气动脉冲阀制造技术

一个能输出可压缩流体高压力脉冲的快速作用阀具有一个先导部分，一个中间部分和一个输出部分，在动作循环的加载部分过程中，它们被加压至大约与输入压力相平衡，并且能十分快速地将输出部分全部打开，以便使压力流体从蓄能腔经过输出部分的活塞座释放出去。该阀特别适合于与例如，在飞机表面除冰时所使用的那种系统一样的气体脉冲分离系统综合使用。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种气动脉冲阀及包含这种阀的一种流体脉冲分离系统。特别是，本专利技术属于一种能够输出可压缩流体脉冲的、动作极其迅速的阀和一种适合于飞机机翼前缘表面除冰用的流体脉冲分离系统。从动力航空时代开始，飞机在一定的飞行条件下常被如机翼和支撑等一类组件表面的冰的积累所困扰。如果不加以清除，则这种堆积最终可使飞机装满附加的重量并改变机翼翼面的形状和那架飞机的控制表面，这样会加剧不宜飞行的条件。在飞行条件下，防止和(或)清除这种冰的堆积所作的努力产生了三种清除积冰的通用方法，即通常称为除冰的过程。在一种称之为热除冰的除冰形式中，前缘被加热以便松弛积冰与飞机组件之间的粘附力。这里所用的“前缘”是指冰堆积在其上的飞机组件，这些前缘被流过飞机并具有气流停滞点或线的气流所碰撞。一旦粘附力被松弛，通常冰就被通过飞机的气流从飞机组件上吹掉。存在两种加热前缘的通用方法。在一种称之为电热除冰的方法中，电热元件或者通过包含在附着于前缘之上的弹性仓中的方法，或者通过包含在飞机组件的蒙皮结构中的方法被安放在飞机组件的前缘区内。这个加热元件典型的作法是由一个或多个航空发动机驱动的发电源送出的电能供电，并能接通和断开以提供足以使堆积的冰松弛的热量。在小型飞机中，使用电热除冰可能不能够提供足够的电能。在另一种加热方法中，从透平发动机的一个或多个压缩级输出的高温气体通过诸如机翼和支撑一类组件的前缘进行循环以便影响降冰或防冰作用。这种方法一般只适用于由透平发动机驱动的飞机，通过排放从透平发电机的一个或多个压缩机站输出的高温压缩空气来实现。这种方法使燃料的经济效益降低并使透平发动机的功率输出降低。第二种常用的除冰方法涉及化学药品。在有些情况下，可将化学药品用于整个飞机或其一部分上，以减少由于冰在飞机上的堆积造成的粘附力或者降低积存在飞机表面上的水的结冰点。剩下的普通常用的除冰方法称为机械除冰。在主要的商业用机械除冰方法-气动除冰方法中，前缘区或飞机的机翼、或支撑组件被许多可膨胀的、通常为管状的结构覆盖着，这些结构可充气，一般使用加压流体最典型的为空气作为充气介质。由于充气，管状结构使机翼或支撑的前缘轮廓膨胀，并使堆积在该处的冰裂开，散布至流经飞机组件的气流中去。比较有代表性的是，这些管状结构配置成平行于飞机的前缘排列。这些传统的低压气动除冰器通常是由具有橡胶或弹性性质的复合物制成的。通常，构成这种除冰器结构可充气管的材料，在一个充气循环中可膨胀或伸长40%或更多，这样使得除冰器的轮廓以及前缘发生很大的变化，从而使堆积在前缘上的冰裂开。这些传统的气动除冰器需要大量的空气来给其膨胀性很好的管子充气，有代表性的和从历史观点来看的给这些管子充气所需的时间平均约为2秒和6秒。由管子充气引起的翼面轮廓的变形可大大改变流过翼面的气流型态，并对翼面的举升特性产生不利的影响。构成这些传统的气动除冰器的橡胶或类似橡胶的材料通常具有杨氏模量(弹性模量)大约为6900千帕。冰的弹性模量在大约275000千帕与3450000千帕之间变化。冰所具有的弹性模量能够使典型的冰堆调整至使支承这些冰堆的表面轮廓变化较小。当传统除冰器所用的橡胶复合物的弹性模量比冰堆的弹性模量低得很多时，则传统气动除冰器的巨大膨胀会使冰堆结构裂开或断裂，这样这些冰堆就可被碰撞的气流扫除掉。另外一些影响除冰作用的机械方法含有电气机械锤击作用，如Levin等人在美国专利3549964中所描述的那样。有关在长期被锤击作用下翼面蒙皮对应力疲劳的敏感性的忧虑已经部分地阻碍了这种技术的进一步商业开发或应用。另一种电气机械消冰系统被Haslim等人在美国专利4690353中描述了。一根或多根叠合的挠性带状导体，每一根都自己再叠回一次并被埋入弹性材料中。当一个大电流脉冲加到导体上时，在导体相邻表层的相对部分上的不平行电流形成相互作用的磁场，并在叠接的导体部分之间产生电气排斥力，使它们瞬间即分离开来。这种扩张可除去在弹性材料表面上的任何坚固物体。Briscoe等人的美国专利4706911和Putt等人的美国专利4747575揭示了一种前缘除冰装置，该装置使用压力流体脉冲使可充气管子快速充气，可充气管子安放在支承表面和具有很高模量的板状蒙皮之间。流体脉冲输送到可充气的管子中，使高模量的蒙皮离开其原来位置，然后突然停止。这样，传给冰堆的动量使冰产生附加运动，促使冰脱离和移位。在一些优选的具体方案中的这种可充气的管状结构在不超过大约0.1秒的时间内即可充满气，而更好的可在不超过大约0.5毫秒内即可充满气。美国专利4706911的图4及其附带的说明描述了一个适用于这种气动脉冲除冰器的弹性器(先导阀)操纵的排气阀。在美国专利4747575的图7和其附带的说明中描述了一个用于气动脉冲除冰器的颤振阀，它输出一个快速的流体压力脉冲序列至固定在前缘上的除冰器可充气管子中。改善这种气动脉冲除冰系统的努力导致了连续不断的改善阀的努力，以便它能输出理想的流体脉冲。根据本专利技术的一个方面，它配备有一个含有先导阀的阀，中间部分和输出部分，包括带有先导阀腔和先导阀阀体的先导阀部分，从先导阀阀体的外部通向先导阀腔的输入通道，从先导阀腔通向先导阀阀体的排气通道，以及从先导阀腔通向前述中间部分的中间通道，为从输入通道与上述中间通道有流体交换的加载位置和排气通道与上述中间通道有流体交换，同时上述输入通道与上述中间通道断开的卸载位置运动而设置的闸门装置;中间部分包含一个具有中间腔的中间阀体，中间腔具有一个与上述中间通道进行流体交换的输入口，中间部分还包含有一排气口和一个与输出通道进行流体交换的输出口，输出口靠近排气口，它还包含一个位于上述中间腔内的提动阀，该提动阀是专门为从压力流体可以进入中间腔与推动提动阀切断流体通往排气口的运动，同时允许流体流向输出口的加载位置以及压力流体可从上述输出通道流向上述排气口的卸载位置而设置的;输出部分包含一个具有输出腔的输出阀体，输出腔具有一个与上述输出通道进行流体交换的输入孔，输出部分还包含一个输出口和蓄能腔，蓄能腔具有一个靠近上述输出口、并通向上述输出腔的开口，输出部分还包含一个位于上述输出腔内的活塞，该活塞是专门为从压力流体可通过上述输入孔进入输出腔、并推动活塞切断流体流入输出口的运动，同时允许流体流入蓄能腔的加载位置，以及压力流体可从上述蓄能腔流入上述输出腔的卸载位置运动而设置的。在优选的具体方案中，提动阀和相应的中间腔是圆柱形的，提动阀面对排气口的末端有一个截锥面，当它与提动阀座紧密接触时，可对从中间腔来的流动实行密封。同样，活塞及其相应的输出腔是圆柱形的，活塞面对输出口的末端有一个截锥面，当它与活塞阀座紧密接触时，可对从输出腔来的流体流动实行密封。作出这些截锥形密封面是用于加速阀的开启，因为当压力从中间腔和输出腔释放时，提动阀与活塞分别开始离开它们相应的环状阀座，为流出的流体提供了较大的通流面积，从而使得作用在提动阀和活塞上的力较大，使它们比较快速地离开其阀座位置。在优选的具体方案中，阀体是整体的、用金属制成，而提动阀与活塞则是用塑性材料制成。按照本专利技术更进一步的考虑，将前面所述的阀和流体脉冲分离装置组合配置，流体脉冲分离装置包括一个由杨氏模量至少为40000千帕的材料制成的外表面层和至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个阀，它包含先导，中间和输出部分，先导部分包括一个带有先导阀腔的先导阀体，从先导阀体的外部通到先导阀腔的输入通道，从先导阀腔通向先导阀体外部的排气通道，以及从先导阀腔通向上述中间部分的中间通道，为从输入通道与上述中间通道可进行流体交换的加载位置和排气通道与上述中间通道有流体交换，同时上述输入通道与上述中间通道断开的卸载位置运动而设置的闸门；中间部分包括一个具有中间腔的中间阀体，中间腔具有一个与上述中间通道进行流体交换的输入口，它还包括一个排气口和一个与输出通道有流体交换 的输出口，输出口靠近排气口，它还包括一个位于上述中间腔内的提动阀，该阀是为了从压力流体可进入中间腔并推动提动阀切断流体流入排气口，同时允许流体流入输出口的加载位置以及压力流体可从上述输出通道流入上述排气口的卸载位置运动而设置的；输出部分 包括一个具有输出腔的输出阀体，输出腔具有一个与上述输出通道有流体交换的输入孔，它还包括一个输出口与蓄能腔，蓄能腔具有一个靠近上述输出口，并通向上述输出腔的开口，它还包括一个位于上述输出腔内的活塞，该活塞是专门为了从压力流体可通过上述输入口进入输出腔，并推动活塞切断流体流入输出口的运动，同时允许流体流入蓄能腔的加载位置以及压力流体可从上述蓄能腔流入上述输出口的卸载位置运动而设置的。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杰姆斯卡埃格甫特，罗伯特诺埃尔赫翰施拉，
申请(专利权)人：BF谷德里奇公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]