一种常规高超声速风洞环缝式调压阀的制作方法

1.本发明属于航空气动力风洞试验技术领域，尤其涉及一种常规高超声速风洞环缝式调压阀。


背景技术：

2.常规高超声速风洞是一种重要的航空航天飞行器空气动力学地面试验设备，由于动力、能耗和建设费用等方面的限制，常规高超声速风洞一般采用将高压试验介质提前储存在高压储气罐内，试验时瞬间打开阀门使高压气体吹入洞体内部的暂冲式运行方式。由于高压气源容积有限，管路及阀门系统结构复杂，在风洞运行过程中不可避免的出现气源压力下降、气流压力不稳定等问题，将直接影响风洞流场品质和试验精度，风洞调压阀是暂冲式风洞运行过程中最重要的控制设备，起到实时调节风洞总压、控制压力稳定的作用。
3.常用的常规高超声速风洞调压阀有窗孔型调压阀、锥形调压阀、柱塞式调压阀和环缝式调压阀等几种。窗孔型调压阀具有阀后流态好、运行噪声低等优点，其不足之处是压力损失大、调节范围窄、运行阻力大；锥形调压阀具有调压范围较宽、易于加工制造等优点，其缺点是操作惯性大、调压精度低；柱塞式调压阀具有结构简单、可靠性高等优点，其主要问题是气流压力直接作用于阀芯，在高压环境下所需的驱动力太大，为了解决驱动力大的问题需要采用压力平衡气路的方法，但这又增加了阀门控制逻辑的复杂度。相比之下，环缝式调压阀具有调节范围宽、调节线性度好、调压精度高、运行阻力小等优点，是暂冲式风洞较为理想的调压设备，已经广泛应用于亚/跨/超声速暂冲式风洞中。
4.环缝式调压阀在外壳体内部设置内筒，阀门调节机构位于内筒中，为了使外壳体和内筒之间形成气流流道，阀芯的导向杆一端与内筒相连，另一端成为悬臂，导致导向杆连接强度低，稳定性差，一旦产生挠度，导向性不好，阀芯滑动轨迹不平直，阀芯与密封件不能密封严；环缝式调压阀以设置在阀体内部的液压缸作为动力执行元件，但调压阀内为高温高压环境，液压缸的介质为液压油，一旦泄漏，极易发生事故，同时，阀内空间狭小，液压缸的活塞两端需要连接液压油管路，在调压阀内设置液压油管路极其不便，通常只能将阀体做的很大，给加工和安装都带来很大问题；另外，液压缸通常配置位移传感器使用，以间接获取调压阀的开度，但位移传感器在高温高压环境易损坏，且需要设置独立的传感器腔室，使阀体长度不得不加长，以上诸多问题限制了环缝式调压阀在常规高超声速风洞中的应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种常规高超声速风洞环缝式调压阀，以解决现有环缝式调压阀的导向杆导向性不好、液压介质管路不易设置、位移传感器易损坏以及液压油泄漏易发生事故的问题。本发明所采用的技术方案如下：一种常规高超声速风洞环缝式调压阀，包括外壳体、内筒、液压缸、导向杆和套筒阀芯；外壳体和内筒通过若干内筒肋板相连，外壳体和内筒之间形成气流流道，内筒的中部
设有安装座板，液压缸、安装座板和导向杆沿气流流动方向依次相连，套筒阀芯滑动设置在导向杆上，液压缸的活塞杆通过连接件与套筒阀芯相连；液压缸的外部设有密封罩，密封罩的开口与内筒的右端开口配合连接，外壳体的左端设有密封铜环和端支撑，端支撑包括内套和外套，内套和外套之间通过端支撑肋板连接，内套套接在导向杆的另一端上，外套和密封铜环分别与外壳体相连，套筒阀芯的外周与内筒的内周滑动配合，套筒阀芯的右端与内筒之间通过密封圈密封；当液压缸的活塞杆伸出时，套筒阀芯从右向左封闭所述气流流道，完全关阀时，套筒阀芯与密封铜环抵靠密封；当液压缸的活塞杆缩回时，套筒阀芯从左向右敞开所述气流流道；液压缸的缸筒外周设有止口法兰，止口法兰和液压缸的缸盖分别与安装座板通过液压介质密封圈密封，液压缸的缸盖外周设有外环槽，液压缸的缸盖内周设有内环槽，外环槽和内环槽之间通过若干介质清除孔连通，外环槽设置在两个所述液压介质密封圈之间，内筒肋板上设有抽吸孔道，抽吸孔道的一端与外环槽连通，抽吸孔道的另一端延伸至外壳体的外周，并与真空抽吸机相连；密封罩与内筒之间通过密封圈密封，密封罩、内筒、安装座板和液压缸的缸盖之间形成密闭空间，内筒肋板上设有释压孔，释压孔的一端连通所述密闭空间，释压孔的另一端与大气连通；内筒肋板上设有两个介质流道，两个介质流道的内端分别与液压缸相连，两个介质流道的外端分别延伸至外壳体的外周，并与液压换向阀相连。
6.进一步的，外壳体包括调压阀前段、调压阀中段和调压阀后段，调压阀前段、调压阀中段和调压阀后段依次通过止口同轴配合，并依次通过螺栓连接，调压阀前段和调压阀中段之间通过密封件密封，调压阀中段和调压阀后段之间通过密封件密封，内筒与调压阀中段同轴相连，密封罩与内筒可拆卸连接，导向杆与安装座板通过止口同轴配合，并通过螺栓连接，止口法兰与安装座板通过止口同轴配合，并通过螺栓连接，密封铜环和端支撑分别与调压阀后段通过止口同轴配合，并通过螺栓连接。
7.进一步的，密封件为金属八角垫。
8.进一步的，外壳体的底部设有阀门支座，阀门支座的顶部设有弧形座板，弧形座板的内周面与外壳体的外周面相匹配。
9.进一步的，导向杆的左端为阶梯轴结构，内套与阶梯轴的轴肩相抵靠，外套与密封铜环左右抵靠。
10.进一步的，密封铜环的内周右端为内锥面，套筒阀芯的外周左端为圆角结构，完全关阀时，所述圆角结构与所述内锥面相切抵靠。
11.进一步的，液压缸为内置位移传感器的液压缸。
12.进一步的，密封罩呈球顶圆柱形。
13.进一步的，导向杆的右端面上设有与外周同轴的内孔，所述内孔的侧壁上设有沿轴向开设的长孔，套筒阀芯包括外环和内环，所述内环套接在导向杆上，所述外环的外周与内筒的内周配合，所述内环的侧壁上设有键槽孔，所述内环和所述外环之间通过筋板相连，所述连接件包括滑块和连接健，滑块在导向杆的内孔中滑动设置，连接健贯穿所述内环的键槽孔和导向杆的长孔，并与滑块通过螺钉连接，液压缸的活塞杆贯穿安装座板，并与滑块相连。
14.进一步的，所述环缝式调压阀的通径为dn250，公称压力为25mpa。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、导向杆的两端分别与端支撑的内套和内筒的安装座板配合限位，可以精确的保证导向杆与外壳体的同轴度，同时两端对导向杆起到支撑的作用，提供了导向杆的连接强度和稳定性，导向杆不产生挠度，导向精度更好，套筒阀芯运动轨迹平直，使每次关阀时套筒阀芯与密封铜环的环密封线重复性好，密封严；环缝式的阀门结构设计，提高了常规高超声速风洞的调压精度，改善了调压阀的调节性能，减小了阀门的运行阻力，降低了阀门控制逻辑的复杂程度，调压精度优于0.3%，在上游气流压力为20mpa的高压条件下，液压缸推力只需2吨，解决了传统常规高超声速风洞调压阀调压精度低、调节线性度不好、运行阻力大、控制逻辑复杂等难题。
16.2、外壳体包括调压阀前段、调压阀中段和调压阀后段，采用分体式可拆卸连接的结构，并通过止口同轴配合保证装配精度，密封罩与内筒可拆卸连接，端支撑和外壳体可拆卸连接，导向杆和内筒可拆卸连接，便于维修保养，内部任意部件发生故障时，都可以快速拆卸维修。
17.3、液压缸为内置位移传感器的液压缸，不必再另外设置位移传感器腔室，进而可降低调节阀的长度，便于加工和安装。
18.4、液压缸及液压系统采用水乙二醇抗燃液压液作为介质，如介质由活塞杆缝隙泄露，仍可通过抽吸孔道流出，并通过真空抽吸机抽走，解决了常规液压油在高温环境下使用的安全性问题。
19.5、液压缸所处于一个独立的密闭空间，实现液压缸与高压气流的物理隔绝，密闭空间通过释压孔使液压缸所处腔室与大气环境连通，使得液压缸所处密闭空间始终保持常压状态，解决了液压缸的位移传感器在高压环境下使用不能耐高压的问题。
20.6、通过在调压阀中段的外壳体和内筒肋板上设计液压介质流道，解决了狭小空间液压管路的连接装配问题。
附图说明
21.图1是本发明与上下游配对法兰相连的半剖图；图2是本发明的左视图；图3是图2的b-b剖视图；图4是图2的c-c剖视图；图5是液压缸的结构示意图；图6是图5的a处放大图；图中：1-外壳体、11-调压阀后段、12-调压阀中段、13-调压阀前段、14-内筒、141-安装座板、15-内筒肋板、16-密封件、17-介质流道、18-抽吸孔道、19-释压孔、2-密封罩、3-液压缸、31-止口法兰、32-外环槽、33-内环槽、34-介质清除孔、4-阀门支座、5-导向杆、51-滑块、52-连接健、6-端支撑、61-外套、62-内套、7-密封铜环、8-套筒阀芯、9-配对法兰。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体
实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
23.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
24.以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
25.如图1-6所示，一种常规高超声速风洞环缝式调压阀，包括外壳体1、内筒14、液压缸3、导向杆5和套筒阀芯8；外壳体1和内筒14通过若干内筒肋板15相连，外壳体1和内筒14之间形成气流流道，内筒14的中部设有安装座板141，液压缸3、安装座板141和导向杆5沿气流流动方向依次相连，套筒阀芯8滑动设置在导向杆5上，液压缸3的活塞杆通过连接件与套筒阀芯8相连；液压缸3的外部设有密封罩2，密封罩2的开口与内筒14的右端开口配合连接，外壳体1的左端设有密封铜环7和端支撑6，端支撑6包括内套62和外套61，内套62和外套61之间通过端支撑肋板连接，内套62和外套61之间形成流道，内套62套接在导向杆5的另一端上，外套61和密封铜环7分别与外壳体1相连，套筒阀芯8的外周与内筒14的内周滑动配合，套筒阀芯8的右端与内筒14之间通过密封圈密封；当液压缸3的活塞杆伸出时，套筒阀芯8从右向左封闭所述气流流道，完全关阀时，套筒阀芯8与密封铜环7抵靠密封；当液压缸3的活塞杆缩回时，套筒阀芯8从左向右敞开所述气流流道；液压缸3的缸筒外周设有止口法兰31，止口法兰31和液压缸3的缸盖分别与安装座板141通过液压介质密封圈密封，液压缸3的缸盖外周设有外环槽32，液压缸3的缸盖内周设有内环槽33，外环槽32和内环槽33之间通过若干介质清除孔34连通，外环槽32设置在两个所述液压介质密封圈之间，内筒肋板15上设有抽吸孔道18，抽吸孔道18的一端与外环槽32连通，抽吸孔道18的另一端延伸至外壳体1的外周，并与真空抽吸机相连；密封罩2与内筒14之间通过密封圈密封，密封罩2、内筒14、安装座板141和液压缸3的缸盖之间形成密闭空间，内筒肋板15上设有释压孔19，释压孔19的一端连通所述密闭空间，释压孔19的另一端与大气连通；内筒肋板15上设有两个介质流道17，两个介质流道17的内端分别与液压缸3相连，两个介质流道17的外端分别延伸至外壳体1的外周，并与液压换向阀相连。
26.导向杆5的右端面上设有与外周同轴的内孔，所述内孔的侧壁上设有沿轴向开设的长孔，套筒阀芯8包括外环和内环，所述内环套接在导向杆5上，所述外环的外周与内筒14的内周配合，所述内环的侧壁上设有键槽孔，所述内环和所述外环之间通过筋板相连，所述连接件包括滑块51和连接健52，滑块51在导向杆5的内孔中滑动设置，连接健52贯穿所述内环的键槽孔和导向杆5的长孔，并与滑块51通过螺钉连接，液压缸3的活塞杆贯穿安装座板141，并与滑块51相连。
27.设定外壳体1的气流入口向右设置，气流出口向左设置，导向杆5与外壳体1和内筒
14同轴设置，以此实现通过液压缸3的活塞杆伸缩来控制套筒阀芯8在导向杆5上滑动，套筒阀芯8的滑动可以改变密封铜环7和内筒14之间的气流流道面积，套筒阀芯8完全缩在内筒14中时，调压阀完全打开时，套筒阀芯8与密封铜环7相抵靠时，套筒阀芯8的外周面将气流流道完全封堵，调压阀通过控制液压缸3的活塞杆伸出长度来控制阀门的开度，以此进行压力调节，外套61和密封铜环7左右相抵靠，外套61和密封铜环7分别通过螺栓与外壳体1相连，外套61和密封铜环7的外周与外壳体1的内周相配合，密封铜环7的右端设有内锥密封面，套筒阀芯8的左侧外端设有圆角结构，调压阀完全打开时，套筒阀芯8的所述圆角结构与外套61的所述内锥密封面抵靠，以环形线密封。
28.导向杆5的两端分别与端6支撑的内套和内筒14的安装座板141配合限位，可以精确的保证导向杆5与外壳体1的同轴度，端支撑6和密封铜环7分别与外壳体1同轴设置，同时两端对导向杆5起到支撑的作用，提供了导向杆5的连接强度和稳定性，导向杆5不产生挠度，导向精度更好，套筒阀芯8运动轨迹平直，使每次关阀时套筒阀芯8与密封铜环7的环密封线重复性好，密封严；环缝式的阀门结构设计，提高了常规高超声速风洞的调压精度，改善了调压阀的调节性能，减小了阀门的运行阻力，降低了阀门控制逻辑的复杂程度，调压精度优于0.3%，在上游气流压力为20mpa的高压条件下，液压缸推力只需2吨，解决了传统常规高超声速风洞调压阀调压精度低、调节线性度不好、运行阻力大、控制逻辑复杂等难题。
29.液压缸3及液压系统采用水乙二醇抗燃液压液作为介质，如介质由液压缸的活塞杆缝隙泄露，仍可通过介质清除孔34流出，并通过真空抽吸机由抽吸孔道18抽走，解决了常规液压油在高温环境下使用的安全性问题。
30.外壳体1包括调压阀前段13、调压阀中段12和调压阀后段11，调压阀前段13、调压阀中段12和调压阀后段11依次通过止口同轴配合，并依次通过螺栓连接，调压阀前段13和调压阀中段12之间通过密封件16密封，调压阀中段12和调压阀后段11之间通过密封件16密封，内筒14与调压阀中段12同轴相连，密封罩2与内筒14可拆卸连接，导向杆5与安装座板141通过止口同轴配合，并通过螺栓连接，止口法兰31与安装座板141通过止口同轴配合，并通过螺栓连接，密封铜环7和端支撑6分别与调压阀后段11通过止口同轴配合，并通过螺栓连接。
31.外壳体1包括调压阀前段13、调压阀中段12和调压阀后段11，采用分体式可拆卸连接的结构，并通过止口同轴配合保证装配精度，密封罩2与内筒14可拆卸连接，端支撑6和外壳体1可拆卸连接，导向杆5和内筒14可拆卸连接，便于维修保养，内部任意部件发生故障时，都可以快速拆卸维修。
32.液压缸3所处于一个独立的密闭空间，实现液压缸3与高压气流的物理隔绝，密闭空间通过释压孔19使液压缸3所处腔室与大气环境连通，使得液压缸3所处密闭空间始终保持常压状态，解决了液压缸3的位移传感器在高压环境下使用不能耐高压的问题。
33.通过在调压阀中段12和内筒肋板15上设计液压介质流道17，解决了狭小空间液压管路的连接装配问题。
34.密封件16为金属八角垫，金属八角垫对高压密封具有更好的密封效果。
35.外壳体1的底部设有阀门支座4，阀门支座4的顶部设有弧形座板，弧形座板的内周面与外壳体1的外周面相匹配，由阀门支座4来承担本发明自身的重量，以此降低上下游管路的负担。
36.导向杆5的左端为阶梯轴结构，内套62与阶梯轴的轴肩相抵靠，外套61与密封铜环7左右抵靠，端支撑6对导向杆沿轴向限位，降低导向杆5与安装座板141连接的负担，以此提高导向杆5的直线性和稳定性。同时端支撑6对密封铜环也具有轴向限位，以此抵消完全关阀时套筒阀芯8施加的压力。
37.密封铜环7的内周右端为内锥面，套筒阀芯8的外周左端为圆角结构，完全关阀时，所述圆角结构与所述内锥面相切抵靠，密封铜环和套筒阀芯以环形线密封，而非面与面，关阀驱动力低，关阀严。
38.液压缸3为内置位移传感器的液压缸。位移传感器用于测定液压缸的活塞杆伸出长度，以此判断调压阀的开度，内置位移传感器后，位移传感器与液压缸3的缸座连为一体，不必再另外设置位移传感器腔室，进而可降低调节阀的长度，便于加工和安装。
39.密封罩2呈球顶圆柱形，对进入调压阀内的气流有整流作用，气流流到密封罩球顶后，沿轮廓继续进入调压阀的气流流道，不易被折返抵消掉。
40.所述环缝式调压阀的通径为dn250，公称压力为25mpa。
41.以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。