一种差动式双阀芯阀门结构

技术领域

本发明涉及一种阀门结构，具体涉及一种差动式双阀芯阀门结构，可适用于高压条件下工作的液体火箭发动机或可重复使用的低温液体火箭发动机。

背景技术

液体火箭发动机特别是可重复使用的低温液体火箭发动机，根据使用场景的不同，需要采用多种形式的阀门结构对其内腔进行吹除，并对其吹除气体的流量进行控制，吹除时特别需要在阀门出口压力到达一定值时可自动关闭、且密封性好的阀门。

目前广泛采用的结构形式为单阀芯、直动式单向阀结构形式，主要包括壳体，设置于壳体内的阀芯、弹簧、弹簧座、固定螺母等，这种结构必须在出口压力高于入口压力时才能关闭，且存在着高压下出口的液体介质泄漏至入口的可能；此外，现有阀门本身不具备控制吹除气体流量的功能，且吹除流量会受到出口压力变化的影响。这种结构对高压条件下工作的液体火箭发动机或可重复使用的低温液体火箭发动机而言，不仅不具备在低出口压力下自动关闭功能，且难以适应高压密封性要求，不具备密封冗余功能，一旦密封出现故障，则会影响发动机继续工作。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术对于高压条件下工作的液体火箭发动机或可重复使用的低温液体火箭发动机，不能在低出口压力下自动关闭且不满足高压密封性要求，不具备密封冗余功能，一旦密封出现故障，则会影响发动机继续工作的技术问题，提供一种差动式双阀芯阀门结构。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种差动式双阀芯阀门结构，其特殊之处在于：包括入口壳体、出口壳体、第一阀芯、第一弹簧和小阀芯单元；

所述入口壳体的一端设有进气口，入口壳体的另一端通过螺纹连接出口壳体的一端，出口壳体的另一端设有气液出口；

所述入口壳体和出口壳体内设置有所述第一阀芯，第一阀芯采用阶梯轴式圆柱结构，阶梯轴式圆柱结构靠近入口壳体进气口的一端为小端、靠近出口壳体的气液出口一端为大端，第一阀芯内设有盲腔A，盲腔A开口端位于第一阀芯的大端一侧，所述小阀芯单元设置于盲腔A内；所述入口壳体内进气口处壳壁与第一阀芯小端端面相配合形成第一密封面D；所述第一弹簧设置于第一阀芯的阶梯面与入口壳体内部设置的凸台之间，并套设于第一阀芯上；

所述小阀芯单元包括同轴设置的第二阀芯、弹簧座、第二弹簧和支座；所述第二阀芯内设有盲腔B，所述弹簧座设置于盲腔B内，所述弹簧座和支座的相对面上均设置有导向柱；所述第二弹簧套设于第二阀芯和支座的导向柱上；所述支座与所述盲腔A开口端的腔壁螺纹连接；位于盲腔A内部的第二阀芯端面与盲腔A的腔壁相配合形成第二密封面E；

所述第一阀芯侧壁上设有与所述盲腔A连通的节流孔a、所述第二阀芯上设有过流孔b、所述弹簧座及其导向柱上设有同时与过流孔b和第二阀芯盲腔B连通的过流孔c、所述支座及其导向柱上设有同时与第二阀芯的盲腔B和所述气液出口连通的过流孔d。

进一步地，所述第一阀芯的小端侧壁与入口壳体内壁之间设置有第一密封圈，大端侧壁与入口壳体内壁之间设置有第二密封圈，第一阀芯、第一密封圈、第二密封圈和入口壳体四者共同围成环腔C；所述第一弹簧位于环腔C内；

所述入口壳体上设置有排气孔e，排气孔e位于第一密封圈和第二密封圈之间的入口壳体壳壁上；入口壳体外壁上排气孔e位置处套设有防尘套。

进一步地，所述入口壳体和出口壳体之间设置有第三密封圈。

进一步地，所述第一阀芯上的节流孔a有多个。

进一步地，采用所述阶梯轴式圆柱结构的第一阀芯包括2个或3个圆柱段。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

本发明提供的差动式双阀芯阀门结构，采用阶梯轴式阀芯结构，用于实现出口压力低于入口压力时的关闭功能；在第一阀芯(大阀芯)内设置第二阀芯(小阀芯)，大阀芯上设置有节流孔(即限流孔)，可限制气体流量，大阀芯、小阀芯的密封各自独立，实现高压冗余密封。在入口气体压力作用下，随着出口壳体气液出口压力的上升，作用在第一阀芯出口端(大端)的介质作用力增加，当第一阀芯出口端压力达到一定值时，由于第一阀芯2大端的端面积大于小端的端面积，作用在第一阀芯出口端的介质作用力足以克服作用在第一阀芯入口侧(进气侧小端)的气体作用力、弹簧力、摩擦力的合力时，推动第一阀芯朝左侧移动，使第一阀芯的密封面与入口壳体的密封面贴合，第一阀芯关闭并密封，实现出口压力低于入口压力时关闭功能；第一阀芯关闭后，随着出口端压力上升，第二阀芯关闭；在出口端介质的作用下，第二阀芯保持密封；即使第二阀芯密封处出现泄漏，第一阀芯仍能保持密封，实现密封冗余功能，可解决现有液体火箭发动机特别是可重复使用低温液体火箭发动机中阀门本身不具有控制吹除气体的流量，不适应发动机高压条件下在出口压力低于入口压力下可自动关闭以及不满足高压冗余密封要求等技术难题。

附图说明

图1为本发明差动式双阀芯阀门结构的结构示意图；

附图标记说明：

1-入口壳体、2-第一阀芯、3-第一弹簧、4-第二阀芯、5-第二弹簧、6-支座、7-出口壳体、8-第一密封圈、9-弹簧座、10-防尘套、11-第二密封圈、12-第三密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

一种差动式双阀芯阀门结构，包括入口壳体1、出口壳体7、第一阀芯2、第一弹簧3和小阀芯单元；所述入口壳体1的一端设有进气口，入口壳体1的另一端通过螺纹连接出口壳体7的一端，出口壳体7的另一端设有气液出口；所述入口壳体1和出口壳体7内设置有所述第一阀芯2，第一阀芯2采用阶梯轴式圆柱结构(采用所述阶梯轴式圆柱结构的第一阀芯2包括2个或3个圆柱段)，阶梯轴式圆柱结构靠近入口壳体1进气口的一端为小端、靠近出口壳体7气液出口的一端为大端，即入口一侧圆柱段直径小，出口一侧圆柱段直径大，第一阀芯2内设有盲腔A，盲腔A开口端位于第一阀芯2的大端一侧，所述小阀芯单元设置于盲腔A内；所述入口壳体1内进气口处壳壁与第一阀芯2小端端面相配合形成第一密封面D，以保证关闭状态下密封；所述第一弹簧3设置于第一阀芯2的阶梯面与入口壳体1内部设置的凸台之间，并套设于第一阀芯2上，所述第一阀芯2通过第一弹簧3使其密封面与入口壳体1的密封面脱离接触，并由出口壳体7限位；所述出口壳体7用于固定第一阀芯2，保持密封。

所述小阀芯单元包括同轴设置的第二阀芯4、弹簧座9、第二弹簧5和支座6(用于固定第二弹簧5)；所述第二阀芯4内设有盲腔B，所述弹簧座9设置于盲腔B内，所述弹簧座9和支座6的相对面上均设置有导向柱，设置在支座6上的导向柱伸入盲腔B；所述第二弹簧5套设于第二阀芯4和支座6的导向柱上，为第二阀芯4提供初始安装力和复位力；所述支座6与所述盲腔A开口端的腔壁螺纹连接(即通过螺纹固定在第一阀芯2内)；位于盲腔A内部的第二阀芯4端面与盲腔A的腔壁相配合形成第二密封面E，以保证关闭状态下密封；所述第二弹簧5使第二阀芯4的密封面与第一阀芯2的盲腔A的密封面相接触，安装状态下第二阀芯4处于常闭状态。

所述第一阀芯2小端的侧壁上设有与所述盲腔A连通的节流孔a(在入口压力一定时，可保持吹除气体流量不变，节流孔a可有一个或多个)、所述第二阀芯4上设有过流孔b(以实现气体过流)、所述弹簧座9及其导向柱上设有同时与过流孔b和第二阀芯4盲腔B连通的过流孔c、所述支座6及其导向柱上设有同时与第二阀芯4的盲腔B和所述气液出口连通的过流孔d。

所述第一阀芯2的小端侧壁与入口壳体1内壁之间设置有第一密封圈8(对应密封槽设在入口壳体1上)，所述第一阀芯2的大端侧壁与入口壳体1内壁之间设置有第二密封圈11(对应密封槽设在第一阀芯2大端侧壁上)，第一阀芯2、第一密封圈8、第二密封圈11和入口壳体1四者共同围成环腔C，不仅可使第一阀芯2入口、出口的介质作用面积不同，还可起防止气体(液体)向外泄漏的作用，第一密封圈8和第二密封圈11的设置不影响第一阀芯2的导向，可防止入口的气体或出口的气体或液体通过第一阀芯2与入口壳体1相配合的密封面处泄漏至环腔C中；所述第一弹簧3位于环腔C内，使第一阀芯2的密封面与入口壳体1的密封面脱离接触，安装状态下第一阀芯2处于常开状态。所述入口壳体1和出口壳体7之间设置有第三密封圈12，防止气体(液体)向外泄漏。

所述入口壳体1上设置有排气孔e，排气孔e位于第一密封圈8和第二密封圈11之间的入口壳体1壳壁上；入口壳体1外壁上排气孔e位置处套设有防尘套10，以避免第一阀芯2运动过程盲腔A的压力上升，防止外部颗粒物进入环腔C中，阻碍第一阀芯2的运动

工作过程：

上述差动式双阀芯阀门结构在第一弹簧3的弹簧力作用下，第一阀芯2处于打开状态；在第二弹簧5的弹簧力作用下，第二阀芯4处于关闭开状态。

在入口气体压力作用下，气体通过第一阀芯2的节流孔a并经盲腔A后，气体进入第二阀芯4前端，然后气体作用在第二阀芯4的作用力克服第二阀芯4的摩擦力及第二弹簧5的弹簧力，第二阀芯4打开，气体通过第二阀芯4、弹簧座9、支座6的过流孔进入出口壳体7的气液出口。

在入口气体压力作用下，随着出口壳体7气液出口压力的上升，作用在第一阀芯2出口端(大端)的介质作用力增加，当第一阀芯2出口端压力达到一定值时，由于第一阀芯2大端的端面积大于小端的端面积，作用在第一阀芯2出口端的介质作用力足以克服作用在第一阀芯2入口侧(进气侧小端)的气体作用力、弹簧力、摩擦力的合力时，推动第一阀芯2朝左侧移动，使第一阀芯2的密封面与入口壳体1的密封面贴合，第一阀芯2关闭并密封，实现出口压力低于入口压力时关闭功能；第一阀芯2关闭后，随着出口端压力上升，第二阀芯4关闭；进一步，在出口端介质的作用下，第二阀芯4保持密封；即使第二阀芯4密封处出现泄漏，第一阀芯2仍能保持密封，实现密封冗余功能。

本发明涉及的差动式双阀芯阀门结构，特别涉及出口压力低于入口压力时可自动关闭且具有冗余密封功能的阀门结构，可解决现有液体火箭发动机特别是可重复使用低温液体火箭发动机中阀门本身不具有控制吹除气体的流量，不适应发动机高压条件下在出口压力低于入口压力下可自动关闭以及不满足高压冗余密封要求等技术难题。本发明采用阶梯轴式阀芯结构，用于实现出口压力低于入口压力时的关闭功能；在第一阀芯2(大阀芯)内设置有第二阀芯4(小阀芯)，大阀芯上设置有限流孔(节流孔a)，可限制气体流量，大阀芯、小阀芯的密封各自独立，实现高压冗余密封。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。