一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，由閥體、上端蓋、連接端蓋、電機軸套、旋轉軸、閥芯及閥芯托架組成。電機與上端蓋固連，電機輸出軸與電機軸套固連，電機軸套與旋轉軸、閥芯之間配合連接，實現定位與傳動；閥芯與閥芯托架連接。輸氣管絕熱件安裝在閥芯托架兩端與連接端蓋固連；閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與上端蓋通過螺栓固連；連接端蓋與燃氣管路連接。高溫燃氣調節(jié)閥通過改變閥的旋轉角度實現流通面積的改變，從而實現固體推進劑發(fā)動機的推力調節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調節(jié)；且安全可靠。高溫燃氣調節(jié)閥結構簡單、安裝操作方便、熱防護效果好。
【專利說明】
一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及固體火箭發(fā)動機推力調節(jié)及固沖發(fā)動機流量調節(jié)技術，具體地說，涉及一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥。
【背景技術】
[0002]在固體發(fā)動機變推力技術及固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調節(jié)技術中，燃氣調節(jié)閥設計方案都不失為是一種較好的方案，并且也有較多方案進行了試驗驗證。
[0003]現有公開的技術文獻中，發(fā)明專利201310345207.8中公開了一種電動錐閥式固體火箭沖壓發(fā)動機燃氣流量調節(jié)裝置，以及專利201310380537.0中提出了一種錐閥式燃氣流量調節(jié)裝置。這兩項調節(jié)裝置專利中主要區(qū)別在閥門的驅動裝置上，調節(jié)裝置主體是錐閥。采用錐閥進行流量調節(jié)時對錐的型面要求非常高，是一種線接觸方式控制，并且在高溫環(huán)境下由于燒蝕的影響也會影響流量調節(jié)精度。
【發(fā)明內容】
[0004]為了避免現有技術存在的不足，本發(fā)明提出一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥。這種在高燃溫條件下使用的球型調節(jié)閥，通過改變閥的旋轉角度實現流通面積的改變，從而實現固體推進劑發(fā)動機的推力調節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調節(jié)。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括旋轉軸、閥芯、閥芯托架、電機軸套、隔熱件、閥體絕熱件、閥體、連接端蓋、輸氣管絕熱件、上端蓋，所述閥芯為圓球型，閥芯中心軸向開有通孔，閥芯上部縱向設有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直，閥芯位于閥芯托架內，閥芯與閥芯托架安裝在閥體絕熱件上，輸氣管絕熱件位于閥芯托架兩端分別與連接端蓋連接，輸氣管絕熱件軸向有臺階孔與連接端蓋軸向孔相連通，閥芯與閥芯托架配合實現流通面積的控制;所述旋轉軸下端有矩形凸塊與閥芯上的矩形凹槽配合連接，旋轉軸上端徑向開有矩形槽與電機軸套下端的矩形凸塊配合連接，隔熱件位于電機軸套與旋轉軸之間，隔熱件用于隔斷由閥芯向電機軸套的熱傳導;所述電機軸套上端中心盲孔內側壁開有鍵槽，電機軸套與電機輸出軸通過鍵連接，電機軸套外側壁上部周向設有密封槽，密封槽內置有電機軸套密封圈，電機軸套側壁下邊緣周向有凸臺，下端部設有矩形凸塊，電機軸套與旋轉軸為間隙配合，旋轉軸與閥芯為間隙配合，實現定位與傳動；所述閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與連接端蓋之間設有密封槽，密封槽內置有連接端蓋密封圈；閥體與上端蓋通過螺栓連接，閥體與上端蓋之間設有密封槽，密封槽內置有端蓋密封圈；上端蓋與電機固連，連接端蓋與燃氣管路連接，軸承位于電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉和同軸度，電機軸套與隔熱件、閥體絕熱件之間設有隔熱件密封圈。
[0006]電機軸套、隔熱件、旋轉軸與閥芯同軸。
[0007]所述閥體絕熱件和所述隔熱件分別采用高硅氧酚醛材料。
[0008]所述閥芯與所述旋轉軸分別采用鎢合金材料。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明提出的一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，由閥體、上端蓋、連接端蓋、電機軸套、旋轉軸、閥芯及閥芯托架組成。電機與上端蓋固連，電機輸出軸與電機軸套連接，電機軸套與旋轉軸、閥芯之間間隙配合連接，實現定位與傳動；閥芯與閥芯托架連接實現流通面積的控制。輸氣管絕熱件安裝在閥芯托架兩端與連接端蓋固連；閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與上端蓋通過螺栓固連，且通過上端蓋密封圈實現密封;連接端蓋與燃氣管路連接，軸承安裝在電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉和同軸度。
[0011]本發(fā)明高溫燃氣調節(jié)閥通過改變閥的旋轉角度實現流通面積的改變，從而實現固體推進劑發(fā)動機的推力調節(jié)、固體燃氣發(fā)生器的流量調節(jié)或固體火箭沖壓發(fā)動機一次燃氣發(fā)生器的燃氣流量調節(jié);實現連續(xù)多工況的快速調節(jié)安全可靠。高溫燃氣調節(jié)閥結構簡單、安裝操作方便、熱防護效果好。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥作進一步詳細說明。
[0013]圖1為本發(fā)明高溫燃氣調節(jié)閥結構示意圖。
[0014]圖2為電機軸套、旋轉軸與閥芯連接部位示意圖。
[0015]圖3為附圖2中截面剖視圖。
[0016]圖4為電機軸套結構示意圖。
[0017]圖5為旋轉軸結構示意圖。
[0018]圖6為閥芯結構示意圖。
[0019]圖7為冷流試驗壓強調節(jié)響應曲線圖。
[0020]圖8為熱流試驗壓強調節(jié)響應曲線圖。
[0021]圖中
[0022]1.閥體2.連接端蓋密封圈3.連接端蓋4.輸氣管絕熱件5.閥芯托架6.上端蓋
7.上端蓋密封圈8.電機軸套密封圈9.電機軸套10.軸承11.隔熱件密封圈12.隔熱件13.旋轉軸14.閥芯15.閥體絕熱件
【具體實施方式】
[0023]本實施例是一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥。
[0024]參閱圖1?圖6，本實施例用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，由閥體1、連接端蓋密封圈2、連接端蓋3、輸氣管絕熱件4、閥芯托架5、上端蓋6、上端蓋密封圈7、電機軸套密封圈8、電機軸套9、軸承10、隔熱件密封圈11、隔熱件12、旋轉軸13、閥芯14及閥體絕熱件15組成。閥體I承載并作為內部部件的安裝基體;閥體I與連接端蓋3通過螺紋連接，閥體I與連接端蓋3之間設有密封槽，密封槽內置有連接端蓋密封圈2，實現閥體I與連接端蓋3之間密封；連接端蓋3與燃氣管路通過螺紋進行連接，在連接端蓋3上設計有六方結構便于安裝的裝卡。閥體I與上端蓋6通過螺栓連接，閥體I上端部開有密封槽，密封槽內置有上端蓋密封圈7，閥體I與上端蓋6之間通過上端蓋密封圈7實現密封；電機固定安裝在上端蓋6的頂部。本實施例中閥體I與連接端蓋3、上端蓋6均采用lCrl8Ni9Ti材料加工。
[0025]本實施例中，閥芯14為圓球型，閥芯14中心軸向開有通孔，為燃氣通道，閥芯14上部縱向設有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直；閥芯14安裝在閥芯托架5內，閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，閥芯14與閥芯托架5配合實現流通面積的控制;輸氣管絕熱件4固定在閥芯托架5兩端分別與連接端蓋3連接，輸氣管絕熱件4軸向有臺階孔與連接端蓋3軸向孔相連通;閥芯托架5用于實現閥芯14的密封和支撐以及轉動過程中的潤滑，閥芯托架5采用C/C復合材料。輸氣管絕熱件4用于管路的抗高溫防護，輸氣管絕熱件4采用高硅氧酚醛材料加工。旋轉軸13下端為矩形凸塊與閥芯14的矩形凹槽配合連接，旋轉軸13上端徑向有矩形槽與電機軸套9下端的矩形凸塊配合連接，電機軸套9與旋轉軸13之間為間隙配合，實現定位與傳動；閥芯14、旋轉軸13采用鎢合金材料加工。電機軸套9上端中心盲孔內側壁加工有鍵槽，即圖中標識A，電機軸套9與電機輸出軸通過鍵連接;電機軸套9外側壁上部周向設有密封槽，密封槽內置有電機軸套密封圈8，電機軸套9側壁下邊緣周向有凸臺，電機軸套9下端部設有矩形凸塊;電機軸套9與旋轉軸13為間隙配合，旋轉軸13與閥芯14為間隙配合，實現定位與傳動。隔熱件12安裝在電機軸套9與旋轉軸13之間，隔熱件12用于隔斷由閥芯14向電機軸套9的熱傳導，保證電機的正常運轉工作，隔熱件12采用高硅氧酚醛材料加工。閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，閥體絕熱件15用于隔離內部熱量向閥體傳導，保護閥體，閥體絕熱件15采用高硅氧酚醛材料加工。
[0026]本實施例中，電機軸套9、旋轉軸13與閥芯14依靠矩形槽與矩形凸塊配合傳動；電機軸套9的密封槽即圖中標識B為電機軸套密封圈8的安裝槽，電機軸套9下端的矩形凸塊即圖中標識C與旋轉軸13上端的矩形槽即中標識D為間隙配合，實現定位與傳動。旋轉軸13下端的矩形凸塊即圖中標識E與閥芯14上的矩形凹槽即圖中標識F為間隙配合，實現定位與傳動。
[0027]本實施例在實現與高溫燃氣接觸的通道中，全部采用耐高溫復合材料和高溫合金材料制作加工，實現高溫燃氣的通暢；在控制流通面積的關鍵部件中采用耐燒蝕材料制作加工，實現在工作過程中保持流通面積不改變的特點。流通面積的控制通過電機帶動閥芯14旋轉與閥芯托架5的配合實現，并且可實現燃氣流道的完全開閉。
[0028]安裝過程
[0029]首先將閥體絕熱件15固定在閥體I內；然后將閥芯14與閥芯托架5安裝在閥體絕熱件15上，保證閥芯14的矩形凹槽正對閥體絕熱件15的上孔;將閥芯托架5與閥芯14的組合件安裝在閥體絕熱件15的對應位置，兩邊對稱安裝保證閥芯14的位置;將連接端蓋密封圈2安裝在閥體I的密封槽內，連接端蓋3通過專用扳手安裝在閥體I上，待安裝好旋轉軸13后再將連接端蓋3進行緊固；將旋轉軸13安裝在閥體絕熱件15對應位置上，保證旋轉軸13的標識E面與閥芯14的標識F面完全配合;隔熱件12安裝在旋轉軸13的矩形槽內；將隔熱件密封圈11安裝在閥體絕熱件15的對應位置；電機軸套9安裝在隔熱件12上，通過電機軸套9的矩形凸塊與隔熱件12連接;軸承10固定在電機軸套9的凸臺上，并與閥體絕熱件15對應位置配合；電機軸套密封圈8安置在電機軸套9的密封圈槽內；將上端蓋密封圈7安裝在閥體I對應密封圈槽內；上端蓋6與閥體I通過螺栓連接緊固。
[0030]參閱圖7、圖8，選用MACR3伺服電機作為閥的驅動裝置，通過鍵連接方式將伺服電機與電機軸套9進行固連。按照試驗的目的進行伺服電機編程。通過高壓氮氣瓶連接管路組建冷流試驗密封性及響應特性的驗證系統(tǒng)，通過測試閥后的壓強表征閥的密封性和響應特性。在關閉閥的情況下，打開氮氣瓶通氣，檢查閥是否漏氣，驗證閥的密封性;按照程序驅動閥門作動，測試閥后壓強的改變，測試閥的響應特性。利用冷流試驗驗證其密封性及響應特性，試驗驗證結果表明高溫燃氣調節(jié)閥能實現很好的密封，且可實現完全關閉管路，快速實現壓強響應。通過使用絕熱燃燒溫度為1523K的固體推進劑的燃氣發(fā)生器，組建閥的高溫條件下的工作特性驗證系統(tǒng)，并進行高溫燃氣調節(jié)閥的熱流試驗，實驗過程中調節(jié)閥調節(jié)靈活，輸出壓強穩(wěn)定，試驗后拆解各部件表明高溫燃氣調節(jié)閥內部結構完好。
【主權項】
1.一種用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，其特征在于:包括旋轉軸、閥芯、閥芯托架、電機軸套、隔熱件、閥體絕熱件、閥體、連接端蓋、輸氣管絕熱件、上端蓋，所述閥芯為圓球型，閥芯中心軸向開有通孔，閥芯上部縱向設有矩形凹槽，且矩形凹槽中心線與軸向通孔中心軸線垂直，閥芯位于閥芯托架內，閥芯與閥芯托架安裝在閥體絕熱件上，輸氣管絕熱件位于閥芯托架兩端分別與連接端蓋連接，輸氣管絕熱件軸向有臺階孔與連接端蓋軸向孔相連通，閥芯與閥芯托架配合實現流通面積的控制；所述旋轉軸下端有矩形凸塊與閥芯上的矩形凹槽配合連接，旋轉軸上端徑向開有矩形槽與電機軸套下端的矩形凸塊配合連接，隔熱件位于電機軸套與旋轉軸之間，隔熱件用于隔斷由閥芯向電機軸套的熱傳導;所述電機軸套上端中心盲孔內側壁開有鍵槽，電機軸套與電機輸出軸通過鍵連接，電機軸套外側壁上部周向設有密封槽，密封槽內置有電機軸套密封圈，電機軸套側壁下邊緣周向有凸臺，下端部設有矩形凸塊，電機軸套與旋轉軸為間隙配合，旋轉軸與閥芯為間隙配合，實現定位與傳動;所述閥體與連接端蓋螺紋連接，閥體與連接端蓋之間設有密封槽，密封槽內置有連接端蓋密封圈；閥體與上端蓋通過螺栓連接，閥體與上端蓋之間設有密封槽，密封槽內置有端蓋密封圈；上端蓋與電機固連，連接端蓋與燃氣管路連接，軸承位于電機軸套凸臺上，保證軸套的旋轉和同軸度，電機軸套與隔熱件、閥體絕熱件之間設有隔熱件密封圈。2.根據權利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，其特征在于:電機軸套、隔熱件、旋轉軸與閥芯同軸。3.根據權利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，其特征在于:所述閥體絕熱件和所述隔熱件分別采用高硅氧酚醛材料。4.根據權利要求1所述的用于火箭發(fā)動機的高溫燃氣調節(jié)閥，其特征在于:所述閥芯與所述旋轉軸分別采用鎢合金材料。
【文檔編號】F16K5/06GK105889548SQ201610264243
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】魏祥庚, 李江, 陳劍, 何國強, 劉佩進
【申請人】西北工業(yè)大學