CN212407575U - 一种气动开启阀 - Google Patents

Abstract

一种气动开启阀，属于流体机械领域；所述气动开启阀包含有阀体，关闭活塞，套筒，顶杆，开启活塞，活塞腔等零件；所述关闭活塞安装在所述套筒内，所述套筒安装在所述阀体内；所述顶杆安装在所述套筒的中心孔内，一端与所述关闭活塞接触；所述活塞腔连接在所述阀体上；所述开启活塞安装在所述活塞腔内，与所述顶杆接触；所述关闭活塞在所述阀体的入口介质的压力作用下会被压紧在所述套筒内，将所述阀体的入口和出口隔绝开；当所述活塞腔的进气口接入启动气时，所述开启活塞在气压作用下，推动所述顶杆，将所述关闭活塞顶出所述套筒，使所述阀体的入口和出口之间的空腔开启。使用活塞来关闭和开启，降低了成本，提高了可靠性。

Description

一种气动开启阀

技术领域

本实用新型涉及一种气动开启阀，用于火箭发动机上的燃料供应***。

背景技术

在发动机的燃料供应***上，普遍使用一种流路控制阀门，其作用是在发动机开始工作前可靠的封闭储箱中的燃料，当发动机开始工作时，迅速将管路开启，保证燃料正常从储箱给燃烧室供应。现有产品主要有气爆阀和电爆阀两种，类似设计详见专利号ZL200920089352.3，和申请号201810714318.4的专利；如图5所示，其结构是在阀体7中，连接入口B和出口C之间的通道上，采用整块金属膜片6以及密封圈14来封闭流道，使出口C和入口B之间不能联通，需要开启阀门时就用火药***或高压气体为动力推动切刀3来切破金属膜片6，使出入口之间的通道打开。用切刀来切破膜片会存在产生碎片的风险；为了保证金属膜片被完全切破，就需要比较大的驱动力来驱动切刀，使用火药或高压气体作为阀门动作的动力，存在成本偏高和有安全隐患的缺点；

发明内容

本实用新型提供一种气动开启阀，通过设计一种新的关闭和开启结构，解决现有的电爆阀，气爆阀的高成本，质量不稳定以及产生多余物的缺陷，降低了成本，提高了可靠性。

本实用新型的技术解决方案为：

本实用新型所述的一种气动开启阀，包括阀体（1）、套筒（2）、直线运动轴承（3）、关闭活塞（4）、顶杆（5）、活塞腔（7）和开启活塞（8）；其中阀体（1）包括入口A、出口B和第一空腔D，出口B位于阀体（1）的中心孔的上侧，第一空腔D位于阀体（1）的中心孔的右侧，入口A位于第一空腔D的右侧，第一空腔D与入口A相连通，且入口A的直径小于第一空腔D的直径；套筒（2）安装在阀体（1）的中心孔内，套筒（2）与阀体（1）之间用两个第一密封圈（12）进行密封；套筒（2）包括第二空腔E和第三空腔F，其中第二空腔E位于套筒（2）的最右侧，其与阀体（1）的第一空腔D连通，且第二空腔E的直径小于第一空腔D的直径，套筒（2）的中部设计有第三空腔F，且第三空腔F的直径小于第二空腔E的直径，第三空腔F与阀体（1）的出口B连通；活塞腔（7）位于阀体（1）的左侧，其与套筒（2）的径向外侧通过过盈配合相连，活塞腔（7）包括进气口C和第四空腔G，其中第四空腔G位于活塞腔（7）的右侧，进气口C位于第四空腔G的左侧，且进气口C的直径小于第四空腔G的直径；关闭活塞（4）置于套筒（2）的第二空腔E中，其与套筒（2）通过第二密封圈（13）进行密封，关闭活塞（4）的直径与套筒（2）的第二空腔E右侧直径相同，关闭活塞（4）可以在第二空腔E内移动；顶杆（5）位于套筒（2）的中心，顶杆（5）与套筒（2）之间通过第三密封圈（14）进行密封，顶杆（5）位于关闭活塞（4）的左侧，为了降低顶杆（5）左右运动时的摩擦力，在顶杆（5）和套筒（2）之间安装有直线运动轴承（3）；开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G中，并与活塞腔（7）通过第四密封圈（15）进行密封，开启活塞（8）能够在第四空腔G内移动，开启活塞（8）与顶杆（5）的左侧接触；所述气动开启阀在未开启时，开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G的最左侧，关闭活塞（4）位于套筒（2）的第二空腔E的最左侧，所述顶杆（5）左侧不仅与开启活塞（8）相接触，其右侧同时与关闭活塞（4）相接触；

所述阀体（1）的第一空腔D的轴向长度要大于关闭活塞（4）的直径，以确保顶杆（5）推动关闭活塞（4）在顶出套筒（2）之后可完整落入第一空腔D中；

所述阀体（1）的第一空腔D与套筒（2）的第二空腔E之间要满足以下关系：第一空腔D的直径大于第二空腔E的直径加上关闭活塞4的厚度；

所述套筒（2）的第二空腔E的轴向长度要大于关闭活塞（4）的厚度，以确保关闭活塞（4）可以完整的放置于第二空腔E中；

所述开启活塞（8）在第四空腔G中的行程大于套筒（2）的第二空腔E的轴向长度和关闭活塞（4）的厚度之和；

所述关闭活塞（4）的左侧端面在圆周上增加一道密封圈，用以密封关闭活塞（4）和套筒（2）的第二空腔E的最左侧。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：与现有的通过金属膜片来关闭阀门的技术相比，用顶杆来顶开活塞替代了用切刀来切破膜片，顶杆的生产成本比切刀更低，所需的驱动力更低，可靠性更高，而且避免了膜片破裂时可能产生的碎片等多余物；使用气体来驱动顶杆，相比火药***作为驱动力，成本更低，可靠性更高。

附图说明

图1为气动开启阀在关闭状态下的结构示意图；

图2为零件阀体1，套筒2，关闭活塞4，活塞腔7，开启活塞8的关键尺寸示意图；

图3为气动开启阀在开启状态下的结构示意图；

图4为关闭活塞和套筒的结构示意图；

图5为背景技术中，现有产品的结构示意图；

图中各标号清单为：1、阀体，2、套筒，3、直线运动轴承，4、关闭活塞，5、顶杆，7、活塞腔，8、开启活塞，12、第一密封圈，13、第二密封圈，14、第三密封圈，15、第四密封圈，A、入口，B、出口，C、进气口，D、第一空腔，E、第二空腔，F、第三空腔，G、第四空腔。

具体实施方式

一种气动开启阀，包括阀体（1）、套筒（2）、关闭活塞（4）、顶杆（5）、直线运动轴承（3）、活塞腔（7）和开启活塞（8）；其中阀体（1）包括入口A、出口B和第一空腔D，出口B位于阀体（1）的中心孔的上侧，第一空腔D位于阀体（1）的中心孔的右侧，入口A位于第一空腔D的右侧，第一空腔D与入口A相连通，且入口A的直径小于第一空腔D的直径；套筒（2）安装在阀体（1）的中心孔内，套筒（2）与阀体（1）之间用两个第一密封圈（12）进行密封；套筒（2）包括第二空腔E和第三空腔F，其中第二空腔E位于套筒（2）的最右侧，其与阀体（1）的第一空腔D连通，且第二空腔E的直径小于第一空腔D的直径，套筒（2）的中部设计有第三空腔F，且第三空腔F的直径小于第二空腔E的直径，第三空腔F与阀体（1）的出口B连通；活塞腔（7）位于阀体（1）的左侧，其与套筒（2）的径向外侧通过过盈配合相连，活塞腔（7）包括进气口C和第四空腔G，其中第四空腔G位于活塞腔（7）的右侧，进气口C位于第四空腔G的左侧，且进气口C的直径小于第四空腔G的直径；关闭活塞（4）置于套筒（2）的第二空腔E中，其与套筒（2）通过第二密封圈（13）进行密封，关闭活塞（4）的直径与套筒（2）的第二空腔E右侧直径相同，关闭活塞（4）可以在第二空腔E内移动；顶杆（5）位于套筒（2）的中心，顶杆（5）与套筒（2）之间通过第三密封圈（14）进行密封，顶杆（5）位于关闭活塞（4）的左侧，为了降低顶杆（5）左右运动时的摩擦力，在顶杆（5）和套筒（2）之间安装有直线运动轴承（3）；开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G中，并与活塞腔（7）通过第四密封圈（15）进行密封，开启活塞（8）能够在第四空腔G内移动，开启活塞（8）与顶杆（5）的左侧接触；所述气动开启阀在未开启时，开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G的最左侧，关闭活塞（4）位于套筒（2）的第二空腔E的最左侧，所述顶杆（5）左侧不仅与开启活塞（8）相接触，其右侧同时与关闭活塞（4）相接触；

所述阀体（1）的第一空腔D的轴向长度要大于关闭活塞（4）的直径，以确保顶杆（5）推动关闭活塞（4）在顶出套筒（2）之后可完整落入第一空腔D中；

所述阀体（1）的第一空腔D与套筒（2）的第二空腔E之间要满足以下关系：第一空腔D的直径大于第二空腔E的直径加上关闭活塞4的厚度。

所述套筒（2）的第二空腔E的轴向长度要大于关闭活塞（4）的厚度，以确保关闭活塞（4）可以完整的放置于第二空腔E中；

所述开启活塞（8）在第四空腔G中的行程大于套筒（2）的第二空腔E的轴向长度和关闭活塞（4）的厚度之和；

所述关闭活塞（4）的左侧端面在圆周上增加一道密封圈，用以密封关闭活塞（4）和套筒（2）的第二空腔E的最左侧；

以火箭发动机上的燃料供应***为例进行本实用新型所述气动开启阀的实施说明；

在阀体（1）的入口A通过管路连接火箭发动机上的燃料供应***的燃料储箱，阀体（1）的出口B通过管路连接发动机的燃烧室；活塞腔（7）的进气口C连接燃料供应***的进气电磁阀；如图1所示，当燃料储箱充满燃料后，关闭活塞（4）在阀体（1）的入口A内的燃料压力作用下被压在套筒（2）内的第二空腔E中，和第二密封圈（13）一起隔绝了燃料在入口A和出口B之间的流动通道，阀门处于关闭状态；当活塞腔（7）的进气口C上游的电磁阀在控制***的指令下开启后，控制气体（一般为氮气或氦气）进入活塞腔（7），推动开启活塞（8）向右运动，通过顶杆（5）将开启活塞（8）顶出套筒（2），落在阀体（1）上的第一空腔D中，是阀体上入口A和出口B之间的通道打开，燃料可以畅通的从储箱流进燃烧室；

如图3所示，当活塞腔（7）的进气口C接入从燃料供应***中的高压气瓶中来的控制气时，开启活塞（8）在气压作用下沿着活塞腔（7）中的第四空腔G向右运动，由于开启活塞（8）与顶杆（5）接触，则通过顶杆（5），将关闭活塞（4）连带着密封圈（13）顶出套筒（2）上的第二空腔E,落到阀体（1）的第一空腔D内，使阀体（1）从入口A到出口B之间的空腔打开，即使得阀体（1）的入口A和出口B连通；

如图2所示，为了实施本实用新型，阀体（1）的第一空腔D的尺寸必须能够容纳关闭活塞（4）；因此，第一空腔D的尺寸必须满足以下条件，其长度m大于关闭活塞（4）的直径a;其内径n与第二空腔E的直径a的差值大于关闭活塞4的厚度h；选取m=1.5a～2a,n=（a+1.5h）～（a+h）；在本实施例中，a=10mm，h=6mm，因此优选m=15mm，n=19mm；

如图2所示，为了实施本实用新型，套筒（2）内的第二空腔E的深度f必须大于关闭活塞4的厚度a,为了保证可靠性，选取f=1.5a～3a；在本实施例中，a=10mm，因此优选f=20mm；

如图2所示，为了实施本实用新型，活塞腔（7）的进气口C的气体作用在开启活塞 （8）上的压力必须大于阀体（1）的入口A的介质作用在关闭活塞（4）上的作用力；如果开启活 塞（8）的直径为b,气体压力为，关闭活塞（4）的直径为a,介质压力必须满足：

； 考虑到摩擦力的因素，选取1.5～2；在本实施例中，P₂=2Mpa，a=10mm,因此优选P₁=1Mpa，b= 17mm；

如图2所示，为了实施本实用新型，保证关闭活塞（4）能够被顶出套筒（2），则开启活塞（8）的行程e必须大于第二空腔E的长度f加上关闭活塞（4）的厚度h：选取e=(f+1.5h)～(f+2h)；在本实施例中，f=20mm，h=6mm，因此优选e=30mm；

如图4所示，为了保证关闭活塞（4）的密封性，除了关闭活塞（4）上的密封圈（13）外，还可以在关闭活塞（4）上与台阶2-1接触的地方（即关闭活塞（4）的左侧端面）沿圆周方向上增加一道密封圈4-1，在介质压力的作用下，形成一道新的密封带，使本气动开启阀的关闭性更好；

经过实验比较，采用本实施例中所设计的最优数值的气动开启阀，在相同工况下，开启和密封的可靠性没有降低，而综合成本比传统的气爆阀和电爆阀降低40%和70%，且工作过程中不会产生多余物；

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种气动开启阀，其特征在于：包括阀体（1）、套筒（2）、直线运动轴承（3）、关闭活塞（4）、顶杆（5）、活塞腔（7）和开启活塞（8）；其中阀体（1）包括入口A、出口B和第一空腔D，出口B位于阀体（1）的中心孔的上侧，第一空腔D位于阀体（1）的中心孔的右侧，入口A位于第一空腔D的右侧，第一空腔D与入口A相连通，且入口A的直径小于第一空腔D的直径；套筒（2）安装在阀体（1）的中心孔内，套筒（2）与阀体（1）之间用两个第一密封圈（12）进行密封；套筒（2）包括第二空腔E和第三空腔F，其中第二空腔E位于套筒（2）的最右侧，其与阀体（1）的第一空腔D连通，且第二空腔E的直径小于第一空腔D的直径，套筒（2）的中部设计有第三空腔F，且第三空腔F的直径小于第二空腔E的直径，第三空腔F与阀体（1）的出口B连通；活塞腔（7）位于阀体（1）的左侧，其与套筒（2）的径向外侧通过过盈配合相连，活塞腔（7）包括进气口C和第四空腔G，其中第四空腔G位于活塞腔（7）的右侧，进气口C位于第四空腔G的左侧，且进气口C的直径小于第四空腔G的直径；关闭活塞（4）置于套筒（2）的第二空腔E中，其与套筒（2）通过第二密封圈（13）进行密封，关闭活塞（4）的直径与套筒（2）的第二空腔E右侧直径相同，关闭活塞（4）可以在第二空腔E内移动；顶杆（5）位于套筒（2）的中心，顶杆（5）与套筒（2）之间通过第三密封圈（14）进行密封，顶杆（5）位于关闭活塞（4）的左侧，为了降低顶杆（5）左右运动时的摩擦力，在顶杆（5）和套筒（2）之间安装有直线运动轴承（3）；开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G中，并与活塞腔（7）通过第四密封圈（15）进行密封，开启活塞（8）能够在第四空腔G内移动，开启活塞（8）与顶杆（5）的左侧接触；所述气动开启阀在未开启时，开启活塞（8）位于活塞腔（7）的第四空腔G的最左侧，关闭活塞（4）位于套筒（2）的第二空腔E的最左侧，所述顶杆（5）左侧不仅与开启活塞（8）相接触，其右侧同时与关闭活塞（4）相接触。

2.根据权利要求1所述的气动开启阀，其特征在于：所述阀体（1）的第一空腔D的轴向长度要大于关闭活塞（4）的直径，以确保顶杆（5）推动关闭活塞（4）在顶出套筒（2）之后可完整落入第一空腔D中。

3.根据权利要求1所述的气动开启阀，其特征在于：所述阀体（1）的第一空腔D与套筒（2）的第二空腔E之间要满足以下关系：第一空腔D的直径大于第二空腔E的直径加上关闭活塞（4）的厚度。

4.根据权利要求1所述的气动开启阀，其特征在于：所述套筒（2）的第二空腔E的轴向长度要大于关闭活塞（4）的厚度，以确保关闭活塞（4）可以完整的放置于第二空腔E中。

5.根据权利要求1所述的气动开启阀，其特征在于：所述开启活塞（8）在第四空腔G中的行程大于套筒（2）的第二空腔E的轴向长度和关闭活塞（4）的厚度之和。

6.根据权利要求1所述的气动开启阀，其特征在于：所述关闭活塞（4）的左侧端面在圆周上增加一道密封圈，用以密封关闭活塞（4）和套筒（2）的第二空腔E的最左侧。

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