JPH1037804A - キャビテーションベンチュリバルブ - Google Patents

キャビテーションベンチュリバルブ

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JPH1037804A
JPH1037804A JP19240496A JP19240496A JPH1037804A JP H1037804 A JPH1037804 A JP H1037804A JP 19240496 A JP19240496 A JP 19240496A JP 19240496 A JP19240496 A JP 19240496A JP H1037804 A JPH1037804 A JP H1037804A
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Shigeyasu Iihara
重保 飯原
Kotaro Shiina
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量制御範囲を拡大し、構造の簡単化と重量
の減量化を図り、燃焼振動の発生を抑制し、安定した制
御を確保し、コスト上昇を抑制する。 【解決手段】 流体にキャビテーションを発生させて噴
射するディフューザと、ディフューザへの加圧流体の流
入を調節するテーパ状弁体とが設けられ、弁座における
弁穴の回りに圧力解放部が配される

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はキャビテーションベ
ンチュリバルブに関する。
【0002】
【従来の技術】図4はスロットリングエンジンの例を示
すものである。このエンジンでは、加圧ガス供給系1に
より加圧室2A,2Bに供給されたガス(例えばヘリウ
ム)が、ヒドラジン貯槽3AとNTO貯槽3Bに蓄えら
れたヒドラジンとNTOを加圧することで、ヒドラジン
とNTOが燃焼器4に供給され、燃焼器4において燃焼
して推力を発生する。このとき、圧力計5によって燃焼
器4の圧力を感知し、圧力計5の出力信号を入力される
推力制御装置6によって流量制御弁7A,7Bを制御し
て、ヒドラジンとNTOの供給をコントロールすること
で推力の調整をしている。
【0003】惑星探査用宇宙船の例では、推力を100
%から10%の範囲で調整し得るようにして、例えば月
面直陸時の円滑化を図ることが必要であり、流量制御弁
7A,7Bの機能を満足させるために、流量制御弁とし
て、ベンチュリバルブと可変インジェクタとを直列状態
に接続して2段階に調整する方法が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ベンチュリバ
ルブは、構造的に完全閉鎖可能であるため、流体を10
0%から0%の範囲で調整できる筈であるが、調整範囲
が30%から0%の範囲になると、燃焼振動が発生する
が、この振動を抑制するため可変インジェクタによる制
御を併用せざるを得なくなる。惑星探査用宇宙船等にあ
っては、総重量を小さくするすることが要求されるもの
の、上述のベンチュリバルブと可変インジェクタとの組
み合わせ構造では軽量化の点で不利となり易い。
【0005】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成しようとするものである。 流量制御範囲を拡大すること。 構造の簡単化と重量の減量化を図ること。 燃焼振動の発生を抑制すること。 安定した制御を確保すること。 コスト上昇を抑制すること。
【0006】
【課題を解決するための手段】流体にキャビテーション
を発生させて噴射するディフューザと、ディフューザへ
の加圧流体の流入を調節するテーパ状弁体とが設けら
れ、弁座における弁穴上流位置に、流路の断面積を大き
くした圧力解放部が配される。この圧力解放部にあって
は、弁座の傾斜をディフューザの軸線に対して45度以
上に大きくすることによって設定される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るキャビテーシ
ョンベンチュリバルブの一実施形態を、図面に基づいて
説明する。図1及び図2において、符号11はキャビテ
ーションベンチュリバルブ、12はディフューザ、13
は弁穴(絞り穴)、14は弁体(ピントル)、15は圧
力解放部、16は弁座、17は流体入口、18は流体出
口である
【0008】キャビテーションベンチュリバルブ11に
あっては、ディフューザ12の上流に絞り穴13が設け
られ、該絞り穴13の回りに弁座16が配され、弁座1
6の内部に圧力解放部15が形成され、絞り穴13から
ディフューザ12の内部にピントル14が挿入状態とし
て配され、圧力解放部15の上流に流体入口17が連結
状態として配され、ディフューザ12の下流に流体出口
18が連結状態として配されている。
【0009】絞り穴13はエッジ形状とされており、弁
座16の傾斜角θは、ディフューザ12の軸線に対して
45度以上に設定される。ロッド状のピントル14の先
端部にはテーパ部14aが形成され、該テーパ部14a
と絞り穴13との間には環状間隙19が形成される。ピ
ントル14の後端は直線駆動軸20に連結されており、
直線駆動軸20は直線駆動部21に接続され、ピントル
14は直線駆動軸20を介してディフューザ12の軸線
に沿って直線駆動可能に配される。流体入口17の上流
には流体供給系22が接続され、流体出口18の下流に
は流体消費系23が接続される。
【0010】このようなキャビテーションベンチュリバ
ルブ11にあっては、流体供給系22によって供給され
て流体入口17から流入した流体を、圧力解放部15か
ら絞り穴13を通過してディフューザ12に流体にキャ
ビテーションを発生させて噴射し、気化状態になった流
体を流体出口18を経由して流体消費系23へ送り込
む。この気化状態となった流体は、流体消費系23にお
いて消費される。この際、直線駆動部21により直線駆
動軸20を駆動しピントル14を変位させて環状間隙1
9の面積を変化させることで絞り穴13を通過する流体
量の制御を行う。
【0011】この際、直線駆動部21により直線駆動軸
20を駆動することで、ピントル14を矢印Aの方向へ
変位させると、テーパ部14aはテーパ状とされている
ために絞り穴13の位置にあるピントル14の断面積が
増大し、環状間隙19の面積は縮小して絞り穴13を通
過する流体量は減少する。直線駆動部21により直線駆
動軸20を駆動することで、ピントル14を矢印Aと逆
方向へ変位させると、テーパ部14aはテーパ状とされ
ているために絞り穴13の位置にあるピントル14の断
面積が縮小し、環状間隙19の面積は拡大して絞り穴1
3を通過する流体量は増大する。この結果、キャビテー
ションベンチュリバルブ11にあっては、直線駆動軸2
0の変位に応じて、流体消費系23に送り込まれる流体
量が制御される。
【0012】
【実施例】上述のように、本発明の一実施形態に係るキ
ャビテーションベンチュリバルブにおいて、制御性能を
調べるための燃焼試験用の供試体の諸元を以下に示す。 (1)使用流体 : NTO (2)流量 : 0.4〜0.04kg/s (3)入口圧力 : 20kg/cm2G (4)保証圧力 : 50kg/cm2G (5)制御比 : 10:1 (6)応答性 : 75ms(100〜10%) (7)消費電力 : 56Wmax (8)重量 : 3kg (9)サイズ (a)ピントルテーパ角 :2.27度 (b)ピントル径 :5.684mm (c)絞り穴径 :5.720mm (d)圧力解放部角度 :50.84度
【0013】上記諸元を備えるキャビテーションベンチ
ュリバルブに対して、環状間隙を100%から10%ま
での開度に変化させ、各々に対して流量−差圧(入口圧
力と出口圧力の差)特性を調べた。その結果、図3のグ
ラフを得た。このグラフにおいて、線Kが開度10%の
状態に、線Lが開度25%の状態に、線Mが開度50%
の状態に、線Nが開度100%の状態に対応している。
図3のグラフより以下のことが明らかである。差圧が3
kg/cm2 より大きい範囲ではほぼ、開度に比例して
流量が増加しており、かつ、差圧が5kg/cm2〜1
5kg/cm2の範囲では流量そのものも安定し流量の
一定性を維持している。この結果、図1及び図2例のキ
ャビテーションベンチュリバルブにあっては、差圧を3
kg/cm2 とする使用域で流量100〜10%の制御
を安定して行うことができる。
【0014】
【発明の効果】本発明のキャビテーションベンチュリバ
ルブによれば、以下の効果を奏する。 (1)弁座に圧力解放部を配することにより、流量制御
範囲を拡大し、100〜10%の流量制御を行うことが
できる。 (2)ベンチュリバルブ単体のみの使用とすることによ
り、構造の簡単化と重量の減量化を図ることができると
ともに、部品点数の減少によってコスト低減を図ること
ができる。 (3)弁座の傾斜を45度以上とする簡単な設定で圧力
解放部を配することができるとともに、惑星探査用宇宙
船にあっては、燃焼振動の発生を抑制することができ、
安定した制御を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るキャビテーションベンチュリバ
ルブの一実施形態を示す一部の記載を省略した正断面図
である。
【図2】 図1の要部を拡大した側面図である。
【図3】 本発明に係るキャビテーションベンチュリバ
ルブの一実施例の流量−差圧曲線図である。
【図4】 従来のスロットリングエンジンの制御例を示
す結線図である。
【符号の説明】
1…加圧ガス供給系,2A…加圧室,2B…加圧室,3
A…ヒドラジン貯槽,3B…NTO貯槽,4…燃焼器,
5…圧力計,6…推力制御装置,7A…流量制御弁,7
B…流量制御弁,11…キャビテーションベンチュリバ
ルブ,12…ディフューザ,13…絞り穴(弁穴),1
4…ピントル(弁体),14a…テーパ部,15…圧力
解放部,16…弁座,17…流体入口,18…流体出
口,19…環状間隙,20…直線駆動軸,21…直線駆
動部,22…流体供給系,23…流体消費系,θ…傾斜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流体にキャビテーションを発生させて噴
    射するディフューザ(12)と、ディフューザへの加圧
    流体の流入を調節するテーパ状弁体(14)とが設けら
    れたキャビテーションベンチュリバルブ(11)であっ
    て、弁座(16)に圧力解放部(15)が配されること
    を特徴とするキャビテーションベンチュリバルブ。
  2. 【請求項2】 弁座(16)の傾斜がディフューザ(1
    2)の軸線に対して45度以上に設定されることを特徴
    とする請求項1記載のキャビテーションベンチュリバル
    ブ。
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