适应于外界大气压的腔内压力调节活门及其结构优化方法

技术领域

本申请属于调节活门结构设计领域，特别涉及一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门及其结构优化方法。

背景技术

随着航空发动机研制技术的进步，发动机封严腔内的封严气体进入到传动腔的泄漏量在大幅增加，进入传动腔的空气泄漏量的大幅增加，导致滑油系统的通风量大幅增加，通风量大幅增加引起传动腔压力持续增高，为保证传动腔压力不会过高，保证工作安全，及轴承腔可靠封严，需要将其与外界大气压相连通，将通风量排入大气，同时要求通风路阻力尽量减小到最低。但同时在高空状态时，大气压很低，这时传动腔内的压力与外界大气压相连通后，传动腔内的压力就会变低，低到一定值时将不能维持正常的滑油供油。

因此需要设计一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门，同时要满足阻力低、寿命高的要求，既能在发动机低空状态，调节活门的出口常开，使传动腔的腔压不会过高，保证工作安全。同时发动机工作在高空状态时，调节活门出口关闭，通过调节活门中的单向控制活门，保证传动腔的压力不低于限制值，保证系统可靠供油。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门及其结构优化方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门，包括：

膜盒壳体，所述膜盒壳体内部具有容纳腔，所述膜盒壳体包括第一筒体段以及第二筒体段，所述第二筒体段的径向尺寸小于所述第一筒体段的径向尺寸，所述第二筒体段上开设有多个腰型孔；

通风导管，所述通风导管包括套筒连接部以及通风导管部，所述套筒连接部套设在所述第二筒体段外侧，所述套筒连接部与所述第二筒体段之间具有第一环形腔，所述第一环形腔将所述腰型孔与所述通风导管部连通；

活门座，所述活门座安装在所述第二筒体段内侧，所述活门座上设置有通风器出口管，所述活门座上设置有与所述通风器出口管连通的内腔；

弹簧，所述弹簧配合弹簧座套设在所述通风器出口管上，所述弹簧远离所述弹簧座的一端与所述通风器出口管固定连接，所述弹簧座与所述活门座之间具有第二环形腔，所述活门座上开设有多个通孔，所述通孔将所述内腔与所述第二环形腔连通；

膜盒盖，所述膜盒盖包括第一膜盒盖部以及第二膜盒盖部，所述第一膜盒盖部固定安装在所述第一筒体段上，所述第一膜盒盖部设置有惰性气体填充部，所述第二膜盒盖部呈凸字形，所述第二膜盒盖部套设在所述惰性气体填充部上，共同形成惰性气体填充腔；

波纹管，所述波纹管套设在所述通风器出口管外侧，一端与所述第二膜盒盖部固定连接，另一端与所述第一筒体段固定连接，所述波纹管将所述膜盒壳体内部的容纳腔分隔成膜盒封闭腔以及通风腔，所述膜盒封闭腔与所述惰性气体填充腔连通。

在本申请的至少一个实施例中，所述套筒连接部与所述第二筒体段连接处设置有第一密封圈。

在本申请的至少一个实施例中，所述通风导管部包括平直段以及扩张段，所述平直段与所述套筒连接部连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述活门座与所述第二筒体段连接处设置有第二密封圈。

在本申请的至少一个实施例中，所述套筒连接部与所述第二筒体段的轴向长度相等，所述活门座上设置有限位板，所述活门座与所述第二筒体段连接后，所述第二筒体段以及所述套筒连接部的端部配合调整垫片与所述限位板实现定位。

在本申请的至少一个实施例中，所述活门座与所述第一筒体段的外壁面通过保险丝连接。

本申请的第二个方面提供了一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门结构优化方法，基于如上所述的适应于外界大气压的腔内压力调节活门，包括：

步骤一、根据腔内压力调节活门的压力调节流路，确定影响腔内压力调节活门流通阻力的关键位置；

步骤二、基于所述关键位置确定腔内压力调节活门结构的优化参数；

步骤三、根据仿真分析确定各个所述优化参数的数值。

在本申请的至少一个实施例中，所述腔内压力调节活门的压力调节流路包括：

第一压力调节流路，依次包括内腔、通风器出口管、通风腔、腰型孔、第一环形腔、通风导管部；

第二压力调节流路，依次包括内腔、活门座通孔、第二环形腔、腰型孔、第一环形腔、通风导管部。

在本申请的至少一个实施例中，所述腔内压力调节活门结构的优化参数包括：活门座的流通面积、活门座与膜盒盖工作邻接处的截面流通面积、通风器出口管端部与膜盒盖的间距、膜盒流通面积、腰型孔的大小以及通风导管部的通风出口面积。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的适应于外界大气压的腔内压力调节活门，适应于外界大气压进行腔内压力调节，即低空状态活门内腔与外界大气压相连通，高空状态活门内腔的压力不与外界大气压相关联，当活门内腔压力上升至一定值时，将克服弹簧活门打开，压力调节活门内腔与外界大气压相通，压力调节后将活门内腔压力保持在一定值，保证系统可靠供油。提高传动腔工作的可靠性。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的适应于外界大气压的腔内压力调节活门示意图；

图2是本申请一个实施方式的适应于外界大气压的腔内压力调节活门结构优化方案示意图。

其中：

1-弹簧；2-膜盒盖；3-膜盒封闭腔；4-膜盒壳体；5-弹簧座；6-活门座；7-通风器出口管；8-通风导管；9-波纹管；10-内腔。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种适应于外界大气压的腔内压力调节活门，包括：膜盒壳体4、通风导管8、活门座6、弹簧1、膜盒盖2以及波纹管9。

具体的，如图1所示，膜盒壳体4为圆筒形，其内部具有容纳腔，膜盒壳体4包括第一筒体段以及第二筒体段，第二筒体段的径向尺寸小于第一筒体段的径向尺寸，第二筒体段的壁面上沿周向开设有多个腰型孔，本实施例中，腰型孔开设四个。

通风导管8包括一体成型的套筒连接部以及通风导管部，通风导管部与套筒连接部的轴线相互垂直，通风导管部包括平直段以及扩张段，平直段与套筒连接部连接；套筒连接部配合第一密封圈套设在第二筒体段外侧，套筒连接部与第二筒体段之间具有第一环形腔，第一环形腔将第二筒体段上的腰型孔与通风导管部的通风出口连通。

活门座6安装在第二筒体段内侧，第二筒体段设置有内螺纹，活门座6上设置有外螺纹，活门座6通过螺纹与膜盒壳体4的第二筒体段连接，并且活门座6与第二筒体段连接处设置有第二密封圈，活门座6上设置有通风器出口管7，活门座6上设置有与通风器出口管7连通的内腔10。有利的是，本实施例中，套筒连接部与第二筒体段的轴向长度相等，活门座6上设置有限位板，活门座6与第二筒体段连接后，第二筒体段以及套筒连接部的端部配合调整垫片与限位板实现定位。此外，本实施例中，活门座6与第一筒体段的外壁面还通过保险丝连接。

弹簧1配合弹簧座5套设在通风器出口管7上，弹簧1远离弹簧座5的一端与通风器出口管7端部固定连接，弹簧座5与活门座6之间具有第二环形腔，活门座6上开设有多个通孔，通孔将内腔10与第二环形腔连通。

膜盒盖2包括第一膜盒盖部以及第二膜盒盖部，第一膜盒盖部通过焊接固定安装在第一筒体段上，实现膜盒壳体4第一筒体段端部的密封，第一膜盒盖部设置有惰性气体填充部，该惰性气体填充部外侧设置有填充惰性气体的开口，该开口在完成惰性气体填充后进行封堵；第二膜盒盖部呈凸字形，第二膜盒盖部套设在惰性气体填充部上，第二膜盒盖部与惰性气体填充部共同形成惰性气体填充腔，惰性气体填充部以及第二膜盒盖部均开设有通孔，能够将惰性气体填充腔与膜盒封闭腔3连通。

波纹管9套设在通风器出口管7外侧，一端与第二膜盒盖部固定连接，另一端与第一筒体段固定连接，波纹管9将膜盒壳体4内部的容纳腔分隔成波纹管9外侧的膜盒封闭腔3以及波纹管9内侧的通风腔，膜盒封闭腔3与惰性气体填充腔连通。

本申请的适应于外界大气压的腔内压力调节活门，设计一个膜盒活门和一个弹簧活门，弹簧活门包括活门座6、弹簧1以及弹簧座5；膜盒活门包括膜盒盖2、波纹管9以及膜盒壳体4。如图1所示，当大气压力降低时，作用于膜盒盖2右侧的通风腔压力也降低，膜盒封闭腔3内压力使膜盒盖2右移直至通风器出口管7不与通风导管8相通，这样活门内腔的压力不与外界大气压相关联。膜盒活门关闭后，当内腔10压力上升至一定值时，将克服弹簧活门中弹簧1的弹簧力使弹簧座5左移，弹簧活门打开，内腔10与外界大气压相通，压力调节活门内腔10的压力能够保持在一定值。

本申请的适应于外界大气压的腔内压力调节活门，通过设计一个膜盒活门和一个弹簧活门，实现了可以随外界大气压的进行腔内压力调节。即低空状态活门内腔与外界大气压相连通。高空状态活门内腔的压力不与外界大气压相关联，当活门内腔压力上升至一定值时，将克服弹簧活门打开，压力调节活门内腔与外界大气压相通，这样压力调节后将活门内腔压力保持在一定值，保证系统可靠供油，提高传动腔工作的可靠性。

为了得到阻力较小的调节活门，本申请还提供了一种针对上述适应于外界大气压的腔内压力调节活门的结构优化方法，包括：

步骤一、根据腔内压力调节活门的压力调节流路，确定影响腔内压力调节活门流通阻力的关键位置；

步骤二、基于关键位置确定腔内压力调节活门结构的优化参数；

步骤三、根据仿真分析确定各个优化参数的数值。

本申请中腔内压力调节活门的压力调节流路包括：

在膜盒活门打开，弹簧活门关闭状态时，通过第一压力调节流路实现压力调节，第一压力调节流路依次包括内腔10、通风器出口管7、通风腔、腰型孔、第一环形腔、通风导管部；

在膜盒活门关闭，弹簧活门打开状态时，通过第二压力调节流路实现压力调节，第二压力调节流路依次包括内腔10、活门座通孔、第二环形腔、腰型孔、第一环形腔、通风导管部。

基于关键位置确定腔内压力调节活门结构的优化参数包括：活门座的流通面积、活门座与膜盒盖工作邻接处的截面流通面积、通风器出口管端部与膜盒盖的间距、膜盒流通面积、腰型孔的大小以及通风导管部的通风出口面积。

在本申请的优选实施方式中，如图2所示：

a)活门座的流通面积增加到S1；

b)活门座与膜盒盖工作邻接处的截面流通面积增加到S2；

c)通风器出口管端部与膜盒盖之间的流通面积增加到S3；

d)波纹管最小内径增加，弹簧座外径增加，波纹管与弹簧座流通面积增加到S4；

e)四处腰型孔的连接筋沿周向大小减少，每处腰型孔直径沿径向增加，腰形孔直径沿轴向增加，面积增加到S5；

f)通风导管部的通风出口面积增加到S6。

本实施例中，具体参数优化结果如表1。气体通过调节活门时，受到阻碍较大的为进出口、弯管、节流口等位置，这些位置产生的局部阻力损失

表1

本申请适应于外界大气压的腔内压力调节活门结构优化方法，优化后的阻力与之前未进行优化的阻力相比，能降低约50％，效果非常明显。从增大通风器出口管端部与膜盒盖的间距、加大膜盒流通面积和活门座孔径等方面考虑，可以显著降低调节活门的阻力，提高传动腔工作的可靠性、安全性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。