CN204900967U - 一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，包括溢流座、上阀体、下阀体、阀芯、调压弹簧支座、调压弹簧、气体进、出口接管嘴、和阀座，其中上阀体与下阀体连接，两者之间形成敏感腔，阀芯的下阀柱插入下阀体的阀芯孔中，形成活动密封配合，阀芯的上阀柱插入阀座内孔，两者间的间隙形成气流通道；溢流座与上阀体的溢流座孔形成活动密封配合；溢流座下端设有嵌入式密封垫，密封垫为下端带有锥角的圆柱结构，锥角为10-25°；阀芯表面设有保护层，保护层厚度为0.003mm～0.03mm，该减压阀具有可靠优异的对外密封性能，且阀芯的预开度与总行程满足合理的设计值，减压阀的建压响应时间控制在0.5s以内，此外大大增加了减压阀工作的高可靠性。

Description

一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，特别是涉及一种运载火箭推力矢量控制系统用高压大流量气体减压阀。

背景技术

目前，国外在挤压式伺服系统领域的技术发展情况如下：

国外伺服产品中提出了一种以单纯的依靠高压气体挤压液压油产生高压油液为伺服作动器提供液压能源的液压伺服系统，根据挤压式伺服系统的方案，高压气瓶输出的高压氦气经高压减压阀调节后，为系统提供所需的额定工作压力。减压阀是挤压能源中重要的控制调节元件，它不仅起到降压的作用还要起到稳压的作用，确保气体功率转换的平稳，是确保该方案成功的关键元件。国外的高压减压阀中能够达到挤压式伺服系统需要的输出压力和流量的产品很少，即使有能够达到的，密封性能和可靠性也无法满足航天飞行的要求。

国内在减压阀方面的技术发展情况如下：

目前，国内减压阀输出功率较低，响应时间长，无法满足挤压式伺服系统高功率、快响应的需求；产品结构复杂，可靠性低，无法满足挤压式伺服系统高可靠性的要求；另外，国内减压阀的密封结构无法满足挤压式伺服系统高密封性的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，该减压阀具有可靠优异的对外密封性能，且阀芯的预开度与总行程满足合理的设计值，减压阀的建压响应时间控制在0.5s以内，此外大大增加了减压阀工作的高可靠性。

本实用新型的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，包括溢流座、上阀体、下阀体、阀芯、调压弹簧支座、调压弹簧、保护挡圈、密封圈和阀座，其中上阀体与下阀体连接，两者之间形成敏感腔，溢流座上端与调压弹簧支座接触，下端与阀芯接触，调压弹簧设置在调压弹簧支座上，阀座与下阀体连接，其特征在于：阀芯的下阀柱插入下阀体的阀芯孔中，形成活动密封配合，阀芯的上阀柱插入阀座内孔，两者间的间隙形成气流通道；溢流座与上阀体的溢流座孔形成活动密封配合，密封配合处设有密封圈和保护挡圈；溢流座下端设有嵌入式密封垫，所述密封垫为下端带有锥角的圆柱结构，所述锥角为10-25°；所述阀芯表面设有保护层，保护层厚度为0.003mm～0.03mm。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，溢流座中间设有通气孔，通气孔与溢流座外圆同轴度取值为

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，溢流座与上阀体的溢流座孔形成活动密封的配合间隙为0.005mm～0.06mm。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，阀芯下阀柱与下阀体为活动密封配合，配合间隙取值为0.0015mm～0.06mm。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，下阀体内孔棱边处设计圆角，并去除毛刺，防止阀芯在下阀体内孔中高频率往复运动时出现卡滞；所述圆角的半径R取值为0.1～0.5mm。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，阀芯表面保护层的表面硬度为500～1000HV。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，还包括复位调节螺塞，所述复位调节螺塞与下阀体螺纹连接，两者之间设有调整垫片，通过选用不同厚度的调整垫片改变阀芯的最大行程。

在上述阀芯行程可调节的高可靠减压阀中，阀芯的上阀柱顶端与溢流座接触形成密封。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本实用新型减压阀阀芯与下阀体内孔为间隙配合，通过密封圈保证可靠动密封，适当降低配合间隙，减小密封圈的压缩量，既能保证密封，又能减小密封圈磨损；本实用新型通过大量试验对阀芯与下阀体配合结构进行优化设计，在阀芯表面设置保护层，保护层厚度为0.003mm～0.03mm，硬度为500～1000HV，显著提高了阀芯的耐磨性，避免卡死；在下阀体与阀芯配合的内孔末端进行倒圆角，并对角度进行优化设计，保证光滑过度，避免出现加工毛刺或锐边，克服了阀芯高频率运动过程中磨损严重甚至卡死的缺陷，显著提高了阀芯的运动可靠度；

(2)、本实用新型减压阀中，在下阀体与复位调节支座连接处设置调整垫片，通过选择合适厚度的调整垫片，来保证阀芯的最大行程满足设计要求，最终保证减压阀的初始建压响应时间控制在0.5s以内；

(3)、本实用新型为了防止减压阀高压腔压力过高造成危险，上阀体内设计了溢流座，溢流座位置存在三处密封结构，其中两道为动密封，通过设计优化的非金属密封垫结构形式(例如溢流座下端设有的嵌入式密封垫)、设计合理的O型密封圈压缩量，保证了可靠的对外密封，在额定工作压力下，减压阀的内、外泄漏率优于1×10^-5Pam³/s。

附图说明

图1为本实用新型减压阀外形图；

图2为本实用新型减压阀结构剖面图；

图3为本实用新型溢流座剖视图；

图4为本实用新型溢流座处高压密封结构；

图5为本实用新型阀芯与下阀体配合局部结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述：

如图1所示为本实用新型减压阀外形图，图2为本实用新型减压阀结构剖面图，该减压阀包括溢流座1、上阀体2、下阀体3、阀芯4、复位弹簧支座5、复位弹簧6、复位调节螺塞7、调整垫片8、密封圈9、调压弹簧支座10、调压弹簧11、保护挡圈12、密封圈13、气体进口接管嘴14、气体出口接管嘴15、阀座16、溢流座壳体21、聚酰亚胺密封垫22、通气孔23和保护层24。

本实用新型减压阀的上阀体2与下阀体3通过螺纹连接，两者之间形成敏感腔；气体进口接管嘴14、气体出口接管嘴15与下阀体3连接；上阀体2处设有溢流座1、调压弹簧支座10、调压弹簧11，溢流座1与上阀体2的溢流座孔形成活动密封配合。

溢流座1上端与调压弹簧支座10接触，调压弹簧11设置在调压弹簧支座10上，下端与阀芯4接触；阀座16与下阀体3通过螺纹连接，阀芯4的下阀柱插入下阀体3的阀芯孔中，并形成活动密封配合。阀芯4的上阀柱插入阀座16内孔，两者间有较大间隙，形成气流通道。阀芯4中间部位设有节流锥面，与阀座16内孔锐边配合形成节流边。阀芯4的上阀柱顶端与溢流座1接触形成密封，阀芯4的下阀柱与复位弹簧支座5接触，复位弹簧6上端与复位弹簧支座5连接，通过改变复位弹簧6的压缩量来调节阀芯4复位力。复位弹簧6下端与复位调节螺塞7接触。复位调节螺塞7与下阀体3螺纹连接，两者之间设有调整垫片8，选用不同厚度的调整垫片8可改变阀芯4的最大行程，最终实现减压阀减压时间的调节，本实施例中调整垫片8的厚度为1mm。

如图3所示为本实用新型溢流座剖视图，由图可知溢流座1下端设有嵌入式聚酰亚胺密封垫22，密封垫22为下端带有锥角的圆柱结构，锥角为10-25°，本实施例中为24°(即密封垫22为圆柱与圆台的组合结构，圆台处的锥角为10-25°，本实施例中为24°)；采用滚压或者冲压工艺得到，防止脱出。溢流座1中间设有通气孔23，通气孔23与溢流座1外圆同轴度取之间。

如图4所示为本实用新型溢流座处高压密封结构，图4给出了溢流座1与上阀体2、阀芯4的连接结构。图中共存在3处密封位置。密封部位Ⅰ为溢流座1与上阀体2内孔形成活动密封，配合间隙取0.005mm～0.06mm之间，本实施例中为0.017mm～0.029mm。该处设有密封圈13、保护挡圈12。密封部位Ⅱ为溢流座1的聚酰亚胺密封垫22与溢流座2金属壳体之间密封，该处密封垫22为下端带有锥角的圆柱结构，锥角为10-20°，加工溢流座1通气孔23之前，需用工装检测该处密封性.密封部位Ⅲ为溢流座2的聚酰亚胺密封垫22与阀芯4顶端球面的密封，该处密封通过保证阀芯4、溢流座1的安装同轴度来实现。

如图5所示为本实用新型阀芯与下阀体配合局部结构图，图5给出了阀芯4与下阀体3的连接关系，阀芯4的下阀柱与下阀体3为活动密封配合，配合间隙取0.0015mm～0.06mm之间，本实施例中为0.012mm～0.017mm。减压阀工作时，阀芯4在下阀体3内孔中高频率往复运动，存在两处易发生卡滞的部位，且阀芯4容易发生磨损，降低寿命。为此，本发明针对易卡滞部位Ⅰ、Ⅱ，将下阀体3内孔棱边处设计圆角半径R0.1～R0.5mm，并去除毛刺，本实施例中圆角半径R为0.3mm。阀芯4表面设有保护层24，保护层24厚度为0.003mm～0.03mm之间，本实施例中为0.02mm。该保护层可以通过进行QPQ盐浴复合处理得到，保护层表面硬度为500～1000HV，本实施例中为800～900HV。

如图2所示，本实用新型减压阀采用逆向卸荷原理。工作时，高压气体由接管嘴14进入下阀体3，接着经过阀芯4和阀座16形成的狭窄通道，从而对气体产生节流作用，实现减压。减压后的气体进入上阀体2、溢流座1和下阀体3形成的敏感腔，接着气体分为两路，一路通过下阀体3的斜孔进入复位弹簧6所在空腔，通过对阀芯4的作用，实现压力反馈，调节阀芯4节流锥面与阀座16内孔锐边之间的开口；另一路通过接管嘴15流出减压阀。当敏感腔压力超过设定值时，溢流座1向上移动，并与阀芯4脱开接触。

本实用新型中减压阀实测的初始建压响应时间为0.1～0.5s之间，减压阀的内、外泄漏率优于1×10^-5Pam³/s。

本实用新型阀芯行程可调的高可靠减压阀是针对某型号挤压式伺服系统而特别研制的，在入口气体压力高达60MPa并逐渐下降的情况下，出口稳定输出24±2MPa的压力。采用单级直动式定值减压方案的减压阀可应用于要求出口压力稳定，入口压力不断变化的工况，尤其适用于出口压力高的压力调节装置上。

减压阀减压的原理是高压气体流过减压阀的阀芯与阀座之间形成的狭窄通道时，气体受到节流，从而引起压降。节流的压降取决于阀芯与阀座之间的开度，当出口流量一定时，开度越小，则压降越大，反之越小。若阀芯的全行程过大，则减压阀的初始建压稳定时间将变长。稳压的过程是作用在阀芯上力平衡调节的过程，此时阀芯高频运动，若阀芯与阀芯孔配合间隙设计不合理，阀芯孔末端没有圆滑过度，则极容易造成阀芯卡死，导致失效。另外，溢流座处密封结构复杂，需设计合理的非金属密封垫的收口方式才能可靠保证对外密封。

本实用新型减压阀具体采用了如下技术：

1、阀芯行程调节技术

在该型减压阀中，在下阀体3与复位调节螺塞7连接处设置调整垫片8。通过选择合适厚度的调整垫片8，来保证阀芯的最大行程满足设计要求，最终保证减压阀的初始建压响应时间控制在0.5s以内。

2、阀芯防卡滞结构

减压阀阀芯4与下阀体3内孔为间隙配合，通过密封圈来保证可靠动密封，适当降低配合间隙，减小密封圈的压缩量，既能保证密封，又能减小密封圈磨损；将阀芯4热处理硬度设计为40-45HRC，阀芯4表面进行QPQ盐浴复合处理得到保护层，可提高阀芯4的耐磨性，避免卡死。下阀体3与阀芯4配合的内孔要保证足够的光洁度，并在孔末端进行倒圆角，保证光滑过度，避免出现加工毛刺或锐边，引起阀芯4卡死。最终提高阀芯4运动可靠度。

3、高压动密封技术

为了防止减压阀高压腔压力过高造成危险，上阀体2内设计了溢流座1。溢流座位置存在三处密封结构，其中两道为动密封，聚酰亚胺非金属密封垫22压装如溢流座壳体21，密封垫22为下端带有锥角的圆柱结构，锥角为10-25°，并检测密封性，来保证可靠密封。设计合理的密封圈13压缩量，保证了可靠的对外密封。在额定工作压力下，减压阀的内、外泄漏率优于1×10^-5Pam³/s。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，包括溢流座(1)、上阀体(2)、下阀体(3)、阀芯(4)、调压弹簧支座(10)、调压弹簧(11)、保护挡圈(12)、密封圈(13)和阀座(16)，其中上阀体(2)与下阀体(3)连接，两者之间形成敏感腔，溢流座(1)上端与调压弹簧支座(10)接触，下端与阀芯(4)接触，调压弹簧(11)设置在调压弹簧支座(10)上，阀座(16)与下阀体(3)连接，其特征在于：阀芯(4)的下阀柱插入下阀体(3)的阀芯孔中，形成活动密封配合，阀芯(4)的上阀柱插入阀座(16)内孔，两者间的间隙形成气流通道；溢流座(1)与上阀体(2)的溢流座孔形成活动密封配合，密封配合处设有密封圈(13)和保护挡圈(12)；溢流座(1)下端设有嵌入式密封垫(22)，所述密封垫(22)为下端带有锥角的圆柱结构，所述锥角为10-25°；所述阀芯(5)表面设有保护层(24)，保护层(24)厚度为0.003mm～0.03mm。

2.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述溢流座(1)中间设有通气孔(23)，通气孔(23)与溢流座(1)外圆同轴度取值为

3.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述溢流座(1)与上阀体(2)的溢流座孔形成活动密封的配合间隙为0.005mm～0.06mm。

4.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述阀芯(4)下阀柱与下阀体(3)为活动密封配合，配合间隙取值为0.0015mm～0.06mm。

5.根据权利要求1或4所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述下阀体(3)内孔棱边处设计圆角，并去除毛刺，防止阀芯(4)在下阀体(3)内孔中高频率往复运动时出现卡滞；所述圆角的半径R取值为0.1～0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述阀芯(4)表面保护层(24)的表面硬度为500～1000HV。

7.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：还包括复位调节螺塞(7)，所述复位调节螺塞(7)与下阀体(3)螺纹连接，两者之间设有调整垫片(8)，通过选用不同厚度的调整垫片(8)改变阀芯(4)的最大行程。

8.根据权利要求1所述的一种阀芯行程可调节的高可靠减压阀，其特征在于：所述阀芯(4)的上阀柱顶端与溢流座(1)接触形成密封。