CN201540196U - 一种高精度气流流量调节阀 - Google Patents

Abstract

一种高精度气流流量调节阀，它涉及流量调节阀。它解决了操纵惯性大，干扰大，影响测量的准确度；在较大气动载荷的作用下，导致其在移动过程中运行不够稳定，经常被卡住，降低了试验效率的问题。本实用新型的辅助固定环设在调节阀左段壳体的左端，收缩段型面设在调节阀左段壳体的内环壁上，收缩段型面的内壁呈曲线形，调节阀中段壳体设在调节阀左段壳体与调节阀右段壳体之间，活动套筒设在滚珠丝杆上，导向杆左端设在活动套筒的环腔壁内、右端设在调节阀中段壳体上，滚珠丝杆与减速器连接，调节阀中段壳体与调节阀左段壳体和调节阀右段壳体连接，减速器与电机连接。本实用新型具有控制精度高、调节性能好、载荷小和体积小的优点。

Description

一种高精度气流流量调节阀

技术领域

本实用新型属于飞行器进气道风洞试验设备，具体涉及一种高精度气流流量调节阀。

背景技术

目前，在进行飞行器进气道试验时，进气流流量的控制是通过流量计中的流量控制装置来实现的。由于气流流量控制装置与气流流量测量装置在结构上是融合为一体的，气流流量控制装置的调节阀恰好是利用了气流流量测量装置的扩散段，阀体为锥形阀体，虽然调节范围较宽，但由于气流直接作用在调节部件上，使其操纵惯性大。因此，要求驱动的电机功率较大，而大功率的交流电机对测量装置的传感器的干扰较大，影响了气流流量测量的准精度；另外锥形调节阀在较大气动载荷的作用下，导致其在移动过程中运行不够稳定，经常被“卡住”，降低了试验效率。

发明内容

本实用新型为了解决现有气流流量调节阀气流直接作用在调节部件上，使其操纵惯性大，要求驱动的电机功率大，而大功率的交流电机对测量装置的干扰较大，影响了气流流量测量的准确度；另外锥形调节阀在较大气动载荷的作用下，导致其在移动过程中运行不够稳定，经常被卡住，降低了试验效率的问题，提供了一种高精度气流流量调节阀，解决该问题的具体技术方案如下：

本实用新型是一种高精度气流流量调节阀，由辅助固定环、调节阀左段壳体、收缩段型面、活动套筒、调节阀中段壳体、滚珠丝杆、导向杆、调节阀右段壳体和减速器组成，辅助固定环设在调节阀左段壳体的左端，收缩段型面设在调节阀左段壳体的内环壁上，收缩段型面的内壁呈曲线形，调节阀中段壳体设在调节阀左段壳体与调节阀右段壳体之间，活动套筒设在滚珠丝杆上，导向杆的左端设在活动套筒的环腔壁内、右端设在调节阀中段壳体上，滚珠丝杆与减速器连接，调节阀中段壳体的左端与调节阀左段壳体的右端连接，调节阀中段壳体的右端与调节阀右段壳体的左端连接，减速器与电机连接。

本实用新型是一种高精度气流流量调节阀，与气流流量测量装置在结构上相分离，减小了对气流流量测量装置的电信号干扰；采用套筒阀代替锥形阀，在工作状态下能获得线性或接近线性的调节特性，气流均匀性好，调节范围宽；套筒移动过程中阻力变化均匀，全开位置时阻力较小；气流不直接作用在套筒上，使其控制构件运动灵活，采用小功率的直流电机来驱动阀门，将气流流量调节阀远离气流流量测量装置，能消除它对气流流量测量装置的干扰，有利于气流流量测量精度的提高；调节阀收缩段型面曲线是经过数值模拟和风洞试验优化得到的，不仅阀门前后气流总压损失小，而且在有效的流量控制行程范围内线性特性好。它还具有控制精度高、调节性能好、载荷小和体积小的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；图2为图1的D向视图；图3为图1的E向视图；图4为图1A-A的剖面视图；图5为为图1B-B的剖面视图；图6为图1C-C的剖面视图；图7为本实用新型的气流量控制曲线；图8是现有锥形气流流量调节部分的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1描述本实施方式。本实施方式由辅助固定环1、调节阀左段壳体2、收缩段型面3、活动套筒4、调节阀中段壳体5、滚珠丝杆6、导向杆7、调节阀右段壳体8和减速器9组成，辅助固定环1设在调节阀左段壳体2的左端，收缩段型面3设在调节阀左段壳体2的内环壁上，收缩段型面3的内壁呈曲线形，调节阀中段壳体5设在调节阀左段壳体2与调节阀右段壳体8之间，活动套筒4设在滚珠丝杆6上，两根导向杆7的左端设在活动套筒4的环腔壁内、右端固定于调节阀中段壳体5的内环上，滚珠丝杆6与减速器9连接，调节阀中段壳体5的左端与调节阀左段壳体2的右端连接，调节阀中段壳体5的右端与调节阀右段壳体8的左端连接，减速器9与电机连接。

具体实施方式二：本实施方式的控制电机由交流改为直流，型号为：ElmoAPM SAR3ACN直流伺服电机，并将其放在了风洞外的原消音器的位置，取代了消音器。

具体实施方式三：结合图1描述本实施方式。本实施方式活动套筒4采用金属铜制成。

流量调节阀的结构图见图1。

本实用新型选用了活动套筒4的结构，通过活动套筒4和收缩段型面3的配合，实现对气流流量的控制；其优点是在主要工作状态下可以获得线性或接近线性调节特性，气流均匀、对称性好，调节范围宽；活动套筒4移动过程中阻力较小且变化均匀，全开位置时阻力较小；由于气流没有直接作用在活动套筒4上，使其控制构件运动灵活。这样可以考虑选用小功率的直流电机9来驱动阀门，以减小对流量测量装置传感器信号的干扰。活动套筒4为金属铜制成，靠滚珠丝杠6驱动直线运动，利用两根直径圆杆作为导向杆7。

套筒阀的设计难点和关键点在于其收缩段型面3曲线的设计。根据实际应用的需要对套筒阀的收缩段型面3曲线进行优化设计。通过CFD计算和风洞试验最终确定出压力损失相对小、调节特性曲线m～L最接近线性的收缩段型面3曲线。

传动部分：

所选主要标准型号为：

滚珠丝杠：

型号：FSI32-5T3，

导程：5毫米，

丝杠：直径32毫米。

电机：

型号：Elmo APM SAR3ACN直流伺服电机

功率：0.1KW

转速：3000转/分钟

转动惯量：4Kgm²

额定扭矩：0.32NM

最大扭矩：0.95NM

减速器：

型号：德国NEUGART行星减速器PLE40

额定扭矩：    20NM

最大扭矩：    40NM

减速比：      32

套筒运动速度：v＝3000x5/32＝7.8mm/s，满行程100毫米，共需要12.8秒，满足试验所需的速度。

丝杠推力的计算：

$F=\frac{2\mathrm{\π}\×\mathrm{\η}\×T}{L}$

其中：为丝杠效率取0.85；

T驱动丝杠的扭矩取0.32x32＝10.24NM；

L丝杠导程取5毫米。

带入计算的F＝10932.224N。

通过对套筒进行受力分析可知，套筒受到最大的力为：

F1＝(154²-130²)×π＝535.056N

导杆摩擦力估算：

导杆与导向块之间的摩擦系数取0.5

当最大驱动力矩全部作用于导杆时，力臂取55毫米摩擦力：

f＝0.32×32×0.5×1000/55＝93.09N

由以上的计算可知F＞＞F1+f，传动系统对阀门是能够满足要求的。

Claims (3)

1.一种高精度气流流量调节阀，它由辅助固定环(1)、调节阀左段壳体(2)、收缩段型面(3)、活动套筒(4)、调节阀中段壳体(5)、滚珠丝杆(6)、导向杆(7)、调节阀右段壳体(8)和减速器(9)组成，其特征在于辅助固定环(1)设在调节阀左段壳体(2)的左端，收缩段型面(3)设在调节阀左段壳体(2)的内环壁上，收缩段型面(3)的内壁呈曲线形，调节阀中段壳体(5)设在调节阀左段壳体(2)与调节阀右段壳体(8)之间，活动套筒(4)设在滚珠丝杆(6)上，导向杆(7)的左端设在活动套筒(4)的环腔壁内、右端设在调节阀中段壳体(5)的内环上，滚珠丝杆(6)与减速器(9)连接，调节阀中段壳体(5)的左端与调节阀左段壳体(2)的右端连接，调节阀中段壳体(5)的右端与调节阀右段壳体(8)的左端连接，减速器(9)与电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度气流流量调节阀，其特征在于控制电机采用直流伺服电机，型号为：Elmo APM SAR3ACN直流伺服电机。

3.根据权利要求1所述的一种高精度气流流量调节阀，其特征在于活动套筒(4)采用金属铜制成。

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