一种低温防颤振单向阀结构的制作方法

1.本实用新型涉及动力系统阀门技术领域，尤其涉及一种低温防颤振单向阀结构。


背景技术：

2.随着航天产业的快速发展，火箭领域所涉及的各项技术也实现了突飞猛进。单向阀是运载火箭发动机自生增压输送系统的重要组件，在增压路中有着重要的作用。在性能测试中，单向阀曾多次发生过颤振现象。发动机在低工况下工作时，介质流量小，进出口压力偏低更易产生颤振问题，影响了增压/吹除系统的正常工作，严重时还可能造成阀门自身功能失效或增压吹除系统状态的不稳定。
3.目前，针对单向阀颤振问题有几种改进结构，如通过阀芯增加衬套、采用增加不锈钢弹簧圈或波纹带涨圈以增加阻尼结构的方法避免颤振。然而，这几种方式都存在诸多问题，例如，采用衬套和不锈钢弹簧圈容易产生多余物或发生卡滞，采用波纹带涨圈在常温和低温下的阻尼效果不稳定。
4.亟需提供一种单向阀，可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温防颤振单向阀结构。这种阀门结构可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。
6.本实用新型的一个方面提供了一种低温防颤振单向阀结构，包含入口壳体、出口壳体、阀芯、导向套、弹簧座和弹簧。所述入口壳体和所述出口壳体分别设有相互导通的第一通道和第二通道，所述出口壳体的进口端旋入所述入口壳体的出口端后与所述入口壳体的内壁紧贴；所述导向套和所述阀芯受到流入介质朝向所述出口壳体侧的作用面积大于所述弹簧座受到回流介质朝向所述入口壳体侧的作用面积。所述阀芯、导向套均位于所述入口壳体内，所述阀芯的一端位于所述导向套内且与所述导向套的内壁固定连接，另一端与所述入口壳体的进口端连通，所述导向套的外壁一部分与所述入口壳体的内壁相互贴紧，另一部分与所述出口壳体内壁紧贴，且所述导向套配置为沿所述第一通道的轴向方向在所述入口壳体和所述出口壳体内可移动。所述阀芯包含主通道和副通道，所述副通道沿所述阀芯的周向均匀排布且一端与所述主通道的一端连通，另一端与所述入口壳体的进口端连通，所述主通道的另一端与所述第二通道连通。所述弹簧座和弹簧均位于所述出口壳体内，所述弹簧座的周向外表面与所述出口壳体的内壁贴紧，所述弹簧用于与所述弹簧座配合以对所述阀芯产生向入口壳体方向的作用力。
7.当所述入口壳体端进入的介质减少时，阀芯和导向套在入口壳体侧所受到朝向出口壳体的作用力大于弹簧座在出口壳体侧受到的朝向入口壳体的作用力，以使至少部分抵消弹簧座对阀芯的作用力，进而减少阀芯产生颤振的现象。
8.进一步的，位于所述第一通道内的所述导向套与所述入口壳体内壁之间设有第一密封件，所述导向套为两端相通的圆柱体结构，且所述圆柱体结构包含外径不同的第一柱体和第二柱体，所述第一柱体位于靠近所述入口壳体的进口端，所述第二柱体位于靠近所述出口壳体一侧，所述第一柱体向所述第二柱体过渡部位形成用于限定所述第一密封件的第一限位台。
9.进一步的，所述导向套的周向外侧还设有限定所述第一密封件的支撑套，所述支撑套内侧表面与所述导向套紧贴，外侧表面与所述入口壳体的内壁贴紧且可沿所述入口壳体的内壁移动，所述支撑套靠近所述第一限位台的端端面与所述第一密封件靠近所述支撑套一端的端面相互紧贴。
10.进一步的，所述阀芯外表面设有第一外螺纹，所述导向套内侧表面设有与所述第一外螺纹匹配的第一内螺纹；所述支撑套内表面设有第二内螺纹，所述导向套外侧表面与所述支撑套重合的部位设有与所述第二内螺纹匹配的第二外螺纹。
11.进一步的，从所述入口壳体向所述出口壳体的方向，所述第一通道包含直径不同且相互连通的第一通道体和第二通道体，所述第一通道体的孔径大于所述第二通道体的孔径，所述第一通道体与所述第二通道体过渡部分形成用于限定所述导向套向所述入口壳体一侧移动的第二限位台。
12.进一步的，所述阀芯靠近所述入口壳体的进口端一端的端面设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内设有第二密封件。
13.进一步的，所述阀芯靠近所述入口壳体的进口端一端的端面还设有环形凸起，所述环形凸起位于所述第一环形凹槽的径向外侧。
14.进一步的，所述入口壳体的进口端的端面设有与所述环形凸起形成密封的环形凹部。
15.进一步的，所述弹簧座靠近所述阀芯一端端面设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内设有第三密封件；所述弹簧座远离所述入口壳体一端还设有用于限定所述弹簧的第三环形凹槽，所述弹簧一端位于所述第三环形凹槽内，另一端与所述出口壳体靠近所述入口壳体一端的端面抵接。
16.进一步的，所述入口壳体与所述出口壳体通过螺纹连接，所述入口壳体与所述出口壳体之间还设有第四密封件，所述出口壳体靠近所述入口壳体一端设有第三限位台，所述入口壳体靠近所述出口壳体一端设有第四限位台，所述第四密封件两侧端面分别与所述第三限位台的台面和所述第四限位台的台面贴紧。
17.本实用新型实施例提供的低温防颤振单向阀结构由入口壳体、出口壳体、阀芯、导向套、弹簧座和弹簧组成。当入口壳体端进入的介质减少时，阀芯和导向套靠近入口壳体一端的端面尺寸大于弹簧座靠近出口壳体一端的端面尺寸，使阀芯在入口壳体侧所受到朝向所述出口壳体的作用力大于阀芯在所述出口壳体侧受到的朝向所述入口壳体的作用力，以使至少部分抵消弹簧座对阀芯的作用力，进而减少阀芯产生颤振的现象。整个结构可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。
18.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。
附图说明
19.下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。
20.图1为本实用新型实施例中单向阀关闭的结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例中单向阀打开的结构示意图；
22.图3为本实用新型实施例中阀芯的结构示意图。
23.附图标记说明：
24.1入口壳体
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2出口壳体
25.3阀芯
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4导向套
26.5弹簧座
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6弹簧
27.7第一通道
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8第二通道
28.9主通道
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10副通道
29.11第一密封件
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12支撑套
30.13第二密封件
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14环形凸起
31.15环形凹部
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16第三密封件
32.17第四密封件
具体实施方式
33.现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
34.在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本技术说明书和实施例仅是示例性的。
35.经过本技术人的研究发现，颤振问题对单向阀的负面影响很大。单向阀的颤振过程通常为阀芯和弹簧的往复过程。一方面，弹簧的往复运动会加速弹簧的疲劳失效，同时也加速了单向阀内部导向结构的磨损，减少了单向阀有效的开启次数进而造成单向阀的使用寿命缩短；另一方面，阀芯的往复运动增加了阀座对密封材料的冲击次数，加速了阀座与密封材料的磨损，影响单向阀的漏率和密封。针对单向阀的颤振问题，需要给予具体的解决方法，以提高单向阀的工作性能和可靠性。
36.本实用新型的一个方面提供了一种低温防颤振单向阀结构。如图1、图2和图3所示，该单向阀结构包含入口壳体1、出口壳体2、阀芯3、导向套4、弹簧座5和弹簧6。入口壳体1和出口壳体2分别设有相互导通的第一通道7和第二通道8，出口壳体2的进口端旋入入口壳体1的出口端后与入口壳体1的内壁紧贴。阀芯3和导向套4受到流入介质朝向出口壳体2侧的作用面积大于弹簧座5受到回流介质朝向入口壳体1侧的作用面积。阀芯3、导向套4均位于入口壳体1内，阀芯3的一端位于导向套4内且与导向套4的内壁固定连接，另一端与入口壳体1的进口端连通，导向套4的外壁一部分与入口壳体1的内壁相互贴紧，另一部分与出口壳体2内壁紧贴，且导向套4配置为沿第一通道7的轴向方向在入口壳体1和出口壳体2内可移动。阀芯3包含主通道9和副通道10(位于靠近入口壳体一侧)，副通道9沿所述阀芯3的周
向均匀排布且一端与主通道9的一端连通，另一端与入口壳体1的进口端连通，主通道9的另一端与第二通道8连通。弹簧座5和弹簧6均位于出口壳体2内，弹簧座5的周向外表面与出口壳体2的内壁贴紧，弹簧6用于与弹簧座5配合以对阀芯3产生向进口壳体2方向的作用力。当入口壳体1端进入的介质减少时，阀芯3和导向套4靠近入口壳体1一端的端面尺寸大于弹簧座5靠近出口壳体2一端的端面尺寸，使阀芯3在入口壳体1侧所受到朝向出口壳体2的作用力大于阀芯3在出口壳体侧受到的朝向入口壳体1的作用力，以使至少部分抵消弹簧座5对阀芯3的作用力，进而减少阀芯3产生颤振的现象。
37.具体的，本实用新型实施例提供的低温防颤振单向阀结构，当入口壳体1端进入的介质减少时，阀芯3和导向套4靠近所述入口壳体一端的端面尺寸大于弹簧座5靠近出口壳体2一端的端面尺寸，使阀芯3在入口壳体1侧所受到朝向出口壳体2的作用力大于阀芯3在出口壳体2侧受到的朝向入口壳体1的作用力，以使至少部分抵消弹簧座5对阀芯3的作用力，进而减少阀芯3产生颤振的现象。本技术单向阀的整个结构，可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作的可靠性及效率。
38.需要说明的是，为了避免液体或者气体介质从导向套4与入口壳体1之间的间隙泄漏，例如，位于第一通道7内的导向套4与入口壳体1内壁之间设有第一密封件11。为了使得第一密封件11被固定牢固，避免导向套4与第一密封件11之间发生位移移动，例如，导向套4为两端相通的圆柱体结构，且圆柱体结构包含外径不同的第一柱体和第二柱体。第一柱体位于靠近入口壳体的进口端，第二柱体位于靠近出口壳体一侧，第一主体的外径大于第二主体，第一柱体向第二柱体过渡部位形成用于限定第一密封件11的第一限位台。
39.值得一提的是，为了避免第一密封件11在导向套4表面滑动(向背离第一限位台一侧移动)，例如，导向套4的周向外侧还设有限定第一密封件11的支撑套12，支撑套12内侧表面与导向套4紧贴，外侧表面与入口壳体1的内壁贴紧且可沿入口壳体1的内壁移动。支撑套12靠近第一限位台的端端面与第一密封件11靠近支撑套12一端的端面相互紧贴。
40.另外，为了保证阀芯3与导向套4连接紧密，固定牢固，例如，阀芯3外表面设有第一外螺纹，导向套4内侧表面设有与第一外螺纹匹配的第一内螺纹。为了保证支撑套12与导向套4固定牢固，支撑套12内表面设有第二内螺纹，导向套4外侧表面与支撑套12重合的部位设有与第二内螺纹匹配的第二外螺纹。
41.此外，沿入口壳体向出口壳体的方向，第一通道7包含直径不同且相互连通的第一通道体和第二通道体，第一通道体的孔径大于第二通道体的孔径，第一通道体与第二通道体过渡部分形成用于限定导向套4向入口壳体1一侧移动的第二限位台。当阀芯3向入口壳体1一侧移动时，导向套4靠近入口壳体1一端的端面与第二限位台的台面紧贴，进而可以对阀芯3进行限定(导向套4与阀芯3通过螺纹连接在一起，且可沿第一通道轴向移动)。
42.特别需要注意的是，阀门关闭时，为了避免杂质进入阀门内，例如，如图1所示，阀芯3靠近入口壳体1的进口端一端的端面设有第一环形凹槽。第一环形凹槽内设有第二密封件13，第二密封件13一方面起到密封作用(第一次密封)，另一方面起到缓冲作用，避免阀芯靠近入口壳体1的出口端的端面与对应的入口壳体1端面发生直接接触而造成破损，有助于对阀芯的保护，使得阀芯3安全、稳定工作。
43.在本实施方式中，为了进一步避免杂质进入阀门内，保证阀体内部整洁，例如，阀
芯3靠近入口壳体1的进口端一端的端面还设有环形凸起14。环形凸起14位于第一环形凹槽的径向外侧，入口壳体1的进口端的端面设有与环形凸起14形成密封的环形凹部15。通过环形凸起14与环形凹部15对阀门进行了第二次密封，减少杂质进入，可以进一步提高阀门的密封性。
44.另外，为了方便液体介质或气体介质在阀体内流通，例如，弹簧座5上设有与主通道9直径相等的孔道。
45.由于液氧甲烷推进剂发动机工作压力较高，为防止出口压力过大造成阀芯密封比压过大而非金属密封面受损，在阀芯端部设有限位台。例如，环形凸起14与入口壳体1端面间隙为0.2mm，即当阀芯非金属压痕高于0.2mm后，阀芯上的环形凸起与入口壳体上的环形凹部接触，环形凸起和入口壳体金属密封面粗糙度小于ra0.2，阀芯同时可以与入口壳体形成金属密封带，既保护非金属不会因高压环境受损，也增加了使用寿命。
46.具体的说，为了避免液体或者气体介质从弹簧座5与出口壳体2之间的间隙泄漏，例如，弹簧座5靠近阀芯3一端端面设有第二环形凹槽，第二环形凹槽内设有第三密封件16。为了方便固定弹簧6，便于弹簧6快速沿第一通道的轴向方向对弹簧座5施加压力，例如，弹簧座5远离入口壳体1一端还设有用于限定弹簧6的第三环形凹槽，弹簧6一端位于第三环形凹槽内，另一端与出口壳体2靠近入口壳体1一端的端面抵接。
47.另外，为了使得入口壳体1与出口壳体2连接紧密，固定牢固，例如，入口壳体1与出口壳体2通过螺纹连接。为了避免液体或者气体介质从入口壳体1与出口壳体2的缝隙处泄漏，例如，入口壳体1与出口壳体2之间还设有第四密封件17。出口壳体2靠近入口壳体1一端设有第三限位台，入口壳体1靠近出口壳体2一端设有第四限位台，所述入口壳体与所述出口壳体螺纹连接后，第四密封件17两端端面分别与第三限位台的台面和第四限位台的台面贴紧。
48.在本实施方式中，第一、三密封件为弹簧蓄能密封圈结构，第二、四密封件为耐低温的非金属阀口密封结构，单向阀可应用于-196～100℃的温度和不高于70mpa的高压环境下，提高了工作范围和密封的可靠性。
49.以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。