一种先导式安全阀的制作方法

1.本发明涉及动力系统阀门技术领域，尤其涉及一种先导式安全阀。


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。安全阀是液体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。安全阀安装于减压阀出口，功能为在减压阀出口压力超调时，打开排气使系统使减压阀出口压力恢复至安全范围内，并关闭安全阀的阀门，以保护系统安全。通常的设计方案是使用直动式安全阀实现密封和安全排放。但是，这种方案适用于启闭压差允许较大的系统。而对于启闭压差尽可能小的系统，使用直动式安全阀很难兼顾密封、开启与回座的压力精度要求，导致系统的可靠性和安全性大大降低。
3.因此，亟需提供一种安全阀，可以提高调节精度和可靠性，保证液体火箭发动机安全运行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种先导式安全阀。该阀门可以提高调节精度和可靠性，保证液体火箭发动机安全运行，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。
5.本发明的一个方面提供了一种先导式安全阀，包含阀体，主阀芯、阀盖、第一弹性件、膜片和锁紧件，其中，
6.所述阀体内侧具有供气体介质流通的第一通道、第二通道以及和与所述第一通道延伸方向不同的第三通道，且所述阀体两端分别设有向所述阀体中心下凹的第一凹槽和第二凹槽，且所述第一凹槽和所述第二凹槽通过所述第一通道连通；
7.所述主阀芯位于所述阀体内侧，其第一端位于所述第一凹槽内，第二端端贯穿所述第一通道，所述主阀芯的内部且靠近所述第二凹槽一侧设有与所述第二通道连通的通道孔，所述通道孔远离所述第二通道一端与所述第二凹槽连通；
8.所述阀盖与所述阀体固定连接，所述阀盖与所述第二凹槽限定一空腔，所述阀盖上设有排气孔，且所述排气孔的孔径小于所述通道孔的孔径；
9.所述第一弹性件、所述膜片和所述锁紧件位于所述空腔内，且所述第一弹性件、所述膜片和所述锁紧件分别套设在所述主阀芯上，所述膜片通过所述锁紧件固定设置于所述主阀芯，所述膜片沿外端面周向地抵接在所述第二凹槽的槽底，所述第一弹性件的一端与所述膜片靠近所述第一弹性件一侧抵接；
10.所述第一弹性件用于对所述主阀芯施加拉力，使所述主阀芯的所述第一端封闭所述第一通道，开气流通过所述第三通道、所述通道孔进入所述空腔，对所述膜片施加背压，以推动所述主阀芯打开阀门入口。
11.进一步的，所述主阀芯包含一体成型设计的第一阀芯部和第二阀芯部，所述第一
阀芯部和所述第二阀芯部的外形为圆柱体结构，且所述第一阀芯部的直径大于所述第一通道的孔径，所述第二阀芯部周向外表面与所述第一通道的内壁贴紧且可以在所述第一通道内侧自由移动；所述第一阀芯部与所述第一凹槽的槽底的贴紧/分离，已实现所述第一通道和所述第三通道的关闭/导通。
12.进一步的，所述第二阀芯部周向表面至少设有两个密封圈，且两个所述密封圈分居在所述第二通道与所述通道孔连通处的两侧。
13.进一步的，所述第一通道壁上设有配合固定所述密封圈的环形内凹槽，所述密封圈的内侧与所述第二阀芯部外表面贴紧，所述密封圈的外侧位于所述环形内凹槽内。
14.进一步的，所述第一阀芯部靠近所述第一凹槽底部一侧设有环形密封垫片和用于配合固定所述环形密封垫片的环形开槽。
15.进一步的，所述阀体上还设有凸台，所述凸台为阀体向内侧突出后向阀盖方向凸出的结构，且凸台的内侧形成所述第一通道的一部分，外侧与所述阀体内壁间形成环形槽，所述第一弹性件套设于所述凸台上，所述第一弹性件的一端抵接在所述环形槽的槽底，另一端抵接所述膜片的远离所述阀盖端。
16.进一步的，所述阀体从与阀盖配合侧到第一凹槽的方向，内侧顺次设有具有第一直径的第一部分、以及具有第二直径的第二部分，所述第一直径大于所述第二直径，从而所述膜片抵触在所述第一部分向所述第二部分过渡的台面上。
17.进一步的，所述阀盖还设有凹部、第二弹性件和副阀芯，所述凹部位于所述阀盖中部且面向所述主阀芯，所述第二弹性件和所述副阀芯位于所述凹部内侧，所述第二弹性件一端与所述凹部底面抵接，另一端与所述副阀芯连接。所述第二弹性件用于对所述副阀芯施加压力，以使所述副阀芯关闭所述主阀芯的所述通道孔。
18.进一步的，所述副阀芯的轴线与所述第一通道的轴线相互重合，且所述副阀芯的一端与所述主阀芯抵接。
19.进一步的，所述阀盖周向外表面设有外螺纹，所述阀体内侧设有配合所述外螺纹的内螺纹；所述阀盖为筒形结构；所述第一弹性件、所述第二弹性件为弹簧；所述锁紧件为锁紧螺母。
20.本发明实施例提供的一种先导式安全阀由阀体，主阀芯、阀盖、第一弹性件、膜片和锁紧件组成。
21.初始状态，安全阀处于关闭状态，即主阀芯关闭，第一通道与第三通道不连通，当少量气体介质进入阀体时，气体介质首先经第二通道进入主阀芯内部的通道孔，之后气体介质进入空腔。由于排气孔的孔径小于通道孔的孔径，使得从通道孔进入空腔内的气体介质大于从排气孔流出的气体介质，进而造成空腔内的气体介质量增加，使得空腔内的压力增加，而压力会对膜片施加背压，以推动主阀芯打开阀门入口，使得第一通道与第三通道导通，使气体介质快速从第三通道排出阀体外部。
22.当阀体内气体介质减少，即进入空腔内的气体介质对膜片背部施加的压力小于第一弹性件对膜片正面施加的压力，使得弹性件可以推动主阀芯关闭阀门入口。另外，通过第一弹性件、膜片和锁紧件分别套设在主阀芯上的设计，可以避免第一弹性件、膜片发生径向移动，方便第一弹性件快速对膜片施加压力，以便提高阀门的而调节速率，进而提高阀门的工作效率。
23.整个安全阀的设计可以提高调节精度和可靠性，保证液体火箭发动机安全运行，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。
24.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，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
25.下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
26.图1为本发明先导式安全阀的结构示意图；
27.图2为本发明阀体、主阀芯和阀盖的截面示意图；
28.图3为本发明阀体与主阀芯的结构示意图；
29.图4为本发明阀盖的结构示意图；
30.图5为本发明主阀芯的结构示意图；
31.图6为本发明凸台的立体图。
32.附图标记说明：
33.1阀体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2主阀芯
34.3阀盖
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4第一弹性件
35.5膜片
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6锁紧件
36.7第一通道
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
8第二通道
37.9第一凹槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10第二凹槽
38.11通道孔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12排气孔
39.13凸台
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
14空腔
40.15密封圈
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
16第一阀芯部
41.17第二阀芯部
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18环形内凹槽
42.19通道腔
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20环形开槽
43.21台面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22凹部
44.23第二弹性件
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
24副阀芯
45.25第三通道
具体实施方式
46.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
47.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明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。由本发明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。
48.本发明的一个方面提供了一种先导式安全阀。如图1、图2、图3、图4和图5所示，该安全阀包含阀体1，主阀芯2、阀盖3、第一弹性件4、膜片5和锁紧件6。其中阀体1内侧具有供气体介质流通的第一通道7、第二通道8以及和与第一通道7延伸方向不同的第三通道25，且阀体1两端分别设有向阀体1中心下凹的第一凹槽9和第二凹槽10，且第一凹槽9和第二凹槽
10通过第一通道7连通(第一凹槽9的空间组成阀体1的第一通道7的一部分)。主阀芯2位于阀体1内侧，其第一端位于第一凹槽9内，第二端端贯穿第一通道7，主阀芯2的内部且靠近第二凹槽10一侧设有与第二通道8连通的通道孔11，通道孔11远离第二通道8一端与第二凹槽10连通。
49.阀盖3与阀体1固定连接，阀盖3、膜片5与第二凹槽10限定一空腔14，阀盖3上设有排气孔12，且排气孔12的孔径小于通道孔11的孔径。
50.第一弹性件4、膜片5和锁紧件6位于空腔14内，且第一弹性件4、膜片5和锁紧件6分别套设在主阀芯2上，膜片5通过锁紧件6固定设置于主阀芯2，膜片5沿外端面周向地抵接在第二凹槽10的槽底，第一弹性件4的一端与膜片5靠近第一弹性件4一侧抵接。主阀芯靠近阀盖3的一侧从膜片5的中部开孔伸出，锁紧件6从主阀芯2的伸出部分锁紧膜片5，第一弹性件4设置在膜片5的另一侧。
51.第一弹性件4用于对主阀芯2施加拉力，使主阀芯2的第一端封闭第一通道7，开气流通过第三通道25、通道孔11进入空腔14，对膜片5施加背压，以推动主阀芯2打开阀门入口。
52.具体的说，该先导式安全阀由阀体1，主阀芯2、阀盖3、第一弹性件4、膜片5和锁紧件6组成。
53.初始状态，安全阀处于关闭状态，即主阀芯2关闭，第一通道7与第三通道25不连通。当少量气体介质进入阀体时，气体介质首先经第二通道8进入主阀芯内部的通道孔，之后气体介质进入空腔14。由于排气孔12的孔径小于通道孔11的孔径，使得从通道孔11进入空腔14内的气体介质大于从排气孔12流出的气体介质，进而造成空腔14内的气体介质量增加，使得空腔14内的压力增加，压力会对膜片5施加背压，以推动主阀芯2打开阀门入口，使得第一通道7与第三通道25导通，使气体介质快速从第三通道25排出阀体外部。
54.当阀体1内气体介质减少，即进入空腔14内的气体介质对膜片5背部施加的压力小于第一弹性件4对膜片5正面施加的压力，第一弹性件4可以推动主阀芯2关闭阀门入口。另外，通过第一凹槽9和第二凹槽10的设计，可以方便阀体1及各部件在阀体1内的安装。此外，本技术的安全阀，通过第一弹性件4、膜片5和锁紧件6分别套设在主阀芯2上的设计，可以避免第一弹性件4、膜片5发生径向移动，方便第一弹性件4快速对膜片5施加压力，以便提高阀门的调节速率，进而提高阀门的工作效率。整个设计可以提高安全阀的调节精度和可靠性，保证液体火箭发动机安全运行，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。
55.需要说明的是，为了方便主阀芯2移动，同时便于主阀芯2对第一通道7进行密封，例如，主阀芯2包含第一阀芯部16和第二阀芯部17，且第一阀芯部16和第二阀芯部17的外形为圆柱体结构，且第一阀芯部16的直径大于第一通道7的孔径。其中第二阀芯部17周向外表面与第一通道7的内壁贴紧且可以在第一通道7内侧自由移动。第一阀芯部16通过与第一凹槽9的槽底(第一阀芯部16与第一凹槽9彼此靠近侧的表面)的贴紧/分离，以实现第一通道7和第三通道25的关闭/导通。为了使得第一阀芯部16和第二阀芯部17连接紧密，固定更加牢固，例如，第一阀芯部16和第二阀芯部17采用一体成型设计。
56.值得注意的是，为了防止气体介质从第二通道8与通道孔11连接部位的间隙泄漏至第一通道7内，例如，第二阀芯部17周向表面至少设有两个密封圈，且两个密封圈15分居在第二通道8与通道孔11连通处的两侧，可以减少气体介质从第一通道7内表面与第二阀芯
17外侧表面之间的间隙流出，保证气体介质快速作用至空腔内，完成膜片5背部膨胀(向第一阀芯部16一侧弯曲)及主阀芯2的打开，确保第一通道7与第三通道25的快速连通。
57.需要特别注意的是，为了避免密封圈15发生轴向移动，方便密封圈15的固定，例如，第一通道7壁上设有配合固定密封圈15的环形内凹槽18，密封圈15的内侧与第二阀芯部17外表面贴紧，密封圈15的外侧位于环形内凹槽18内。
58.另外，为了改善介质入口的密封性，同时减少第一阀芯部16与第一通道7端面直接接触，第一阀芯部16靠近第一凹槽9底部一侧设有环形密封垫片。环形密封垫片可以减少因主阀芯2因频繁开启、闭合，造成第一阀芯部16与第一通道7端面的破损。另外，为了避免环形密封垫片脱落，提高环形密封垫片的稳定性，例如，可以在第一阀芯部16设置用于配合固定环形密封垫片的环形开槽20。
59.此外，如图1、图2、图3和图6所示，为了方便第一弹性件4的移动，第一弹性件4快速对膜片5进行响应(减少第一弹性件4存在与沿轴向方向不同的力)，例如，阀体1靠近第二凹槽10一侧还设有凸台13，凸台为阀体向内侧突出后向阀盖方向凸出的结构，凸台13设有与第一通道7连通的通道腔19，凸台的内侧形成第一通道的一部分(通道腔19)，外侧与阀体1内壁间形成环形槽。应用时，第一弹性件套设于凸台上，第一弹性件的一端抵接在环形槽的槽底，另一端抵接膜片的远离阀盖端，环形槽可以用于固定第一弹性件的一端(与环形槽底部抵接)，避免第一弹性件向远离阀盖一侧移动。此外第一弹性件可以沿凸台的外壁移动，凸台起到导向杆作用，以减少第一弹性件4发生径向偏移，避免第一弹性件4沿轴向方向移动的合力变小，进而影响膜片的形变。
60.值得一提的是，为了方便固定膜片，例如，阀体1从与阀盖3配合侧到第一凹槽9的方向，内侧顺次设有具有第一直径的第一部分、以及具有第二直径的第二部分，第一直径大于第二直径，从而膜片5抵触在第一部分向第二部分过渡的台面上(膜片5靠近主阀芯2的一侧与主阀芯2紧贴)。膜片5的周向外延侧与台面相互紧贴，台面与阀盖3靠近膜片5一侧端面将膜片5夹持在台面与端面之间，使得外延侧固定在其中，提高膜片5的稳定性。此外，为了方便膜片5(膜片5中部的未夹持在台面与端面之间的部分)发生形变，膜片5为具有弹性的金属薄片。此外，台面上设有径向方向设置的多个凸起条(例如，凸起条均匀设置在台面上，凸起条的数量可以为3条，且相邻凸起条之间的夹角为120
°
)，且膜片5上设有用于配合凸起条的凹部，凸起条与凹部实现凹凸配合，一方面可以避免膜片5沿凸台表面做轴向运动，进而影响膜片的形变(膜片受力发生变化，即合力减少)；另一方面，当气体介质与膜片施加的压力增加，造成膜片的收缩，即膜片的外延侧向膜片中心一侧靠近，当压力减少时，膜片沿凸起条(相当于轨道)复原。为了使得膜片5与主阀芯2连接紧密，固定牢固，例如，膜片5与主阀芯2通过螺纹连接。
61.在本实施方式中，为了减少主阀芯2与阀盖3的接触，避免因两者频繁接触而造成主阀芯2对阀盖3的破损，例如，阀盖3还设有凹部22、第二弹性件23和副阀芯24。其中凹部22位于阀盖3中部且面向主阀芯2设置，第二弹性件23和副阀芯24位于凹部22内侧，第二弹性件23一端与凹部22底面抵接，另一端与副阀芯24连接。第二弹性件23用于对副阀芯24施加压力，以使副阀芯24关闭主阀芯2的通道孔11。沿副阀芯24轴线相切副阀芯24的两端横截端面为凸字型，大端一侧与主阀芯2连接，小端一侧与第二弹性件23连接。例如，在副阀芯24在移动过程中，副阀芯24的大端侧可以始终处于凹部22内。为了提高副阀芯24移动的稳定性，
例如，副阀芯24的大端周向表面与凹部22的内表面相互抵接，且可以沿凹部22内表面自由移动。
62.此外，为了方便气体介质驱动副阀芯24移动，副阀芯24的轴线与第一通道7的轴线相互重合，且副阀芯24的一端与主阀芯2抵接。整个过程，气体介质对副阀芯24施加压力，使得副阀芯24向凹部22一侧移动，以使主阀芯2与副阀芯24之间出现间隙(气体介质对副阀芯24施加压力足够大)，进而便于气体介质通过第二通道8、主阀芯内部的通道孔及主阀芯与副阀芯之间的间隙进入空腔14。
63.另外，为了使得气体介质快速经第二通道8进入第一通道，例如，第二通道8可以设计为弯折结构，即第二通道8包含与第一通道平行设置的第四通道以及与第四通道连接的第五通道，第五通道一端与通道孔连通，第四通道的轴线与第五通道的轴线夹角为100
°
、110
°
、120
°
，经过大量的仿真实验，当第四通道的轴线与第五通道的轴线夹角为a，且满足100
°
≤a≤150
°
时，气体介质可以快速进入通道孔，同时可以减少气体介质对第五通道的冲击，可以有效保护第五通道，进而增加阀体的使用寿命。
64.另外，为了方便安装、拆卸，例如，阀盖3周向外表面设有外螺纹，阀体1内侧设有配合外螺纹的内螺纹。为了方便阀盖3安装，同时减轻阀盖3的重量，例如，阀盖3为与阀体1内侧匹配的筒形结构。
65.在本实施中，第一弹性件4、第二弹性件23为弹簧，锁紧件6为锁紧螺母。
66.以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
67.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明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，均应属于本发明保护的范围。