一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，由閥體、上端蓋、連接端蓋、電機軸套、旋轉(zhuǎn)軸、閥芯及閥芯托架組成。電機與上端蓋固連，電機輸出軸與電機軸套固連，電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸、閥芯之間配合連接，實現(xiàn)定位與傳動；閥芯與閥芯托架連接。輸氣管絕熱件安裝在閥芯托架兩端與連接端蓋固連；閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與上端蓋通過螺栓固連；連接端蓋與燃氣管路連接。高溫燃氣調(diào)節(jié)閥通過改變閥的旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)流通面積的改變，從而實現(xiàn)固體推進劑發(fā)動機的推力調(diào)節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調(diào)節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調(diào)節(jié)；且安全可靠。高溫燃氣調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單、安裝操作方便、熱防護效果好。
【專利說明】
一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動機推力調(diào)節(jié)及固沖發(fā)動機流量調(diào)節(jié)技術(shù)，具體地說，涉及一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥。
【背景技術(shù)】
[0002]在固體發(fā)動機變推力技術(shù)及固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調(diào)節(jié)技術(shù)中，燃氣調(diào)節(jié)閥設(shè)計方案都不失為是一種較好的方案，并且也有較多方案進行了試驗驗證。
[0003]現(xiàn)有公開的技術(shù)文獻中，發(fā)明專利201310345207.8中公開了一種電動錐閥式固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調(diào)節(jié)裝置，以及專利201310380537.0中提出了一種錐閥式燃氣流量調(diào)節(jié)裝置。這兩項調(diào)節(jié)裝置專利中主要區(qū)別在閥門的驅(qū)動裝置上，調(diào)節(jié)裝置主體是錐閥。采用錐閥進行流量調(diào)節(jié)時對錐的型面要求非常高，是一種線接觸方式控制，并且在高溫環(huán)境下由于燒蝕的影響也會影響流量調(diào)節(jié)精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥。這種在高燃溫條件下使用的球型調(diào)節(jié)閥，通過改變閥的旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)流通面積的改變，從而實現(xiàn)固體推進劑發(fā)動機的推力調(diào)節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調(diào)節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調(diào)節(jié)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括旋轉(zhuǎn)軸、閥芯、閥芯托架、電機軸套、隔熱件、閥體絕熱件、閥體、連接端蓋、輸氣管絕熱件、上端蓋，所述閥芯為圓球型，閥芯中心軸向開有通孔，閥芯上部縱向設(shè)有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直，閥芯位于閥芯托架內(nèi)，閥芯與閥芯托架安裝在閥體絕熱件上，輸氣管絕熱件位于閥芯托架兩端分別與連接端蓋連接，輸氣管絕熱件軸向有臺階孔與連接端蓋軸向孔相連通，閥芯與閥芯托架配合實現(xiàn)流通面積的控制;所述旋轉(zhuǎn)軸下端有矩形凸塊與閥芯上的矩形凹槽配合連接，旋轉(zhuǎn)軸上端徑向開有矩形槽與電機軸套下端的矩形凸塊配合連接，隔熱件位于電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸之間，隔熱件用于隔斷由閥芯向電機軸套的熱傳導(dǎo);所述電機軸套上端中心盲孔內(nèi)側(cè)壁開有鍵槽，電機軸套與電機輸出軸通過鍵連接，電機軸套外側(cè)壁上部周向設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有電機軸套密封圈，電機軸套側(cè)壁下邊緣周向有凸臺，下端部設(shè)有矩形凸塊，電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸為間隙配合，旋轉(zhuǎn)軸與閥芯為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動；所述閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與連接端蓋之間設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有連接端蓋密封圈；閥體與上端蓋通過螺栓連接，閥體與上端蓋之間設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有端蓋密封圈；上端蓋與電機固連，連接端蓋與燃氣管路連接，軸承位于電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉(zhuǎn)和同軸度，電機軸套與隔熱件、閥體絕熱件之間設(shè)有隔熱件密封圈。
[0006]電機軸套、隔熱件、旋轉(zhuǎn)軸與閥芯同軸。
[0007]所述閥體絕熱件和所述隔熱件分別采用高硅氧酚醛材料。
[0008]所述閥芯與所述旋轉(zhuǎn)軸分別采用鎢合金材料。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明提出的一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，由閥體、上端蓋、連接端蓋、電機軸套、旋轉(zhuǎn)軸、閥芯及閥芯托架組成。電機與上端蓋固連，電機輸出軸與電機軸套連接，電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸、閥芯之間間隙配合連接，實現(xiàn)定位與傳動；閥芯與閥芯托架連接實現(xiàn)流通面積的控制。輸氣管絕熱件安裝在閥芯托架兩端與連接端蓋固連；閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與上端蓋通過螺栓固連，且通過上端蓋密封圈實現(xiàn)密封;連接端蓋與燃氣管路連接，軸承安裝在電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉(zhuǎn)和同軸度。
[0011]本發(fā)明高溫燃氣調(diào)節(jié)閥通過改變閥的旋轉(zhuǎn)角度實現(xiàn)流通面積的改變，從而實現(xiàn)固體推進劑發(fā)動機的推力調(diào)節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調(diào)節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調(diào)節(jié);實現(xiàn)連續(xù)多工況的快速調(diào)節(jié)安全可靠。高溫燃氣調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)簡單、安裝操作方便、熱防護效果好。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥作進一步詳細說明。
[0013]圖1為本發(fā)明高溫燃氣調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為電機軸套、旋轉(zhuǎn)軸與閥芯連接部位示意圖。
[0015]圖3為附圖2中截面剖視圖。
[0016]圖4為電機軸套結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖6為閥芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖7為冷流試驗壓強調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線圖。
[0020]圖8為熱流試驗壓強調(diào)節(jié)響應(yīng)曲線圖。
[0021]圖中
[0022]1.閥體2.連接端蓋密封圈3.連接端蓋4.輸氣管絕熱件5.閥芯托架6.上端蓋
7.上端蓋密封圈8.電機軸套密封圈9.電機軸套10.軸承11.隔熱件密封圈12.隔熱件13.旋轉(zhuǎn)軸14.閥芯15.閥體絕熱件
【具體實施方式】
[0023]本實施例是一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥。
[0024]參閱圖1?圖6，本實施例用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，由閥體1、連接端蓋密封圈2、連接端蓋3、輸氣管絕熱件4、閥芯托架5、上端蓋6、上端蓋密封圈7、電機軸套密封圈8、電機軸套9、軸承10、隔熱件密封圈11、隔熱件12、旋轉(zhuǎn)軸13、閥芯14及閥體絕熱件15組成。閥體I承載并作為內(nèi)部部件的安裝基體;閥體I與連接端蓋3通過螺紋連接，閥體I與連接端蓋3之間設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有連接端蓋密封圈2，實現(xiàn)閥體I與連接端蓋3之間密封；連接端蓋3與燃氣管路通過螺紋進行連接，在連接端蓋3上設(shè)計有六方結(jié)構(gòu)便于安裝的裝卡。閥體I與上端蓋6通過螺栓連接，閥體I上端部開有密封槽，密封槽內(nèi)置有上端蓋密封圈7，閥體I與上端蓋6之間通過上端蓋密封圈7實現(xiàn)密封；電機固定安裝在上端蓋6的頂部。本實施例中閥體I與連接端蓋3、上端蓋6均采用lCrl8Ni9Ti材料加工。
[0025]本實施例中，閥芯14為圓球型，閥芯14中心軸向開有通孔，為燃氣通道，閥芯14上部縱向設(shè)有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直；閥芯14安裝在閥芯托架5內(nèi)，閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，閥芯14與閥芯托架5配合實現(xiàn)流通面積的控制;輸氣管絕熱件4固定在閥芯托架5兩端分別與連接端蓋3連接，輸氣管絕熱件4軸向有臺階孔與連接端蓋3軸向孔相連通;閥芯托架5用于實現(xiàn)閥芯14的密封和支撐以及轉(zhuǎn)動過程中的潤滑，閥芯托架5采用C/C復(fù)合材料。輸氣管絕熱件4用于管路的抗高溫防護，輸氣管絕熱件4采用高硅氧酚醛材料加工。旋轉(zhuǎn)軸13下端為矩形凸塊與閥芯14的矩形凹槽配合連接，旋轉(zhuǎn)軸13上端徑向有矩形槽與電機軸套9下端的矩形凸塊配合連接，電機軸套9與旋轉(zhuǎn)軸13之間為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動；閥芯14、旋轉(zhuǎn)軸13采用鎢合金材料加工。電機軸套9上端中心盲孔內(nèi)側(cè)壁加工有鍵槽，即圖中標識A，電機軸套9與電機輸出軸通過鍵連接;電機軸套9外側(cè)壁上部周向設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有電機軸套密封圈8，電機軸套9側(cè)壁下邊緣周向有凸臺，電機軸套9下端部設(shè)有矩形凸塊;電機軸套9與旋轉(zhuǎn)軸13為間隙配合，旋轉(zhuǎn)軸13與閥芯14為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動。隔熱件12安裝在電機軸套9與旋轉(zhuǎn)軸13之間，隔熱件12用于隔斷由閥芯14向電機軸套9的熱傳導(dǎo)，保證電機的正常運轉(zhuǎn)工作，隔熱件12采用高硅氧酚醛材料加工。閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，閥體絕熱件15用于隔離內(nèi)部熱量向閥體傳導(dǎo)，保護閥體，閥體絕熱件15采用高硅氧酚醛材料加工。
[0026]本實施例中，電機軸套9、旋轉(zhuǎn)軸13與閥芯14依靠矩形槽與矩形凸塊配合傳動；電機軸套9的密封槽即圖中標識B為電機軸套密封圈8的安裝槽，電機軸套9下端的矩形凸塊即圖中標識C與旋轉(zhuǎn)軸13上端的矩形槽即中標識D為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動。旋轉(zhuǎn)軸13下端的矩形凸塊即圖中標識E與閥芯14上的矩形凹槽即圖中標識F為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動。
[0027]本實施例在實現(xiàn)與高溫燃氣接觸的通道中，全部采用耐高溫復(fù)合材料和高溫合金材料制作加工，實現(xiàn)高溫燃氣的通暢；在控制流通面積的關(guān)鍵部件中采用耐燒蝕材料制作加工，實現(xiàn)在工作過程中保持流通面積不改變的特點。流通面積的控制通過電機帶動閥芯14旋轉(zhuǎn)與閥芯托架5的配合實現(xiàn)，并且可實現(xiàn)燃氣流道的完全開閉。
[0028]安裝過程
[0029]首先將閥體絕熱件15固定在閥體I內(nèi)；然后將閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，保證閥芯14的矩形凹槽正對閥體絕熱件15的上孔;將閥芯托架5與閥芯14的組合件安裝在閥體絕熱件15的對應(yīng)位置，兩邊對稱安裝保證閥芯14的位置;將連接端蓋密封圈2安裝在閥體I的密封槽內(nèi)，連接端蓋3通過專用扳手安裝在閥體I上，待安裝好旋轉(zhuǎn)軸13后再將連接端蓋3進行緊固；將旋轉(zhuǎn)軸13安裝在閥體絕熱件15對應(yīng)位置上，保證旋轉(zhuǎn)軸13的標識E面與閥芯14的標識F面完全配合;隔熱件12安裝在旋轉(zhuǎn)軸13的矩形槽內(nèi)；將隔熱件密封圈11安裝在閥體絕熱件15的對應(yīng)位置；電機軸套9安裝在隔熱件12上，通過電機軸套9的矩形凸塊與隔熱件12連接;軸承10固定在電機軸套9的凸臺上，并與閥體絕熱件15對應(yīng)位置配合；電機軸套密封圈8安置在電機軸套9的密封圈槽內(nèi)；將上端蓋密封圈7安裝在閥體I對應(yīng)密封圈槽內(nèi)；上端蓋6與閥體I通過螺栓連接緊固。
[0030]參閱圖7、圖8，選用MACR3伺服電機作為閥的驅(qū)動裝置，通過鍵連接方式將伺服電機與電機軸套9進行固連。按照試驗的目的進行伺服電機編程。通過高壓氮氣瓶連接管路組建冷流試驗密封性及響應(yīng)特性的驗證系統(tǒng)，通過測試閥后的壓強表征閥的密封性和響應(yīng)特性。在關(guān)閉閥的情況下，打開氮氣瓶通氣，檢查閥是否漏氣，驗證閥的密封性;按照程序驅(qū)動閥門作動，測試閥后壓強的改變，測試閥的響應(yīng)特性。利用冷流試驗驗證其密封性及響應(yīng)特性，試驗驗證結(jié)果表明高溫燃氣調(diào)節(jié)閥能實現(xiàn)很好的密封，且可實現(xiàn)完全關(guān)閉管路，快速實現(xiàn)壓強響應(yīng)。通過使用絕熱燃燒溫度為1523K的固體推進劑的燃氣發(fā)生器，組建閥的高溫條件下的工作特性驗證系統(tǒng)，并進行高溫燃氣調(diào)節(jié)閥的熱流試驗，實驗過程中調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)靈活，輸出壓強穩(wěn)定，試驗后拆解各部件表明高溫燃氣調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)完好。
【主權(quán)項】
1.一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)軸、閥芯、閥芯托架、電機軸套、隔熱件、閥體絕熱件、閥體、連接端蓋、輸氣管絕熱件、上端蓋，所述閥芯為圓球型，閥芯中心軸向開有通孔，閥芯上部縱向設(shè)有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直，閥芯位于閥芯托架內(nèi)，閥芯與閥芯托架安裝在閥體絕熱件上，輸氣管絕熱件位于閥芯托架兩端分別與連接端蓋連接，輸氣管絕熱件軸向有臺階孔與連接端蓋軸向孔相連通，閥芯與閥芯托架配合實現(xiàn)流通面積的控制；所述旋轉(zhuǎn)軸下端有矩形凸塊與閥芯上的矩形凹槽配合連接，旋轉(zhuǎn)軸上端徑向開有矩形槽與電機軸套下端的矩形凸塊配合連接，隔熱件位于電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸之間，隔熱件用于隔斷由閥芯向電機軸套的熱傳導(dǎo);所述電機軸套上端中心盲孔內(nèi)側(cè)壁開有鍵槽，電機軸套與電機輸出軸通過鍵連接，電機軸套外側(cè)壁上部周向設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有電機軸套密封圈，電機軸套側(cè)壁下邊緣周向有凸臺，下端部設(shè)有矩形凸塊，電機軸套與旋轉(zhuǎn)軸為間隙配合，旋轉(zhuǎn)軸與閥芯為間隙配合，實現(xiàn)定位與傳動;所述閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與連接端蓋之間設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有連接端蓋密封圈；閥體與上端蓋通過螺栓連接，閥體與上端蓋之間設(shè)有密封槽，密封槽內(nèi)置有端蓋密封圈；上端蓋與電機固連，連接端蓋與燃氣管路連接，軸承位于電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉(zhuǎn)和同軸度，電機軸套與隔熱件、閥體絕熱件之間設(shè)有隔熱件密封圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，其特征在于:電機軸套、隔熱件、旋轉(zhuǎn)軸與閥芯同軸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，其特征在于:所述閥體絕熱件和所述隔熱件分別采用高硅氧酚醛材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調(diào)節(jié)閥，其特征在于:所述閥芯與所述旋轉(zhuǎn)軸分別采用鎢合金材料。
【文檔編號】F16K5/06GK105889548SQ201610264243
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】魏祥庚, 李江, 陳劍, 何國強, 劉佩進
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)