠杆的结构特点，可将止动销提起，防止气压未达到要求泄气阀过早开启，此控压机构简单，可靠性高，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门的结构示意图；

图2为图1中储气室部分的放大图；

图3为图2中活塞通道部分的放大图；

图中：1-储气室、2-泄气阀、3-泄气阀弹簧、4-活塞通道、5-运动活塞、6-活塞弹簧、7-固定壳体、8-气道、9-移动壳体、10-牵引杆、11-牵引索、12-止动销、13-外壳、14-端盖、15-曲线杠杆、16-曲线杠杆弹簧、17-气室Ⅰ、18-气室Ⅱ、19-泄气支管、20-泄气总管。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，包括储气室1、泄气阀2、泄气阀弹簧3、活塞通道4、运动活塞5、活塞弹簧6、固定壳体7、气道8、移动壳体9、牵引杆10、牵引索11、止动销12、外壳13、端盖14、曲线杠杆15和曲线杠杆弹簧16。

储气室1上设置有泄气口和气道接口Ⅰ，泄气口和气道接口Ⅰ均绕储气室1的中心轴线均匀布置；泄气阀2包括活塞部和杆部，活塞部密封滑动在泄气口内，杆部密封穿过泄气口；泄气阀弹簧3套设在杆部上，两端分别与杆部和泄气口外壁连接；活塞通道4的两端分别为封闭端和开口端，开口端与储气室1连通，活塞通道4的侧壁上设置有气孔；运动活塞5密封滑动安装在活塞通道4内，活塞弹簧6的两端分别与运动活塞5和活塞通道4的封闭端连接；固定壳体7固定安装在活塞通道4外侧，设置有气道接口Ⅱ和止动销孔Ⅱ，气道接口Ⅱ与气道接口Ⅰ由气道8连通；移动壳体9密封滑动插设在固定壳体7和活塞通道4之间，移动壳体9、固定壳体7和活塞通道4围合成与气道8连通的气室Ⅰ17，移动壳体9上设置有止动销孔Ⅰ，移动壳体9位于固定壳体7外的端部安装有牵引杆10；牵引杆10通过牵引索11与泄气阀2的杆部连接；止动销12活动穿过止动销孔Ⅱ和止动销孔Ⅰ；外壳13固定安装在固定壳体7外，将止动销12围合在内；端盖14套设在活塞通道4外，活塞通道4上的气孔位于端盖14内；曲线杠杆15包括依次连接直线段Ⅰ、曲线段、连接段和直线段Ⅱ，直线段Ⅰ穿过外壳13，曲线段穿过止动销12和牵引杆10，直线段Ⅱ密封滑动插设在活塞通道4和端盖14之间，直线段Ⅱ、活塞通道4和端盖14围合成与气孔连通的气室Ⅱ18，曲线段与活塞通道4中心轴线之间的距离由直线段Ⅰ到连接段逐渐增大；曲线杠杆弹簧16套设在直线段Ⅰ位于外壳13外的杆体上，两端分别与直线段Ⅰ和外壳13连接。

进一步地，储气室1与活塞通道4的衔接段为锥形结构，活塞通道4的开口端位于锥形结构的最窄处。锥形结构起到聚气作用。

进一步地，用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门还包括与泄气口连通的泄气支管19。

进一步地，多根泄气支管19汇合为泄气总管20。

进一步地，储气室1和活塞通道4一体成型。

进一步地，储气室1和活塞通道4的中心轴线共线，泄气口、气道8、牵引杆10均以储气室1和活塞通道4的中心轴线为对称轴对称设置。

进一步地，泄气阀弹簧3、活塞弹簧6和曲线杠杆弹簧16均为高刚弹簧，牵引索10为钢索。

上述用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门的工作过程如下所述。

储气室1内充入二氧化碳，当二氧化碳发生超临界相变反应时，储气室1内压力迅速升高，一部分高压气体通过气道8进入气室Ⅰ17，由于止动销12的限位作用，此时移动壳体9和牵引杆10处于静止状态。由于聚气设计，当气压达到运动活塞5预设运动压力时，一部分高压气体迅速推动运动活塞5向后运动，活塞弹簧6被压缩，当运动活塞5移动过活塞通道4侧壁上的气孔时，高压气体通过气室Ⅱ18推动曲线杠杆15向前运动，由于曲线段前低后高的特殊结构，向前运动的同时将止动销12向上提起，使止动销12移出移动壳体9上的止动销孔Ⅰ，移动壳体9和牵引杆10在气室Ⅰ17进入的高压气体的作用下向后运动，通过牵引索11带动泄气阀2开启，泄气阀弹簧3被压缩，高压气体从两侧泄气口处迅速排出。当储气室1内部气体排尽时，储气室1内气压降至大气压，泄气阀2、移动壳体9和牵引杆10在泄气阀弹簧3的作用下复位，泄气阀2关闭，曲线杠杆15在曲线杠杆弹簧16的作用下复位，带动止动销12向下运动，进入移动壳体9上的止动销孔Ⅰ，将移动壳体9限位。运动活塞5在活塞弹簧6的作用下复位，整个自力差动阀门动作完成。

上述一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，能够保持二氧化碳充压10MPa，并在超临界二氧化碳相变至300MPa时快速开启阀门，整个状态转换过程通过机械差动实现，提高了响应速度，可满足超临界二氧化碳高压系统的快速释放要求，而且不涉及电控系统，简化了整体结构。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，其特征在于，包括储气室、泄气阀、泄气阀弹簧、活塞通道、运动活塞、活塞弹簧、固定壳体、气道、移动壳体、牵引杆、牵引索、止动销、外壳、端盖、曲线杠杆和曲线杠杆弹簧；

所述储气室上设置有泄气口和气道接口Ⅰ，泄气口和气道接口Ⅰ均绕储气室的中心轴线均匀布置；

所述泄气阀包括活塞部和杆部，活塞部密封滑动在泄气口内，杆部密封穿过泄气口；

所述泄气阀弹簧套设在杆部上，两端分别与杆部和泄气口外壁连接；

所述活塞通道的两端分别为封闭端和开口端，开口端与储气室连通，活塞通道的侧壁上设置有气孔；

所述运动活塞密封滑动安装在活塞通道内，活塞弹簧的两端分别与运动活塞和活塞通道的封闭端连接；

所述固定壳体固定安装在活塞通道外侧，设置有气道接口Ⅱ和止动销孔Ⅱ，气道接口Ⅱ与气道接口Ⅰ由气道连通；

所述移动壳体密封滑动插设在固定壳体和活塞通道之间，移动壳体、固定壳体和活塞通道围合成与气道连通的气室Ⅰ，移动壳体上设置有止动销孔Ⅰ，移动壳体位于固定壳体外的端部安装有牵引杆；

所述牵引杆通过牵引索与泄气阀的杆部连接；

所述止动销活动穿过止动销孔Ⅱ和止动销孔Ⅰ；

所述外壳固定安装在固定壳体外，将止动销围合在内；

所述端盖套设在活塞通道外，活塞通道上的气孔位于端盖内；

所述曲线杠杆包括依次连接直线段Ⅰ、曲线段、连接段和直线段Ⅱ，直线段Ⅰ穿过外壳，曲线段穿过止动销和牵引杆，直线段Ⅱ密封滑动插设在活塞通道和端盖之间，直线段Ⅱ、活塞通道和端盖围合成与气孔连通的气室Ⅱ，曲线段与活塞通道中心轴线之间的距离由直线段Ⅰ到连接段逐渐增大；

所述曲线杠杆弹簧套设在直线段Ⅰ位于外壳外的杆体上，两端分别与直线段Ⅰ和外壳连接。

2.根据权利要求1所述的用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，其特征在于，储气室与活塞通道的衔接段为锥形结构，活塞通道的开口端位于锥形结构的最窄处。

3.根据权利要求2所述的用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，其特征在于，还包括与泄气口连通的泄气支管。

4.根据权利要求3所述的用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，其特征在于，多根泄气支管汇合为泄气总管。

5.根据权利要求1-4任一项所述的用于控制超临界二氧化碳压力的自力差动阀门，其特征在于，储气室和活塞通道一体成型。

6.根据权利要求5所述的变结构水下弹丸，其特征在于，储气室和活塞通道的中心轴线共线，泄气口、气道、牵引杆均以储气室和活塞通道的中心轴线为对称轴对称设置。

7.根据权利要求6所述的变结构水下弹丸，其特征在于，泄气阀弹簧、活塞弹簧和曲线杠杆弹簧均为高刚弹簧，牵引索为钢索。