专利名称：一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，属于大型管道阀门技术领域。
背景技术：
球阀广泛应用于各种运输管道中，如石油管道、天然气管道等，其功能是在管道检修或事故时起截断管内流动的作用。对于大型阀门，通常采用电-机驱动、电-气驱动或电-液驱动。电-机驱动速度较慢，难以满足紧急状况下阀门快速关闭的要求，电-气驱动和电-液驱动与电-机驱动相比，速度有所提高，但结构较为复杂，成本较高，日常维护较为复杂。火箭发动机利用自身携带推进剂作为能源，可快速产生大量气体燃烧产物。目前尚未有将火箭发动机技术应用于管道阀门技术中的相关研究。
发明内容
本发明的目的是为进一步提高阀门关闭速度，提供一种利用火箭发动机快速生成大量气体作为驱动力，通过气缸活塞快速驱动阀门关闭的装置。一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，具体包括固体火箭燃气发生器， 冷却装置，过滤器，安全阀，气缸，托架，卡箍，拨叉，拨叉端盖，连接销，定位器，固定键，球阀阀杆和球阀端盖。上述各组成部分的连接关系为固体火箭燃气发生器、冷却装置、过滤器、 安全阀、气缸分别由连接管依次相连，固定于托架内部；通过卡箍将托架和安装球阀的管道连接固定；拨叉的一端通过连接销与气缸的活塞推杆相连，并安装拨叉端盖；拨叉另一端通过固定键与球阀阀杆连接固定；定位器安装在球阀端盖上。所述的固体火箭燃气发生器包括点火器、前封头、前支撑、前挡药板、固体火箭燃气发生器壳体、固体火箭装药、后挡药板和尾喷管；其连接关系为前支撑、尾喷管与固体火箭燃气发生器壳体之间采用螺纹连接，并用密封圈密封；前支撑与前挡药板连接用于支撑前挡药板；前挡药板与固体火箭装药轴向连接固定；固体火箭装药另一端设有后挡药板。本发明的固体火箭燃气发生器所用的氧化剂和燃烧剂均呈固态，选用低温药剂，并预先均勻混合，制成一定形状和尺寸的装药，放置于固体火箭燃气发生器中。固体火箭燃气发生器壳体采用合金钢，以增强发动机的安全性。所述的汽缸主要包括气缸壳体、活塞、活塞密封圈、进气阀、排气阀、活塞推杆和活塞推杆密封圈；上述组成部分的连接关系为活塞与气缸壳体、活塞推杆与气缸壳体之间分别采用活塞密封圈和活塞推杆密封圈密封；进气阀和排气阀位于活塞上止点位置端， 高压气体由进气阀进入气缸，推动活塞带动活塞推杆运动；活塞推杆一端与活塞相连，另一端通过连接销与拨叉相连。其中，气缸壳体、活塞和活塞推杆采用耐高温高强度材料；活塞密封环采用耐高温材料，增强安全性。所述的冷却装置用于降低燃气发生器所产生气体的温度。
所述的过滤器采用耐高温材料，用于过滤固体火箭装药燃烧产生的固体杂质，防止固体杂质进入后续装置造成堵塞或影响密封。所述的托架采用高强度材料，用于将固体火箭燃气发生器、冷却装置、过滤器、安全阀、气缸的位置固定。所述的卡箍采用高强度材料，用于将托架固定在管道上。所述的定位器采用高强度材料，其中有弹簧和定位块，用于定位阀门的关闭位置。所述的拨叉采用高强度材料，其上设有定位槽；定位槽的形状与定位块一致，用于传递活塞推杆的推力带动阀门关闭，并在阀门关闭位置与定位器配合锁定阀门关闭位置。所述的拨叉端盖采用高强度材料，用于增强拨叉和活塞推杆连接的安全性。所述的安全阀处于常闭状态，当经过安全阀的气体压力超过规定的安全值时自动开启，向外界排放气体以防止安全阀内气体压力超过安全数值。所述的连接销采用高强度材料，用于将活塞推杆的运动传递到拨叉。所述的固定键采用高强度材料，用于锁定拨叉和球阀阀杆的相对位置，以使得球阀阀杆能随着拨叉转动而转动。所述球阀端盖采用高强度材料，端盖上制作定位器安装孔或安装槽，是定位器的工作平台。所述的球阀阀杆上加工有用于放置固定键的键槽。本发明装置的工作过程为固体火箭燃气发生器由点火器点燃后，固体火箭装药燃烧产生大量气体，气体进入冷却装置进行冷却，再经由过滤器过滤掉固体杂质，然后流经安全阀流入气缸，推动活塞做直线运动。当活塞由上止点位置运动到下止点位置时，正好推动拨叉带动阀门阀杆旋转90°，使其由开启状态变为关闭状态。当球阀阀门处于关闭位置时，拨叉的定位槽正好对准定位器，定位器内弹簧将定位块推入定位槽使得拨叉定位，从而将球阀阀门锁定在关闭位置。有益效果本发明采用固体火箭燃气发生器作为动力源，具有动力大，反应速度快等优点。火箭发动机装药采用了低温药剂，并在尾喷管出口处设置了冷却装置，降低了系统的热负荷。 在气流管道中设置了安全阀，增强了系统安全性。采用了定位器定位，保证了阀门在关闭状态的定位。本发明能明显提高大型管道阀门的关闭速度，且结构简单，使用安全可靠。与本发明相关的固体火箭发动机具有结构简单，维护方便，快速反应能力强，工作可靠性高等优点。以此作为球阀驱动的动力设备，利用其可快速产生大量气体、反应速度快等特点，则可实现阀门的快速响应。
图1是本发明的利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置的结构俯视图；图2是本发明的利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置的结构侧视图；图3是本发明的利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置的固体火箭燃气发生器结构示意图；图4是本发明的利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置的气缸活塞结构示意图。标号说明1-固体火箭燃气发生器，2-冷却装置，3-过滤器，4-安全阀，5-气缸，6-连接销， 7-拨叉，8-拨叉端盖，9-球阀阀杆，10-固定键，11-球阀端盖，12-定位器，13-定位槽， 14-球阀，15-托架，16-卡箍，17-管道，18-点火器，19-前封头，20-前支撑，21-前挡药板， 22-固体火箭燃气发生器壳体，23-固体火箭装药，24-后挡药板，25-尾喷管，26-气缸壳体，27-活塞，28-活塞密封圈，29-进气阀，30-排气阀，31-活塞推杆，32-活塞推杆密封圈， 33-活塞上止点位置，34-活塞下止点位置。
具体实施例方式为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图作进一步的说明。在图1中，本实施方式的利用固体火箭提供驱动力的阀门快速关闭装置包括固体火箭燃气发生器1，冷却装置2，过滤器3，安全阀4，气缸5，连接销6，拨叉7，拨叉端盖8， 球阀阀杆9，固定键10，球阀端盖11，定位器12，托架15，卡箍16。固体火箭燃气发生器1、 冷却装置2、过滤器3、安全阀4、气缸5通过卡箍16和螺栓固定在托架15上成为一个整体， 以便于运输、安装和维护。托架15通过卡箍16和螺栓固定在管道17的适当位置上。固体火箭燃气发生器1由点火器18点燃后，固体火箭装药23燃烧产生的大量气体，气体进入冷却装置2进行冷却后，流入过滤器3过滤掉固体杂质，然后流入安全阀4，如果气流压力超过安全阀4设定的安全值，则安全阀4打开进行泄压，当气流压力处于安全范围内时，则可通过安全阀4从进气阀四流入气缸5，推动活塞27由上止点位置33向下止点位置34运动，活塞27通过活塞推杆31推动拨叉7带动球阀阀杆9及阀体中的球体旋转，当活塞由上止点位置33运动到下止点位置34时，拨叉7刚好转过90°，从而使阀门14由开启状态变为关闭状态。当阀门处于关闭位置时，拨叉的定位槽13正好对准定位器12，定位器12内的弹簧将定位块推入定位槽13使得拨叉定位，从而将阀门锁定在关闭位置。在图2中，本实施方式的活塞推杆31与拨叉7位于同一平面上。在图3中，本实施方式的固体火箭燃气发生器包括点火器18、前封头19、前支撑 20、前挡药板21、固体火箭燃气发生器壳体22、固体火箭装药23、后挡药板M，尾喷管25。 壳体前端设有前封头19，为燃烧室提供密闭环境；装药靠近前封头19处有前支撑20、前挡药板21，前支撑20与前挡药板21连接，用于支撑前挡药板21，前挡药板21与固体火箭装药23轴向连接，用于固定固体火箭装药23 ；装药后端设有后挡支撑M ；壳体后端装有尾喷管25。本实施方式的固体火箭装药23采用的是星型药，根据推力需要，亦可选用管型药等其它不同型面的装药，从而实现不同推力要求。固体装药选用低温、少烟、腐蚀性小、撞击感度和摩擦感度较低的装药，以增强固体火箭燃气发生器的安全性和可靠性。在图4中，本实施方式的气缸5包括气缸壳体沈、活塞27、活塞密封圈观、进气阀四、排气阀30、活塞推杆31，活塞推杆密封圈32，活塞上止点位置33，活塞下止点位置34。 气缸壳体沈、活塞27、活塞推杆31均采用耐高温高强度材料制造；推杆密封环31由耐高温耐磨材料制成；活塞密封环观由耐高温耐磨材料制成，用于为气缸提供密闭环境。制造气缸活塞时需充分考虑活塞工作时会受到的较大侧向力。对于公称通径为IOOOmm左右的大口径管道阀门，采用传统的电-气驱动、电-液驱动或电-机驱动，从电机启动到阀门关闭通常需要数十秒至数分钟。而固体火箭燃气发生器中，根据装药性质和装药尺寸的不同，固体火箭装药可在不到一秒至数秒的时间内完成燃烧，提供充足的高压气体，通过气缸活塞和拨叉快速推动阀门关闭。因此，这种驱动方法可以在很短的时间内驱动大型阀门关闭，从而大大减少了阀门关闭所需时间。
权利要求
1.一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于具体包括固体火箭燃气发生器，冷却装置，过滤器，安全阀，气缸，托架，卡箍，拨叉，拨叉端盖，连接销，定位器，固定键，球阀阀杆和球阀端盖；上述各组成部分的连接关系为固体火箭燃气发生器、冷却装置、过滤器、安全阀、气缸分别由连接管依次相连，固定于托架内部；通过卡箍将托架和安装球阀的管道连接固定；拨叉的一端通过连接销与气缸的活塞推杆相连，并安装拨叉端盖； 拨叉另一端通过固定键与球阀阀杆连接固定；定位器安装在球阀端盖上；所述的固体火箭燃气发生器包括点火器、前封头、前支撑、前挡药板、固体火箭燃气发生器壳体、固体火箭装药、后挡药板和尾喷管；其连接关系为前支撑、尾喷管与固体火箭燃气发生器壳体之间采用螺纹连接，并用密封圈密封；前支撑与前挡药板连接用于支撑前挡药板；前挡药板与固体火箭装药轴向连接固定；固体火箭装药另一端设有后挡药板；所述的汽缸包括气缸壳体、活塞、活塞密封圈、进气阀、排气阀、活塞推杆和活塞推杆密封圈；其连接关系为活塞与气缸壳体、活塞推杆与气缸壳体之间分别采用活塞密封圈和活塞推杆密封圈密封；进气阀和排气阀位于活塞上止点位置端，高压气体由进气阀进入气缸，推动活塞带动活塞推杆运动；活塞推杆与活塞相连。
2.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的固体火箭燃气发生器采用合金钢壳体，选用固态氧化剂和燃烧剂，并使用预先均勻混合的低温药剂。
3.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的气缸壳体、活塞和活塞推杆采用耐高温高强度材料；活塞密封环和过滤器采用耐高温材料。
4.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的托架、卡箍、定位器、连接销、固定键、球阀端盖、拨叉和拨叉端盖均采用高强度材料。
5.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的用于定位阀门关闭位置的定位器中有弹簧和定位块。
6.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的拨叉上设有定位槽；用于传递活塞推杆的推力带动阀门关闭，并在阀门关闭位置与定位器配合锁定阀门关闭位置。
7.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述球阀端盖上制作定位器安装孔或安装槽，是定位器的工作平台。
8.根据权利要求1所述的一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，其特征在于所述的球阀阀杆上加工有用于放置固定键的键槽。
全文摘要
本发明涉及一种利用固体火箭驱动力的阀门快速关闭装置，属于大型管道阀门技术领域；具体包括固体火箭燃气发生器，冷却装置，过滤器，安全阀，气缸，托架，卡箍，拨叉，拨叉端盖，连接销，定位器，固定键，球阀阀杆和球阀端盖。本发明采用固体火箭燃气发生器作为动力源，火箭发动机装药采用了低温药剂，并在尾喷管出口处设置了冷却装置，降低了系统的热负荷。在气流管道中设置了安全阀，增强了系统安全性；采用了定位器定位，保证了阀门在关闭状态的定位；能明显提高大型管道阀门的关闭速度，且结构简单，使用安全可靠；以此作为球阀驱动的动力设备，利用其可快速产生大量气体、反应速度快等特点，则可实现阀门的快速响应。
文档编号F16K31/12GK102506220SQ20111028304
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者周昭求, 张鑫, 李军伟, 杨飞, 王宁飞 申请人:北京理工大学