超低温带缓冲功能活塞作动式高压阀门制造技术

一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，包括入口多层壳体组件和出口壳体组件；出口壳体组件包括出口壳体等；出口壳体为一体结构，包括外壳、导向筒，外壳呈弯管状、导向筒一端从外壳一端端口伸出，另一端从外壳转弯处的筒壁伸出；泄漏口从导向筒侧壁引出至外壳外部，吹除口位于外壳筒壁上，与外壳另一端端口对应；活塞杆安装在导向筒内，控制腔盖板安装在导向筒伸出外壳筒壁的一端，控制腔盖板中心处开有控制口；第二副弹簧安装在活塞杆上；出口壳体与入口多层壳体端口相连，导向筒插入主活门内。本发明专利技术可实现阀门作动机构与密封性、大流量下流阻损失的匹配优化，满足高工况和多次可重复使用的需要。

Piston Actuated High Pressure Valve with Buffer Function at Ultra-low Temperature

The utility model relates to an ultra-low temperature piston acting high pressure valve with cushioning function, which comprises an inlet multi-layer shell assembly and an outlet shell assembly, an outlet shell assembly including an outlet shell, etc. The outlet shell is an integral structure, comprising a shell and a guide cylinder, the shell is in the shape of a curved tube, one end of the guide cylinder extends from one end of the shell and the other end rotates from the shell. The leakage outlet is drawn from the side wall of the guide barrel to the outside of the shell, and the blowing outlet is located on the wall of the shell, corresponding to the other end of the shell; the piston rod is installed in the guide barrel, and the control cavity cover plate is installed at one end of the guide barrel extending out of the shell barrel wall, and the control opening is opened at the center of the control cavity cover plate; the second pair of springs is installed. It is mounted on the piston rod; the outlet shell is connected with the multi-layer shell port of the entrance, and the guide cylinder is inserted into the main valve. The invention can realize the matching optimization of valve actuating mechanism with sealing property and large flow rate downflow resistance loss, and meet the needs of high working conditions and multiple reusability.

【技术实现步骤摘要】
超低温带缓冲功能活塞作动式高压阀门
本专利技术涉及一种活塞作动式高压阀门。
技术介绍
在阀门结构尺寸不大、工作压力不高的情况下，国内以往液体发动机低温阀门普遍采用波纹管作动结构隔离控制气和低温介质，并实现动密封功能。而在阀门结构尺寸偏大、工作压力偏高的工况下，波纹管设计、成型难度增大，成本极高，且波纹管组件的生产流程复杂、周期很长，继续选用波纹管作动型式难以适应氢氧发动机阀门研制需求，而选用结构更为简单的活塞作动形式。为使阀门关闭可靠并保护结构件不受损伤，通常在介质压力降低到一定程度后给阀门下达关闭指令。要使阀门在主级额定最高压力下使其可靠并慢速缓冲式关闭，以保护结构件、非金属密封件并防止主级关闭时产生水击压力对阀门管路的冲击，以现有的阀门技术难以满足上述要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本专利技术提供一种超低温大流量带缓冲功能的活塞作动式高压阀门，可适应约23MPa较高压力、超低温介质(液氧或液氮90K/76K)、超大流量约390kg/s(液氧介质)，不大于1MPa的流阻损失，并具备在启闭过程防止关闭水击压力及保护非金属密封面的缓冲机构，可实现阀门作动机构与密封性、大流量下流阻损失的匹配优化，满足高工况和多次可重复使用的需要。本专利技术所采用的技术方案是：一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，包括入口多层壳体组件和出口壳体组件；出口壳体组件包括出口壳体、控制腔盖板、活塞杆、第二副弹簧；出口壳体为一体结构，包括外壳、导向筒，外壳呈弯管状，导向筒一端从外壳一端端口伸出，另一端从外壳转弯处的筒壁伸出，导向筒从外壳筒壁伸出的一端直径大于从外壳端口伸出端的直径；泄漏口从导向筒侧壁引出至外壳外部，吹除口位于外壳筒壁上，与外壳另一端端口对应；活塞杆安装在导向筒内，控制腔盖板安装在导向筒伸出外壳筒壁的一端，控制腔盖板中心处开有控制口，活塞杆靠近控制腔盖板的一端与导向筒内壁配合形成动密封结构，导向筒通过内壁的第一台阶结构控制活塞杆大端的行程；第二副弹簧安装在活塞杆上，位于活塞杆外壁的台阶结构和导向筒内壁的第二台阶结构之间；出口壳体与入口多层壳体端口相连，导向筒插入主活门内。所述出口壳体组件还包括第一密封圈、第二密封圈，活塞杆与导向筒内壁之间安装第一密封圈，活塞杆从导向筒伸出的一端与导向筒之间通过第二密封圈密封，形成动密封。所述活塞杆外壁的台阶面内嵌入非金属密封环，导向筒通过第一台阶结构台阶面上的环形凸起结构与活塞杆的非金属密封环相配合，形成冗余密封结构。所述导向筒从外壳筒壁伸出的一端直径的取值范围为90mm-100mm，从外壳端口伸出的一端直径的取值范围为50mm-60mm；导向筒一端从外壳端口伸出60mm-70mm，另一端从外壳转弯处的筒壁伸出60mm-80mm。所述出口壳体与入口多层壳体相连的一端端口直径的取值范围为190mm-210mm，另一端端口的直径的取值范围为120mm-150mm。所述入口多层壳体组件包括：入口多层壳体、主活门、主阀座、主弹簧、副活门、副弹簧和销钉；其中，入口多层壳体包括：壳体外壁、导流锥、主活门导向壁、副导向壁和若干个筋板；其中，所述壳体外壁通过若干个筋板与所述导流锥相连接；所述导流锥位于所述壳体外壁内部；若干个筋板沿所述壳体外壁的周向均匀分布；所述主活门导向壁的一端与导流锥的内壁相连接；所述副导向壁的一端与所述导流锥的内壁相连接，并且所述副导向壁位于所述主活门导向壁的内部；所述主活门包括密封部、主导向部和副导向部；其中，所述密封部、所述主导向部和所述副导向部一体成型；所述副活门嵌设于所述副导向部的内部，所述副弹簧套设于所述副活门的一端；所述副导向部开设有限位孔，所述销钉穿设于所述副活门并卡在所述限位孔；所述副导向部的一端嵌设于所述副导向壁；所述主导向部嵌设于所述主活门导向壁；所述主弹簧套设于所述主活门导向壁，所述主弹簧的一端与所述弹簧支撑座相贴合，所述主弹簧的另一端与所述密封部的侧壁相贴合；所述主阀座与所述壳体外壁螺纹连接，所述主阀座与所述密封部相贴合。所述壳体外壁的轴线、所述导流锥的轴线、所述主活门导向壁的轴线和所述副导向壁的轴线重合。所述导流锥的外形轮廓为类抛物线。所述导流锥的内壁设置有弹簧支撑座，所述主活门导向壁的一端与所述弹簧支撑座相连接。所述导流锥的内壁设置有副活门座，所述导流锥的锥头开设有沿轴线的通孔。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用分体式组装结构，装配工艺性好，可维修可试验性均较好。适用于供应或切断液氧介质流入发动机燃烧室，并具有缓冲功能的一种活塞作动式超低温高压阀门结构。可应用于航天低温液体动力等高科技领域。(2)本专利技术的整个阀门结构紧凑，设计精巧，核心零组件位于阀体中心位置，可以实现高压、超低温介质的轴流式流动，达到阀门作动机构与流阻之间的最优配置，核心操纵机构置于壳体内腔，极大地减轻了整个产品的尺寸重量，并能满足高工况和多次重复可靠使用的需要。(3)本专利技术设置缓开、缓关机构，利用介质不可压特性，不增加单独零组件情况下实现主活门运动缓冲功能，阀门即使在额定工况下撤掉控制气关闭主活门，通过缓关机构作用，在主级额定最高压力下使其主活门可靠并慢速缓冲式关闭，以保护结构件、非金属密封件并防止主级关闭时产生水击压力对阀门管路的冲击，提高相关零组件的工作可靠性。(4)本专利技术为活塞作动结构，与波纹管动密封相比，优点是结构简单不受行程限制，加工周期短，缺点是不能像波纹管动密封结构那样达到零泄漏量级，因此严格控制操纵气介质的泄漏率是非常关键的。出口壳体组件中，将导向筒伸出于外壳之外，避免与超低温介质直接接触，提高导向处的温度区间，为活塞动密封结构提供了良好的温度环境，防止温度过低控制气漏率过大造成动作可靠性降低。此外，活塞杆的非金属密封环与导向筒通过环形凸起结构形成的密封副相配合，形成冗余密封结构，可进一步控制控制气的泄漏量。即便微泄漏出去的部分操纵气也可通过出口壳体上的泄漏口L引出到外界环境中，确保阀门工作安全可靠。(5)本专利技术的入口多层壳体、出口壳体为高温合金钢材料，层数较多、构造复杂、总体尺寸较大，采用了新型先进的3D打印工艺成型技术，实现大型复杂壳体制造工艺的创新应用，大大提升了生产效率。附图说明图1为本专利技术的高压阀门结构示意图。图2为本专利技术的高压阀门工作过程示意图。图3为本专利技术的出口壳体组件结构示意图。图4为本专利技术的出口壳体结构示意图。图5为本专利技术的副活门打开状态示意图。图6为本专利技术的副活门关闭状态示意图。图7为本专利技术的缓冲式主阀座结构示意图。图8为本专利技术的入口多层壳体组件结构示意图。图9为本专利技术的入口多层壳体剖视图。图10为本专利技术的入口多层壳体轴侧图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，包括入口多层壳体组件3和出口壳体组件6两大部分，二者之间通过螺纹和铝垫片保持连接和静密封。整阀采用分体式组装，两大组件常温装试装试合格后，通过焊接保证低温下静密封可靠性。如图9所示，入口多层壳体13包括：壳体外壁131、导流锥132、主活门导向壁133、副导向壁134和若干个筋板1311。其中，壳体外壁131通过若干个筋板1311与导流锥132相连接。具体实施时，壳体外壁13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于，包括入口多层壳体组件(3)和出口壳体组件(6)；出口壳体组件(6)包括出口壳体(15)、控制腔盖板(14)、活塞杆(10)、第二副弹簧(11)；出口壳体(15)为一体结构，包括外壳(151)、导向筒(152)，外壳(151)呈弯管状，导向筒(152)一端从外壳(151)一端端口伸出，另一端从外壳(151)转弯处的筒壁伸出，导向筒(152)从外壳(151)筒壁伸出的一端直径大于从外壳(151)端口伸出端的直径；泄漏口从导向筒(152)侧壁引出至外壳(151)外部，吹除口位于外壳(151)筒壁上，与外壳(151)另一端端口对应；活塞杆(10)安装在导向筒(152)内，控制腔盖板(14)安装在导向筒(152)伸出外壳(151)筒壁的一端，控制腔盖板(14)中心处开有控制口，活塞杆(10)靠近控制腔盖板(14)的一端与导向筒(152)内壁配合形成动密封结构，导向筒(152)通过内壁的第一台阶结构(1521)控制活塞杆(10)大端的行程；第二副弹簧(11)安装在活塞杆(10)上，位于活塞杆(10)外壁的台阶结构和导向筒(152)内壁的第二台阶结构(1522)之间；出口壳体(15)与入口多层壳体(13)端口相连，导向筒(152)插入主活门(4)内。...

【技术特征摘要】
1.一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于，包括入口多层壳体组件(3)和出口壳体组件(6)；出口壳体组件(6)包括出口壳体(15)、控制腔盖板(14)、活塞杆(10)、第二副弹簧(11)；出口壳体(15)为一体结构，包括外壳(151)、导向筒(152)，外壳(151)呈弯管状，导向筒(152)一端从外壳(151)一端端口伸出，另一端从外壳(151)转弯处的筒壁伸出，导向筒(152)从外壳(151)筒壁伸出的一端直径大于从外壳(151)端口伸出端的直径；泄漏口从导向筒(152)侧壁引出至外壳(151)外部，吹除口位于外壳(151)筒壁上，与外壳(151)另一端端口对应；活塞杆(10)安装在导向筒(152)内，控制腔盖板(14)安装在导向筒(152)伸出外壳(151)筒壁的一端，控制腔盖板(14)中心处开有控制口，活塞杆(10)靠近控制腔盖板(14)的一端与导向筒(152)内壁配合形成动密封结构，导向筒(152)通过内壁的第一台阶结构(1521)控制活塞杆(10)大端的行程；第二副弹簧(11)安装在活塞杆(10)上，位于活塞杆(10)外壁的台阶结构和导向筒(152)内壁的第二台阶结构(1522)之间；出口壳体(15)与入口多层壳体(13)端口相连，导向筒(152)插入主活门(4)内。2.根据权利要求1所述的一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于：所述出口壳体组件(6)还包括第一密封圈(12)、第二密封圈(2)，活塞杆(10)与导向筒(152)内壁之间安装第一密封圈(12)，活塞杆(10)从导向筒(152)伸出的一端与导向筒(152)之间通过第二密封圈(2)密封，形成动密封。3.根据权利要求1或2所述的一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于：所述活塞杆(10)外壁的台阶面内嵌入非金属密封环，导向筒(152)通过第一台阶结构(1521)台阶面上的环形凸起结构与活塞杆(10)的非金属密封环相配合，形成冗余密封结构。4.根据权利要求3所述的一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于：所述导向筒(152)从外壳(151)筒壁伸出的一端直径的取值范围为90mm-100mm，从外壳(151)端口伸出的一端直径的取值范围为50mm-60mm；导向筒(152)一端从外壳(151)端口伸出60mm-70mm，另一端从外壳(151)转弯处的筒壁伸出60mm-80mm。5.根据权利要求4所述的一种超低温带缓冲功能活塞作动高压阀门，其特征在于：所述出口壳体(15)与入口多层壳体(13)相连的一端端口直径的取值范围为190mm-210mm，另一端端口的直径的取值范围...

【专利技术属性】
技术研发人员：周炜，鲍锦华，向猛，刘博，许烨茹，郭文君，李有志，郑大勇，孙纪国，郑孟伟，陶瑞峰，许健，李楚林，赵莹，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11