CN113882972B - 一种双组元变流量电磁先导气动控制阀 - Google Patents

一种双组元变流量电磁先导气动控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及双组元控制阀，具体涉及一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，解决现有用于双组元变推力发动机的控制阀因空间尺寸占用较大、结构重量偏高，不利于结构优化及小型轻质化设计，并导致多台双组元变推力发动机装配时空间布局及总装难度加大的不足之处。该双组元变流量电磁先导气动控制阀，包括第一副阀、第二副阀、第一主阀和第二主阀。本发明集成了两路双组元介质通道和两路控制气体通道，实现了双组元介质的同步变流量控制，并且在结构空间上进行了集成优化，在实现同步变流量及快速开关控制的同时，完成了控制阀结构小型及减重设计。

Description

一种双组元变流量电磁先导气动控制阀
技术领域
本发明涉及双组元控制阀，具体涉及一种双组元变流量电磁先导气动控制阀。
背景技术
在轨姿控发动机研制中，为满足高性能双组元变推力发动机的快速起动及关机控制要求，提出了满足双路介质的同步变流量及开关控制的控制阀研制。
要实现双路介质的同步变流量及开关控制，通常需要四台主阀芯进行调控，独立装配时空间尺寸占用较大，结构重量偏高，不利于结构优化及小型轻质化设计，姿控动力***装配多台双组元变推力发动机时空间布局及总装难度加大，结构强度及重量难以满足要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有用于双组元变推力发动机的控制阀因空间尺寸占用较大、结构重量偏高，不利于结构优化及小型轻质化设计，并导致多台双组元变推力发动机装配时空间布局及总装难度加大的不足之处，而提供一种双组元变流量电磁先导气动控制阀。
为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，其特殊之处在于：包括第一副阀、第二副阀、第一主阀和第二主阀；
所述第一副阀和第二副阀结构相同，均包括副阀体、副阀芯、副阀线圈和副阀弹簧；所述副阀体上设置有进气口和排气口；所述副阀体内设置副阀芯，副阀芯一端与进气口对应，另一端与排气口对应，且副阀芯端部与副阀体之间设置副阀弹簧；副阀芯与副阀体之间形成连通进气口和排气口的进排气腔；所述副阀线圈设置在副阀体内；
所述第一主阀和第二主阀结构相同，均包括主阀体、外阀芯、盖板、内阀芯、环形衬套、外弹簧和内弹簧；
所述主阀体上设置有进口和出口；主阀体内部设置外阀芯，外阀芯与主阀体之间形成第一环形腔，以及连通进口和出口的外进出口腔；
所述外阀芯上端中间设有导向孔，所述内阀芯位于外阀芯上部，且内阀芯下端伸入导向孔内，所述主阀体、内阀芯与外阀芯之间形成第二环形腔，所述内阀芯与外阀芯之间形成内进出口腔；
所述环形衬套位于第二环形腔内，将第二环形腔分为第二环形腔上部和第二环形腔下部，环形衬套内壁与内阀芯紧密贴合，外壁与主阀体固定连接；所述外弹簧位于第二环形腔下部内，且两端分别与外阀芯、环形衬套相连；
所述盖板位于内阀芯上部，且与主阀体固定连接；所述内阀芯上端中间设有凹槽，所述盖板上设有与凹槽适配的凸起，所述内弹簧位于凹槽内，且两端分别与内阀芯、盖板的凸起相连；
所述外阀芯上设有连通内进出口腔与出口的轴向通孔，以及连通内进出口腔与外进出口腔的径向通孔；所述内阀芯上设有连通凹槽与内进出口腔的通孔；
所述第一副阀的进气口与第一主阀的第一环形腔、第二主阀的第一环形腔通过流道依次连通，所述第二副阀的进气口与第一主阀的第二环形腔上部、第二主阀的第二环形腔上部通过流道依次连通。
进一步地，所述轴向通孔的出口端设置有节流钉，对双组元介质小流量工况的流量流阻特性进行精确调节。
进一步地，所述主阀体内壁上沿轴向设置有环形凸起的外出口阀座，所述外阀芯上与外出口阀座接触处设置有密封圈；所述外阀芯在轴向通孔的入口端沿轴向设置有环形凸起的内出口阀座，所述内阀芯上与内出口阀座接触处设置有密封垫。
进一步地，所述外阀芯与主阀体之间、外阀芯与内阀芯之间均设置有密封圈；所述内阀芯与主阀体之间、内阀芯与环形衬套之间均设置有密封圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明集成了两路双组元介质通道和两路控制气体通道，第一副阀和第二副阀为电磁先导阀，通过控制气体通断来控制第一主阀和第二主阀内部的外阀芯、内阀芯的打开或关闭，从而实现双组元介质的同步变流量控制；其中，内阀芯嵌套在外阀芯的导向孔内，在结构空间上进行了集成优化，在实现同步变流量及快速开关控制的同时，完成了控制阀结构小型及减重设计，有利于多台双组元变推力发动机装配时空间布局及总装。
(2)本发明中外阀芯与主阀体构成大通径的介质流道，内阀芯嵌套于外阀芯的导向孔内，在外阀芯内集成了小通径的介质流道，通过控制第一主阀和第二主阀的外阀芯或内阀芯打开可以实现大流量工况或小流量工况。
(3)本发明中盖板的凸起将内弹簧压紧在内阀芯的凹槽内，不仅可以内弹簧所需的安装体积，还可以实现对凹槽的密封，通过内阀芯的凹槽与T形通孔配合，小流量工况下介质进入凹槽，给内阀芯一个向下的压紧力，有助于内阀芯的关闭，从而减小所需内弹簧的弹簧力，进一步实现控制阀结构小型轻质设计。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构示意图。
附图标记说明如下：11-第一副阀,12-第二副阀，13-第一主阀，14-第二主阀；21-副阀体，22-副阀芯，23-副阀线圈，24-副阀弹簧，25-进气口，26-排气口，27-进排气腔；31-主阀体,32-外阀芯，33-盖板，34-内阀芯，35-环形衬套，36-外弹簧，37-内弹簧，38-进口，39-出口；41-第一环形腔，42-外进出口腔，43-第二环形腔上部，44-第二环形腔下部，45-内进出口腔；5-节流钉；61-外出口阀座，62-内出口阀座。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
参照图1，一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，包括第一副阀11、第二副阀12、第一主阀13和第二主阀14。
第一副阀11和第二副阀12为电磁先导阀，两者结构相同，均包括副阀体21、副阀芯22、副阀线圈23和副阀弹簧24；副阀体21上设置有进气口25和排气口26；副阀体21内部设置副阀芯22，副阀芯22一端与进气阀座对应，另一端与排气口26对应，且副阀芯22端部与副阀体21之间设置副阀弹簧24；副阀线圈23设置在副阀体21内；副阀芯22与副阀体21之间形成连通进气口25和排气口26的进排气腔27；副阀体21内壁沿轴向设置有环形凸起的进气阀座，用于提高进排气腔27密封性。
第一主阀13和第二主阀14为气动主阀，两者结构相同，均包括主阀体31、外阀芯32、盖板33、内阀芯34、环形衬套35、外弹簧36和内弹簧37；主阀体31上设置有进口38和出口39；主阀体31内部设置外阀芯32，外阀芯32与主阀体31之间设置有密封圈，用于实现滑动密封，外阀芯32与主阀体31之间形成第一环形腔41，以及连通进口38和出口39的外进出口腔42。
外阀芯32上端中间设有导向孔，内阀芯34位于外阀芯32上部，且内阀芯34下端伸入导向孔内，主阀体31、内阀芯34与外阀芯32之间形成第二环形腔，内阀芯34与外阀芯32之间形成内进出口腔45；环形衬套35位于第二环形腔内，将第二环形腔分为第二环形腔上部43和第二环形腔下部44，环形衬套35内壁与内阀芯34紧密贴合，外壁与主阀体31固定连接；内阀芯34与主阀体31之间、内阀芯34与环形衬套35之间均设置有用于滑动密封的密封圈。
外弹簧36位于第二环形腔下部44内，且两端分别与外阀芯32、环形衬套35相连；盖板33位于内阀芯34上部，且与主阀体31固定连接；内阀芯34上端中间设有凹槽，盖板33上设有与凹槽适配的凸起，凸起将内弹簧37压紧在凹槽内，内弹簧37两端分别与内阀芯34、盖板33的凸起相连，并且凸起与凹槽之间设有密封圈；凸起结构一方面用于实现结构小型轻质设计，另一方面用于实现对凹槽的密封。
内阀芯34上设有连通凹槽与内进出口腔45的T形通孔，外阀芯32上设有连通内进出口腔45与出口39的轴向通孔，以及连通内进出口腔45与外进出口腔42的径向通孔，轴向通孔的出口端固定设置有节流钉5。
所述第一副阀11的进气口25与第一主阀13的第一环形腔41、第二主阀14的第一环形腔41通过流道依次连通，所述第二副阀12的进气口25与第一主阀14的第二环形腔上部43、第二主阀14的第二环形腔上部43通过流道依次连通。
为了提高出口39密封性，主阀体31内壁上沿轴向设置有环形凸起的外出口阀座61，外阀芯32上与外出口阀座61接触处设置有密封圈；外阀芯32在轴向通孔的入口端沿轴向设置有环形凸起的内出口阀座62，内阀芯34上与内出口阀座62接触处设置有密封垫。
本实施例中，第一副阀11和第二副阀12用于控制气体的通断及充放气换向管理，第一主阀13的进口38和出口39分别为燃料进口和燃料出口，第二主阀14的进口38和出口39分别为氧化剂进口和氧化剂出口，所述双组元变流量电磁先导气动控制阀可以实现双组元介质的同步变流量控制，并且设置有大流量工况和小流量工况。
在大流量工况下，第二副阀12的副阀线圈23通电，第二副阀12的进气口25、进排气腔27和排气口26连通，第一副阀11的副阀线圈23断电，第一副阀11的进气口25与进排气腔27断开，气体从第一副阀11进气口25进入，通过流道充入第一主阀13和第二主阀14的第一环形腔41，作用于第一主阀13和第二主阀14的外阀芯32，使得第一主阀13和第二主阀14的外阀芯32和内阀芯34一起向上运动，第一主阀13和第二主阀14的外阀芯32与外出口阀座之间产生间隙，燃料进口、第一主阀13外进出口腔42和燃料出口连通，氧化剂进口、第二主阀14外进出口腔42和氧化剂出口连通。
在小流量工况下，第一副阀11的副阀线圈23通电，第一副阀11的进气口25、进排气腔27和排气口26连通，第二副阀12的副阀线圈23断电，第二副阀12的进气口25与进排气腔27断开，气体从第二副阀12进气口25进入通过流道充入第一主阀13和第二主阀14的第二环形腔上部43，作用于第一主阀13和第二主阀14的内阀芯34，使得第一主阀13和第二主阀14的外阀芯32静止不动，内阀芯34向上运动，第一主阀13和第二主阀14的内阀芯34与内出口阀座之间产生间隙；燃料进口、第一主阀13外进出口腔42、第一主阀13外阀芯32径向通孔、第一主阀13内进出口腔45、第一主阀13外阀芯32轴向通孔和燃料出口连通，氧化剂进口、第二主阀14外进出口腔42、第二主阀14外阀芯32径向通孔、第二主阀14内进出口腔45、第二主阀14外阀芯32轴向通孔和氧化剂出口连通，所述节流钉5用于对小流量工况的流量流阻特性进行精确调节；内阀芯34的T形通孔用于在小流量工况下将介质引向内弹簧37所在的凹槽，介质在凹槽内给内阀芯34一个向下的压紧力，有助于内阀芯34的关闭，从而减小所需内弹簧37的弹簧力，实现控制阀结构小型及减重设计。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，其特征在于：包括第一副阀(11)、第二副阀(12)、第一主阀(13)和第二主阀(14)；
所述第一副阀(11)和第二副阀(12)结构相同，均包括副阀体(21)、副阀芯(22)、副阀线圈(23)和副阀弹簧(24)；所述副阀体(21)上设置有进气口(25)和排气口(26)；所述副阀体(21)内设置副阀芯(22)，副阀芯(22)一端与进气口(25)对应，另一端与排气口(26)对应，且副阀芯(22)端部与副阀体(21)之间设置副阀弹簧(24)；副阀芯(22)与副阀体(21)之间形成连通进气口(25)和排气口(26)的进排气腔(27)；所述副阀线圈(23)设置在副阀体(21)内；
所述第一主阀(13)和第二主阀(14)结构相同，均包括主阀体(31)、外阀芯(32)、盖板(33)、内阀芯(34)、环形衬套(35)、外弹簧(36)和内弹簧(37)；
所述主阀体(31)上设置有进口(38)和出口(39)；主阀体(31)内部设置外阀芯(32)，外阀芯(32)与主阀体(31)之间形成第一环形腔(41)，以及连通进口(38)和出口(39)的外进出口腔(42)；
所述外阀芯(32)上端中间设有导向孔，所述内阀芯(34)位于外阀芯(32)上部，且内阀芯(34)下端伸入导向孔内，所述主阀体(31)、内阀芯(34)与外阀芯(32)之间形成第二环形腔，所述内阀芯(34)与外阀芯(32)之间形成内进出口腔(45)；
所述环形衬套(35)位于第二环形腔内，将第二环形腔分为第二环形腔上部(43)和第二环形腔下部(44)，环形衬套(35)内壁与内阀芯(34)紧密贴合，外壁与主阀体(31)固定连接；所述外弹簧(36)位于第二环形腔下部(44)内，且两端分别与外阀芯(32)、环形衬套(35)相连；
所述盖板(33)位于内阀芯(34)上部，且与主阀体(31)固定连接；所述内阀芯(34)上端中间设有凹槽，所述盖板(33)上设有与凹槽适配的凸起，所述内弹簧(37)位于凹槽内，且两端分别与内阀芯(34)、盖板(33)的凸起相连；
所述外阀芯(32)上设有连通内进出口腔(45)与出口(39)的轴向通孔，以及连通内进出口腔(45)与外进出口腔(42)的径向通孔；所述内阀芯(34)上设有连通凹槽与内进出口腔(45)的通孔；
所述第一副阀(11)的进气口(25)与第一主阀(13)的第一环形腔(41)、第二主阀(14)的第一环形腔(41)通过流道依次连通，所述第二副阀(12)的进气口(25)与第一主阀(14)的第二环形腔上部(43)、第二主阀(14)的第二环形腔上部(43)通过流道依次连通。
2.根据权利要求1所述的一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，其特征在于：所述轴向通孔的出口端设置有节流钉(5)。
3.根据权利要求2所述的一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，其特征在于：所述主阀体(31)内壁上沿轴向设置有环形凸起的外出口阀座(61)，所述外阀芯(32)上与外出口阀座接触处设置有密封圈；所述外阀芯(32)在轴向通孔的入口端沿轴向设置有环形凸起的内出口阀座(62)，所述内阀芯(34)上与内出口阀座接触处设置有密封垫。
4.根据权利要求3所述的一种双组元变流量电磁先导气动控制阀，其特征在于：所述外阀芯(32)与主阀体(31)之间、外阀芯(32)与内阀芯(34)之间均设置有密封圈；所述内阀芯(34)与主阀体(31)之间、内阀芯(34)与环形衬套(35)之间、内阀芯(34)与盖板(33)凸起之间均设置有密封圈。
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