一种节流阀阀芯组件及其节流阀

技术领域

本发明涉及低温节流制冷技术领域，具体地，涉及一种节流阀阀芯组件及其节流阀。

背景技术

随着空间推进技术的发展，低温推进剂凭借其比冲高、绿色无毒、价格低廉等优点，被NASA认为是进入空间及轨道转移最经济、效率最高的化学推进剂，也是未来月球探测、火星探测和更远深空探测的首选推进剂。为了满足长时间在轨任务需求，必须发展低温推进剂在轨长期贮存和管理技术，而热力学排气技术是其中的关键技术。作为热力学排气系统的关键部件，节流阀的主要作用是将贮箱内接近饱和态的低温推进剂利用节流作用变成低温低压的两相流，通过对流换热控制贮箱的温度和压力，其性能直接影响系统功能实现和性能保障。现有热力学排气系统的节流阀通常采用直径100～200微米的单个微孔对低温推进剂进行节流制冷，经常容易发生多余物堵塞导致系统失效。此外，低温推进剂经过单孔节流阀后空化较为严重，导致可利用的推进剂蒸发潜热降低，不利于系统性能提高，同时还容易产生气蚀和振动等不良影响。

经现有技术检索发现，中国发明专利公开号为CN108253671A公开了一种节流阀，包括第一固定法兰、多微孔节流元件和第二固定法兰，多微孔节流元件封装在第一固定法兰和第二固定法兰之间，多微孔节流元件开设有至少两个微孔。与单微孔节流阀相比，上述节流阀采用的多微孔节流元件在保证节流阀节流降温效果的基础上，可以增大节流循环的流量，进而提升节流制冷机的制冷量。该发明就存在上述相应问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种节流阀阀芯组件及其节流阀。

本发明提供了一种离心式节流阀阀芯组件，包括第一阀板和第二阀板；

所述第一阀板设有盲孔和节流孔，所述节流孔为沿所述第一阀板轴向开设的通孔，所述节流孔与所述盲孔之间通过导流槽连通；

所述第二阀板设有串流孔，所述串流孔为沿所述第二阀板轴向开设的通孔；

所述第二阀板两面分别贴合连接一块所述第一阀板形成一组阀芯，所述盲孔与所述串流孔连通。

一些实施方式中，所述导流槽与所述节流孔和\或所述导流槽与所述盲孔相正切。

一些实施方式中，所述导流槽为矩形槽、梯形槽或弧形槽中的任一种。

一些实施方式中，所述第一阀板上设有奇数个所述盲孔，其中一个所述盲孔与所述节流孔连通，剩余偶数个所述盲孔中每两个通过一个所述导流槽连通后相对独立；

位于所述第二阀板上的所述串流孔与一块所述第一阀板中的所述盲孔的数量相同；所述第一阀板中所述盲孔的数量大于等于3个；

流体自一侧的所述节流孔流入，途径多个所述盲孔和多个所述串流孔后，自另一侧的所述节流孔流出。

一些实施方式中，所述串流孔的孔径为0.1～5mm，所述盲孔孔径为所述串流孔孔径的1.5～3.5倍。

一些实施方式中，包括多组所述阀芯，多组所述阀芯通过所述节流孔依次串联。

本发明还提供了一种离心式节流阀，采用所述的离心式节流阀阀芯组件，还包括过滤板和滤网；

所述过滤板设有过滤孔和卡槽，所述滤网通过所述卡槽连接于所述过滤板中，所述过滤孔为沿所述过滤板轴向方向设置的通孔；

两块所述过滤板分别与所述第二阀板两侧的所述第一阀板贴合连接，所述过滤孔与所述节流孔相连通。

一些实施方式中，位于所述第一阀体同一侧的所述过滤板为多个，多个所述过滤板串联连接。

一些实施方式中，所述过滤板设有锥形腔，所述过滤孔与所述锥形腔的锥顶连通，所述过滤网位于所述锥形腔的锥底处。

一些实施方式中，所述锥形腔锥底的流通面积与所述滤网的孔隙率之积大于所述过滤孔的流通面积。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明离心式节流阀阀芯结构，通过节流孔、导流槽、盲孔以及串流孔的结构设计，降低了流体经过节流孔时的速度，有效地减少空化和腐蚀现象的发生，同时通过径向流道的设计，增大了流体的流通路径，确保阀芯结构紧凑的情况下，提升了压降效果。

2、本发明离心式节流阀阀芯结构通过对导流槽的结构设计，以及导流槽与盲孔和节流孔的连接方式的改进，降低节流阀对液体粘度的敏感度，提升节流后的压降效果。

3、本发明离心式节流阀阀芯结构通过第一阀板和第二阀板结构的改进，具体的是增设位于第一阀板上的盲孔和导流槽以及位于第二阀板上的串流孔的数量，并通过对接的结构设计，延长流体的流经路径，大幅提高节流孔的流通面积，解决堵塞问题。

4、本发明离心式节流阀阀芯结构通过多个阀芯的串联叠合，进一步提高节流效果。

5、本发明离心式节流阀装置通过对过滤板结构的优化改进，解决安装滤网导致的流阻增大和流速降低问题，同时具有易于安装和结构紧凑等优点。本节流阀可采用焊接、法兰等多种形式进行连接，安装方式灵活且使用方便。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例节流阀内部结构示意图；

图2为本发明实施例节流阀组成示意图；

图3为本发明实施例阀芯组成示意图

图4为第一阀芯元件结构示意图；

图5为阀芯组件结构示意图；

图6为流体流道示意图；

图7为滤网卡槽结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1-7所示，本发明提供了一种离心式节流阀阀芯组件，包括第一阀板41和第二阀板42，第一阀板41和第二阀板42的形状基本相同。此处基本相同包含形状大小完全相同，如同为直径大小的圆形板，也包括形状大小有差别的情况，如第一阀板41为圆形板，而第二阀板42为矩形板等。两块第一阀板41之间夹持一块第二阀板42，通过钎焊或扩散焊等焊接手段封装在一起，形成类似三明治结构的可供流体进出的密闭腔体结构的阀芯4。具体地：

第一阀板41上设置有盲孔410、导流槽411以及节流孔412。节流孔412为沿第一阀板41轴向开设的供流体进出的通孔，节流孔412的位置优选为位于第一阀板41的中心。盲孔410为设置于第一阀板41上远离节流孔412一定距离的不通孔，盲孔410通过导流槽411与节流孔412连通，外部流体自节流孔412进入后沿导流槽411进入盲孔410内。相适配的，在第二阀板42上设置有串流孔420，串流孔420为沿第二阀板42轴向开设的通孔。此处，第一阀板41上的盲孔410、导流槽411以及节流孔412，和第二阀板42上的串流孔420均可采用机加工、化学刻蚀或激光刻蚀的方法加工而成。

当两块第一阀板41和一块第二阀板42通过焊接封装成阀芯4时，第二阀板42的两表面分别贴合连接两块第一阀板41的表面，第二阀板42的两侧表面充当位于其两侧的第一阀板41上的导流槽411的密封盖，此密封盖通过钎焊或扩散焊实现。同时两侧的第一阀板41上的盲孔410均与串流孔420相对接，优选的，两个盲孔410与一个串流孔420三者的轴线重合。

本发明提供的离心式节流阀阀芯组件的工作原理为：

当流体自位于第二阀板42左侧的第一阀板41的节流孔412进入阀芯4后，由于第二阀板42未设置与节流孔412相适配的轴向通孔，继而流体通过导流槽411流入同一块第一阀板4(左侧)中的盲孔410中，通过串流孔420的导通作用，流体流入位于第二阀板42右侧的第一阀板41的盲孔410内，进而通过同一块第一阀板4(右侧)上的导流槽411流入节流孔412内，继而流出阀芯4。

本发明提供的离心式节流阀阀芯结构，通过节流孔、导流槽、盲孔以及串流孔的结构设计，降低了流体经过节流孔时的速度，有效地减少空化和腐蚀现象的发生，同时通过径向流道的设计，增大了流体的流通路径，确保阀芯结构紧凑的情况下，提升了压降效果。

实施例2

如图1-7所示，本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过对导流槽的结构设计，以及导流槽与盲孔和节流孔的连接方式的改进，降低节流阀对液体粘度的敏感度，提升节流后的压降效果。

第一阀板41上的导流槽411与盲孔410以及导流槽411和节流孔412的连接均可采用正切的连接方式，即导流槽411的两端分别形成与盲孔410和节流孔412孔径大小的圆弧状，使得导流槽411和盲孔410以及导流槽411和节流孔412的连接均为曲线圆弧过渡。导流槽411的两端分别与盲孔410、节流孔412通过正切的方式连接，可以起到适当的粘度补偿作用，降低节流阀对液体粘度的敏感性。

进一步优选的，导流槽411的形状可为矩形槽、梯形槽以及弧形槽中的任一种。当导流槽411为梯形槽时，优选的，位于第二阀板41两侧的左侧第一阀板41和右侧第一阀板41上梯形的导流槽411的收敛方向是不一致的，但均是朝向流体进入的一端进行收敛。例如，流体自左侧第一阀板41上的节流孔412进入后，经导流槽411进入盲孔410，此时，导流槽411与节流孔412连通的一端横截面的长度小于导流槽411与盲孔410横截面的长度；而此时右侧第一阀板41上的流体是依次经盲孔410、导流槽411流入节流孔412，那么，右侧第一阀板41上的导流槽411和盲孔410连通一端的横截面的长度就要小于导流槽411与节流孔412连通一端的横截面的长度。此种带有锥度的导流槽的结构以及相应的开口收敛方向的设计能够进一步降低流体经过节流孔时的速度，进一步减少空化和腐蚀现象。

导流槽411的形状为弧形槽时，可借助弧形在有限的空间中增加流体的流经路径，降低流体最终的流速。相应的，当导流槽411的弧形为朝一个方向具有一定收敛性质时，同两块第一阀板41上设置梯形槽的结构相似，其收敛方向均为朝向流体进入的一端进行收敛。

实施例3

本实施例3是在实施例1或实施例2的基础上形成，通过第一阀板和第二阀板结构的改进，具体的是增设位于第一阀板上的盲孔和导流槽以及位于第二阀板上的串流孔的数量，并通过对接的结构设计，延长流体的流经路径，大幅提高节流孔的流通面积，解决堵塞问题。具体地：

第一阀板41上设有奇数个盲孔410，具体地，位于一块第一阀板41上的盲孔的数量是大于等于3的奇数个，如可为3个、5个、7个以及更多的奇数个的盲孔410。第一阀板41中的其中一个盲孔410与节流孔412通过导流槽411实现连通，剩余偶数个的盲孔410中，每两个一组通过一个导流槽411实现连通，每两个盲孔410和一个导流槽411连通后相对于其他包括两个盲孔410和一个导流槽411形成的一组相对独立。例如，当第一阀板41上设置有5个盲孔410时，其设置的导流槽411的数量则为3个，一个实现节流孔412和盲孔410的连通，剩余两个导流槽411中的每一个分别与两个盲孔410实现连通。此时第一阀板41上则形成3组独立的、相互之间不连通的流体流道。

当两块第一阀板41之间夹持一块第二阀板42封装为阀芯4时，位于第二阀板42两侧的两块第一阀板41是错位放置的，具体的是位于第二阀板42两侧的与节流孔412连通的盲孔410不与同一个串流孔420相连通。优选的，位于第二阀板42两侧的与节流孔412连通的盲孔410分别与第二阀板42上相邻位置的两个串流孔420相连通，此时，可实现流体自一侧节流孔412进入后，途径所有的盲孔410、导流槽411、串流孔420一次后，自另一侧的节流孔412流出。具体的安装方式与流体的流经途径以第一阀板41上设置有5个盲孔410为例说明：

5个盲孔410沿第一阀板41的圆周方向等间距分布，且5个盲孔410的圆心位于同一半径的圆上。参考图2至图4，阀芯4由两块第一阀板41和一块第二阀板42组成，为便于区分说明，将位于第二阀板42右侧的第一阀板41标记为第一阀板41’。左侧第一阀板41上节流孔412标记为Y1-1，与节流孔Y1-1连通的盲孔410标记为Y1-2，其余四个盲孔410分别记为Y2-1、Y2-2、Y3-1和Y3-2。相应的右侧第一阀板41’上节流孔412标记为Y1-1’，与节流孔Y1-1’连通的盲孔410标记为Y1-2’，其余四个盲孔410分别记为Y2-1’、Y2-2’、Y3-1’和Y3-2’。第二阀板42上开设的5个串流孔420分别标记为K1、K2、K3、K4和K5。

封装成阀芯4时，第二阀板42位于两个第一阀板41和41’之间，左侧第一阀板41上的盲孔Y1-2和右侧第一阀板41’上的盲孔Y1-2’相对且错开72°，即盲孔Y1-2、串流孔K1以及盲孔Y2-1’连通，盲孔Y2-1、串流孔K5以及盲孔Y1-2’三者相互连通，其余盲孔与串流孔自适应相配连通。进而两块第一阀板41和41’以及第一阀板42三者互相叠加在一起通过焊接进行装配，从而形成带有多个节流孔和旋转室的复杂流道。

请参考5和6，假设流体从第一阀芯元件41中心孔Y1-1进入阀芯，可以理解，流体流经的路径具体的为：通过第一阀板41的节流孔Y1-1流入盲孔Y1-2，通过与之相连通的第二阀板42的串流孔K1进入第一阀板41’的盲孔Y2-1’，随后流入盲孔Y2-2’，通过与之相连通的第二阀板42的串流孔K2进入第一阀板41的盲孔Y3-2，随后流入盲孔Y3-1，通过与之相连通的第二阀板42的串流孔K3进入第一阀芯元件41’的盲孔Y3-1’，随后流入盲孔Y3-2’，通过与之相连通的第二阀板42的串流孔K4进入第一阀芯元件41的盲孔Y2-2，随后流入盲孔Y2-1，通过与之相连通的第二阀板42的串流孔K5进入第一阀板41’的盲孔Y1-2’，随后流入节流孔Y1-1’，最后流出阀芯4。流体流经阀芯过程中通过多个串联的节流孔进行节流，同时在流经旋转室时，需要经过多次旋转才能离开，从而达到更好的节流效果，实现在相同压降情况下，流通面积较单孔节流阀的流体面积扩大了数倍，有效解决了因节流孔流通面积小而导致的堵塞问题。

优选的，串流孔420的孔径为0.1～5mm，盲孔410孔径为所述串流孔420孔径的1.5～3.5倍。

一些实施方式中，位于同一块第一阀板41上设置的多个导流槽411的结构形状可相同，也可不同，优选相同。同样的，位于第二阀板42两侧的两个第一阀板41上设置的导流槽411的形状可相同，亦可不同，优选相同。

实施例4

本实施例4是在实施例1-3任一实施例的基础上形成，通过多个阀芯的串联叠合，进一步提高节流效果。具体地：

包括有多组阀芯4，每组阀芯4包括两个第一阀板41和一个第二阀板42，其中第一阀板41和第二阀板42均具有上述实施例1-3任一实施例中所述的相应的结构。多组阀芯4通过串联叠合的方式形成整体的阀芯，通过节流孔412实现流体的流通，进一步增大流体流经路径，提高节流效果。

实施例5

本实施例5是在实施例1-4任一实施例的基础上形成的一种离心式节流阀，包括上述实施例1-4任一实施例中所述的阀芯4的结构外，还包括过滤板3和滤网2。

如图1-7所示，滤网2以卡接的形式安装于过滤板3上，同时过滤板3开设有供流体进出的轴向通孔过滤孔31。当过滤板3贴合第一阀板41时，过滤孔31与节流孔412相连通，滤网2位于远离第一阀板41的过滤板3的一侧面中，滤网2与第一阀板41相平行。过滤板3的形状与第一阀板41的形状可相同，可同为圆形板或方形板，也可不同，如第一阀板41为圆形板，过滤板3的形状可为方形板等。过滤孔31与节流孔412的孔径保持基本相同。过滤板3的一侧面设有凹槽32，凹槽32用于安装滤网2。过滤网2可以采用技术丝编织网或多层烧结过滤网，通过线切割或其他方法加工而成。

阀芯4的两侧均连接有过滤板3，进出阀芯4的流体均通过滤网2过滤，即两块分别安装有滤网2的过滤板3分别与两侧的第一阀板41贴合连接，连接的方式可通过焊接形成封装为一体结构。此时，阀芯4、过滤板3以及滤网2可直接与管路焊接为管路的一部分，即可实现节流阀的相应功能。

在一些优选的实施方式中，位于阀芯4同一侧的安装有滤网2的过滤板3可为多个，同一侧的多个过滤板3串联连接后与第一阀板41连接。

在一些实施方式中，还包括连接件1，连接件1可为带有直线段的安装法兰或金属管道。两个连接件1分别与两侧的过滤板3相连接，此时节流阀的整体结构包括以第二阀板42为中心，两侧由内而外依次为第一阀体41、过滤板3、滤网2和连接件1的对称封装结构。此时，过滤板3侧面开设的凹槽32的外径尺寸略小于连接件1的直线段管路内径，使得滤网2固定在过滤板3与连接件1之间。本节流阀可采用焊接、法兰等多种形式进行连接，安装方式灵活且使用方便。

实施例6

本实施例6是在实施例1-4任一实施例的基础上形成的一种离心式节流阀，包括上述实施例1-4任一实施例中所述的阀芯4的结构外，还包括过滤板3和滤网2。

如图1-7所示，滤网2以卡接的形式安装于过滤板3上，同时过滤板3开设有供流体进出的轴向通孔过滤孔31。当过滤板3贴合第一阀板41时，过滤孔31与节流孔412相连通，滤网2位于远离第一阀板41的过滤板3的一侧面中，滤网2与第一阀板41相平行。过滤板3的形状与第一阀板41的形状可相同，可同为圆形板或方形板，也可不同，如第一阀板41为圆形板，过滤板3的形状可为方形板等。过滤孔31与节流孔412的孔径保持基本相同。过滤板3的一侧面设有凹槽32，凹槽32用于安装滤网2。过滤网2可以采用技术丝编织网或多层烧结过滤网，通过线切割或其他方法加工而成。

阀芯4的两侧均连接有过滤板3，进出阀芯4的流体均通过滤网2过滤，即两块分别安装有滤网2的过滤板3分别与两侧的第一阀板41贴合连接，连接的方式可通过焊接形成封装为一体结构。此时，阀芯4、过滤板3以及滤网2可直接与管路焊接为管路的一部分，即可实现节流阀的相应功能。

一些优选的实施方式中，过滤板3的中部设有锥形腔33，过滤孔31与锥形腔33的锥顶相连通，滤网2位于锥形腔33的锥底。此处所谓的锥顶是指锥形腔33直径较小的一端，相对锥顶的另一端即直径交大的一端为锥底。

优选的，锥形腔33锥底的流通面积与滤网2的孔隙率之积大于过滤孔31的流通面积。

综上所述，本发明离心式节流阀阀芯结构，通过节流孔、导流槽、盲孔以及串流孔的结构设计，降低了流体经过节流孔时的速度，有效地减少空化和腐蚀现象的发生，同时通过径向流道的设计，增大了流体的流通路径，确保阀芯结构紧凑的情况下，提升了压降效果；本发明离心式节流阀阀芯结构通过对导流槽的结构设计，以及导流槽与盲孔和节流孔的连接方式的改进，降低节流阀对液体粘度的敏感度，提升节流后的压降效果；本发明离心式节流阀阀芯结构通过第一阀板和第二阀板结构的改进，具体的是增设位于第一阀板上的盲孔和导流槽以及位于第二阀板上的串流孔的数量，并通过对接的结构设计，延长流体的流经路径，大幅提高节流孔的流通面积，解决堵塞问题；本发明离心式节流阀阀芯结构通过多个阀芯的串联叠合，进一步提高节流效果；本发明离心式节流阀装置通过对过滤板结构的优化改进，解决安装滤网导致的流阻增大和流速降低问题，同时具有易于安装和结构紧凑等优点。本节流阀可采用焊接、法兰等多种形式进行连接，安装方式灵活且使用方便。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。