一种高精度流量伺服控制阀制造技术

本发明专利技术公开一种适用于液体管路的流量伺服控制阀，包括伺服电机，滚珠丝杆，调节锥和组合缝隙式文氏管。控制阀设计紧凑，通过设计组合缝隙式文氏管的尺寸，优化流量变化和调节锥行程的线性度，增加流量控制的精度和稳定性，Dsp主板的数据处理特点也增加了控制精度。文氏管和阀体采用比强度高、耐腐蚀的不锈钢，阀芯采用铜合金与丁腈橡胶垫密封，限位块采用LY12铝合金。组合式文氏管可以在入口压力3‑10MPa的范围内变化时，输出过氧化氢流量大于100g/s的情况下，保证控制误差在0.1％的范围内，保证航天输送系统流量稳定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计控制阀，具体来说，是一种高精度流量伺服控制阀。
技术介绍
流量控制阀是在一定的入口压力下，依靠改变节流口液阻的大小来控制节流孔的流量，保证流通的流量符合设计要求。在火箭推进领域，流量控制阀用于调节贮箱内氧化剂和燃料向燃烧室供给的流量，由于对火箭的变推力等要求，需要对供给流量进行一定的控制，以实现预期的功能，如果对流量的调节达不到一定的要求，会影响到火箭发动机的设计性能。对于挤压式固液火箭发动机输送系统，一般通过文氏管进行流量的控制，但是由于文氏管的作用原理是通过上下游的压差来控制流量，而一般情况下上下游压差虽然可以通过一定的结构加以控制，但精度不高。在实际工作中流量控制阀要求有一定的结构强度和较高的精度。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术专利提供了一种高精度流量伺服控制阀，包括外壳、伺服电机、滚珠丝杆、调节锥、阀体、文氏管、传感器。其中，外壳底端、阀体与文氏管由下至上依次固定；伺服电机固定于外壳底端。所述滚珠丝杆设置于外壳内，滚珠丝杆上安装上部为锥形段的调节锥；调节锥的锥形段位于文氏管的液体通道内；阀体内部设置有液腔，且开有进液通道；推进剂经进液通道进入液腔，通过伺服电机驱动滚珠丝杆中丝杆转动，进而带动调节锥沿轴向移动，调节文氏管内的液体通道流通面积，使推进剂进入液体通道并由文氏管出口端流出；当调节锥位于向上的极限位置时，调节锥将文氏管的进液端封堵。Dsp开发板获得流量传感器输入后，根据测得的实时流量，使用PID算法控制伺服电机的运动，伺服电机的转动经过滚珠丝杆的传动变为直动，从而改变调节锥的位置，使得文氏管中的流动面积改变，起到流量控制的作用。本专利技术专利的优点在于：1、本专利技术高精度流量伺服控制阀，采用流量传感器、Dsp主板和伺服电机的组合可以实现对文氏管内实时流量的检测和控制，Dsp主板强大的数据处理功能，结合高精度的伺服电机，使得伺服电机带动滚珠丝杆以及调节锥的速度处在0.01mm的量级，再加上调节锥以及文氏管的组合，可以得到较高的流量控制精度。2、本专利技术高精度流量伺服控制阀，可以通过Dsp主板处理设定或监控数据，控制电机转动，依靠引起文氏管流动面积的可以满足流量变化场合的要求；3、本专利技术高精度流量伺服控制阀，使用增量PID控制算法，保证伺服电机工作的稳定，进而保证流量调节调节的稳定。4、本专利技术高精度流量伺服控制阀，文氏管流量只跟入口压力有关，使得在控制流量供应的时候更加简便有效。附图说明图1为本专利技术高精度流量伺服控制阀结构图；图2为本专利技术高精度流量伺服控制阀中调节锥结构示意图。图中：1-外壳2-伺服电机3-滚珠丝杆4-调节锥5-阀体6-文氏管7-传感器8-Dsp主板9-电机驱动器10-液腔11-橡胶密封圈12-橡胶密封垫101-环形定位凸台A301-丝杆302-螺母401-圆柱段402-锥形段403-底座404-连接法兰501-环形定位凸台B502-出液通道具体实施方案下面结合附图对本专利技术专利做进一步说明。本专利技术高精度流量伺服控制阀，包括外壳1、伺服电机2、滚珠丝杆3、调节锥4、阀体5、文氏管6、传感器7、Dsp主板8与电机驱动器9，如图1所示。所述外壳1为筒状结构，采用LY12铝合金制作；伺服电机2与外壳1同轴设置，前端周向固定安装在外壳1末端，使伺服电机2的输出轴位于外壳1内。滚珠丝杆3设置于外壳1内，滚珠丝杆3的丝杆301通过联轴器与伺服电机2的输出轴同轴相连。滚珠丝杆3的螺母302周向与外壳1前端内壁上设计的环形定位凸台A101内环侧壁配合，限制滚珠丝杆3的径向移动。所述调节锥4整体为杆状结构，采用强度高、耐腐蚀的316不锈钢制作，下部为圆柱段401，上部为锥形段402，如图2所示。调节锥4底端设计有底座403，底座403具有凹进腔，整体截面为倒U型。底座403周向上设计有连接法兰404。调节锥4与滚珠丝杆3同轴设置，通过连接法兰404固定于滚珠丝杆3的螺母302上。由此通过滚珠丝杆3中丝杆301的转动可带动螺母302与调节锥4一同移动，且在螺母302向下运动时，丝杆3会伸入到底座403的凹进腔内，且通过凹进腔还实现对调节锥4移动的限位。阀体5为筒状结构，内径大于调节锥4的直径，同轴套在调节锥4外部，底端固定于外壳1的前端面上。阀体5内部设计有环形定位凸台B501，环形定位凸台B501内环侧壁与调节锥4中部外壁周向配合，且两者间设置橡胶密封垫12实现密封；通过环形定位凸台B501限制调节锥4的径向移动。文氏管6采用强度高、耐腐蚀的316不锈钢制作，内部同轴设计有液体通道；文氏管6同轴插接在阀体5上部，文氏管6通过其进液端端部与阀体5内壁上设计的环形台肩配合定位，且两者间设置橡胶密封圈11实现密封。由于阀体5内径大于调节锥4的直径，因此文氏管6的进液端、阀体5内部的环形定位凸台B501与阀体5内壁间形成液腔7，液腔7与阀体5上设计的进液通道502连通。上述伺服控制阀中，当滚珠丝杆3中螺母302位于丝杆301顶端时，调节锥4的锥形段402位于文氏管6的液体通道内，同时使圆柱段403上端位于文氏管6的液体通道内，通过圆柱段403将文氏管6的进液端封堵。过氧化氢推进剂经阀体5上的进液通道502进入液腔7，通过控制伺服电机2运动，带动丝杆301转动，使螺母302沿丝杆301向下移动，调节锥4一并向下移动，此时调节锥4的圆柱段401逐渐脱离文氏管6的进液端，由此液腔7内的过氧化氢推进剂经调节锥4的锥形段402侧壁与文氏管6的进液端间的缝隙进入文氏管6的液体通道，最终由文氏管的出液端流出。通过控制伺服电机2反向运动，带动滚珠丝杆3中丝杆301反向转动，使螺母302沿丝杆向上运动，调节锥4一并向上运动，此时调节锥4的圆柱段401插入文氏管6的进液端，将文氏管6的进液端封堵，此时，过氧化氢推进剂的供给停止。综上，通过控制调节锥4的上下运动，可实现过氧化氢推进剂的供给与停止供给的功能；同时在过氧化氢推进剂进行供给时，通过控制调节锥4的上下运动的位移，可实现锥形段402侧壁与文氏管6进液端间的缝隙大小调节，进而实现过氧化氢推进剂在文氏管6的液体通道内的流通面积调节，最终实现过氧化氢推进剂的流量调节。所述传感器7为流量传感器，安装在推进剂的供给管路上，用来实时采集流经阀体5液腔的推进剂的质量流量数据；DPS主板8用来接收传感器采集的质量流量数据，判断其与设定流量的差值，进而根据该差值，使用PID算法控制伺服电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度流量伺服控制阀，其特征在于：包括外壳、伺服电机、滚珠丝杆、调节锥、阀体、文氏管、传感器；其中，外壳底端、阀体与文氏管由下至上依次固定；伺服电机固定于外壳底端；所述滚珠丝杆设置于外壳内，滚珠丝杆上安装上部为锥形段的调节锥；调节锥的锥形段位于文氏管的液体通道内；阀体内部设置有液腔，且开有进液通道；推进剂经进液通道进入液腔，通过伺服电机驱动滚珠丝杆中丝杆转动，进而带动调节锥沿轴向移动，调节文氏管内的液体通道流通面积，使推进剂进入液体通道并由文氏管出口端流出；当调节锥位于向上的极限位置时，调节锥将文氏管的进液端封堵。

【技术特征摘要】
1.一种高精度流量伺服控制阀，其特征在于：包括外壳、伺服电机、滚珠丝杆、调节锥、
阀体、文氏管、传感器；其中，外壳底端、阀体与文氏管由下至上依次固定；伺服电机固定
于外壳底端；
所述滚珠丝杆设置于外壳内，滚珠丝杆上安装上部为锥形段的调节锥；调节锥的锥形段
位于文氏管的液体通道内；阀体内部设置有液腔，且开有进液通道；推进剂经进液通道进入
液腔，通过伺服电机驱动滚珠丝杆中丝杆转动，进而带动调节锥沿轴向移动，调节文氏管内
的液体通道流通面积，使推进剂进入液体通道并由文氏管出口端流出；当调节锥位于向上的
极限位置时，调节锥将文氏管的进液端封堵。
2.如权利要求1所述一种高精度流量伺服控制阀，其特征在于：由传感器、Dsp主板与
电机驱动器进行流量控制；其中，传感器安装在推进剂的供给管路上，用来实时采集流经阀
体液腔的推进...

【专利技术属性】
技术研发人员：田辉，于瑞鹏，张源俊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11