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CN114658900A - 一种防颤振单向阀 - Google Patents

一种防颤振单向阀 Download PDF

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CN114658900A CN202210406628.6A CN202210406628A CN114658900A CN 114658900 A CN114658900 A CN 114658900A CN 202210406628 A CN202210406628 A CN 202210406628A CN 114658900 A CN114658900 A CN 114658900A
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Abstract

本发明提供的一种防颤振单向阀，属于单向阀技术领域，包括：壳体，具有用于介质流通的入口和出口；调节件；阀芯；所述阀芯上开设有限流通孔，所述限流通孔的截面积沿介质流通的方向逐级减小；所述密封端处于密封位置时，所述封堵部封堵在所述限流通孔上；所述密封端处于流通位置时，所述封堵部部分或全部避开所述限流通孔；弹性件；本发明的防颤振单向阀，在阀芯的移动过程中，封堵部封堵在限流通孔上的面积逐渐减小，过流面积逐渐增大，但是过流面积始终小于入口处，入口处的压力逐渐增加，进而加速阀芯的速度，从而缩短了阀芯在小流量工况下的工作时长，有效的抑制颤振现象。

Description

一种防颤振单向阀
技术领域
本发明涉及单向阀技术领域，具体涉及一种防颤振单向阀。
背景技术
单向阀是运载火箭增压输送系统与姿轨控动力系统中应用最为广泛的单机产品之一，通常由进口壳体、出口壳体、活门组件、弹性元件、导向结构和静密封等零组件构成，其功能是实现工作介质的单向流动。单向阀通常有三个工作状态：当进出口压差力小于弹性元件的预紧力时，活门在弹性元件预紧力的作用下与阀座相接触，实现密封，阀门为关闭状态；当进出口压差力升高至大于弹性元件预紧力时，活门在介质压差力的作用下克服弹性元件弹力而开启，流路畅通，阀门为开启状态；当进口压力低于出口压力时，活门在弹性元件预紧力与反向压差力的作用下与阀座相接触，实现密封，阀门为关闭状态，且反向压差力越大阀门密封性越好。
颤振是一般单向阀启闭过程及小流量工作时出现的典型现象。活门启闭及小流量工作时，弹性元件变形量较关闭状态略有增加、弹力有所增大，由于此时介质流量较小，驱动活门朝开启方向运动的压差力不足以持续克服弹力，从而导致活门在平衡位置附近发生高频往复运动，即颤振现象。颤振会增大活门密封面的受载频次、加剧活门与导向结构间导向面的磨损、加速弹性元件的疲劳失效，严重影响单向阀的安全性以及使用寿命，进而危及系统的正常工作。因此，在设计单向阀结构时应有针对性的采取颤振预防措施。
目前，常见的单向阀防颤振技术是增加活门运动阻尼，例如设置不锈钢弹簧圈、波纹带胀圈、非金属衬套等，上述方法在一定程度上可以抑制单向阀颤振，但同时也增加了零件卡滞的风险，降低产品的可靠性。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的改进方式，增加了零件卡滞的风险，降低产品的可靠性的缺陷，从而提供一种防颤振单向阀。
为解决上述技术问题，本发明提供的一种防颤振单向阀，包括：
壳体，具有用于介质流通的入口和出口；
调节件，设置在所述壳体内；所述调节件包括封堵部和与出口连通的流通通道；
阀芯，滑动套设在所述调节件的外部；所述阀芯具有密封端；所述密封端具有阻挡在入口的密封位置，也具有远离入口的流通位置；所述阀芯上开设有限流通孔，所述限流通孔的截面积沿介质流通的方向逐级减小；
所述密封端处于密封位置时，所述封堵部封堵在所述限流通孔上；所述密封端处于流通位置时，所述封堵部部分或全部避开所述限流通孔；
弹性件，设置在所述阀芯和所述调节件之间；所述弹性件具有驱动所述密封端由流通位置向密封位置移动的驱动力。
作为优选方案，所述限流通孔具有多个，沿所述阀芯的周向间隔设置；所述封堵部为环状凸缘状。
作为优选方案，所述限流通孔为三角形，且顶角朝向所述介质的流通方向。
作为优选方案，所述阀芯的外表面设置有与所述壳体的内部密封抵接的环形凸肩；所述环形凸肩设置在所述限流通孔靠近所述出口的一侧；所述环形凸肩、所述壳体和所述调节件围合形成用于放置弹性件的容纳腔体。
作为优选方案，所述调节件具有朝向所述容纳腔体内延伸形成的环形限位槽，所述弹性件抵接在所述环形限位槽内。
作为优选方案，所述调节件的侧壁上开设有第一流通孔；所述流通通道与所述容纳腔体通过所述第一流通孔连通。
作为优选方案，所述封堵部上开设有贯通的第二流通孔。
作为优选方案，所述壳体包括：
第一壳体，开设有用于介质流通的入口；
第二壳体，套设在所述第一壳体上；所述第二壳体上开设有用于介质流通的出口；所述第二壳体与所述第一壳体螺纹连接。
作为优选方案，所述第一壳体的外表面开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有密封胶圈。
作为优选方案，所述限流通孔的轴向长度与所述阀芯的可移动距离的长度相等。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的防颤振单向阀，包括：壳体、调节件、阀芯和弹性件；当阀门处于关闭状态时，即密封端在弹性件的弹性力的作用下处于密封位置；当逐渐进入到入口，给密封端以压力，该压力克服弹性件的弹性力，驱动所述阀芯移动，即密封端开始处于流通位置；由于所述限流通孔的截面积沿介质流通的方向逐级减小，所以在阀芯的移动过程中，封堵部封堵在限流通孔上的面积逐渐减小，过流面积逐渐增大，但是过流面积始终小于入口处，入口处的压力逐渐增加，进而加速阀芯的速度，从而缩短了阀芯在小流量工况下的工作时长，有效的抑制颤振现象。
2.本发明提供的防颤振单向阀，所述限流通孔为三角形，使得过流面积随着阀芯的行程的变化规律呈现出抛物线等形式，由此，在阀芯移动的初期过流面积的增加速率较慢，可有效抑制颤振现象。
3.本发明提供的防颤振单向阀，所述调节件的侧壁上开设有第一流通孔；所述第一流通孔的开设用于排空容纳腔体内的介质。
4.本发明提供的防颤振单向阀，所述封堵部上开设有第二流通孔，所述第二流通孔的设置用于平衡封堵部上游和下游的压力差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的防颤振单向阀的剖视结构示意图。
图2为本发明的阀芯的立体结构示意图。
图3为本发明的阀芯的剖视结构示意图。
图4为本发明的调节件的立体结构示意图。
图5为本发明的调节件的剖视结构示意图。
图6为本发明的为阀芯行程百分比与各个位置过流面积比的关系曲线。
附图标记说明：
1、第一壳体；2、第二壳体；3、入口；4、出口；5、阀芯；6、非金属密封块；7、限流通孔；8、环形凸肩；9、弹性件；10、调节件；11、封堵部；12、环形槽；13、过流孔；14、流通腔；15、环形限位槽；16、第一流通孔；17、第二流通孔；18、密封胶圈。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种防颤振单向阀，如图1所示，包括壳体，所述壳体内具有用于介质流通的入口3和出口4；在壳体的内部设置有调节件10，所述调节件10包括封堵部11和与出口4连通的流通通道；在调节件10的外部滑动设置有阀芯5，所述阀芯5的一端为密封端，所述密封端具有阻挡在入口3的密封位置，也具有远离入口3的流通位置；同时在阀芯5的外壁上开设有限流通孔7，所述限流通孔7的截面积沿介质流通的方向逐级减小；当所述密封端处于密封位置时，所述封堵部11封堵在所述限流通孔7上；所述密封端处于流通位置时，所述封堵部11部分或全部避开所述限流通孔7。在所述阀芯5和所述调节件10之间设置有弹性件9，所述弹性件9具有驱动所述密封端由流通位置向密封位置移动的驱动力。
当阀门处于关闭状态时，即密封端在弹性件9的弹性力的作用下处于密封位置；当逐渐进入到入口3，给密封端以压力，该压力克服弹性件9的弹性力，驱动所述阀芯5移动，即密封端开始处于流通位置；由于所述限流通孔7的截面积沿介质流通的方向逐级减小，所以在阀芯5的移动过程中，封堵部11封堵在限流通孔7上的面积逐渐减小，过流面积逐渐增大，但是过流面积始终小于入口3处，入口3处的压力逐渐增加，进而加速阀芯5的速度，从而缩短了阀芯5在小流量工况下的工作时长，有效的抑制颤振现象。
如图2、3所示，阀芯5为环状结构，且外径小于壳体的内径，阀芯5的外表面与壳体的内部之间具有空隙；阀芯5的内部具有一端开口的空腔；阀芯5的一端为密封端，具体的，在阀芯5的端部开设有燕尾型槽，在燕尾型槽内通过压合的工艺放入非金属密封块6，进行行程密封端；非金属密封块6的硬度小于金属材质，当与壳体的入口3直接接触形成密封时，可以具有良好的密封性。
在阀芯5的周向方向上间隔设置有多个限流通孔7，限流通孔7为异性孔，在本方案中，限流通孔7为三角形，进一步为等腰三角形，等腰三角形的一个顶角朝向介质的流通方向，即出口4的方向；限流通孔7的三个内角均设定R0.1-R0.2的圆角以适应加工。限流通孔7的轴向长度与阀芯5的可移动距离的长度相等，在本方案中，等腰三角形的中垂线的长度与阀芯5的可移动距离的长度相等。
在阀芯5的外表面设置在有环形凸肩8，环形凸肩8的外表面与壳体的内壁密封抵接；环形凸肩8设置在限流通孔7靠近出口4的一侧；环形凸肩8、壳体的内部和调节件10围合形成容纳腔体，容纳腔体内用于放置弹性件9，弹性件9的一端与环形凸肩8的一侧抵接。
如图4、5所示，调节件10的封堵部11为环形凸肩8状，外表面可以封堵在限流通孔7上；调节件10上还设置有流通通道；具体的结构为，调节件10通过环形槽12分成了上下两端，一端形成的封堵部11，另一端的端部上开设有过流孔13，过流孔13的另一端为流通腔14，环形槽12、过流孔13和流通腔14共同形成了调节件10的流通通道；环形槽12的宽度大于等于限位通孔的轴向长度；过流孔13为扇形。
当密封端处于密封位置时，调节件10的封堵部11封堵在限位通孔上，且封堵部11靠近出口4的端部与限流通孔7的靠近出口4的位置对齐，当水流对阀芯5具有压力，推动阀芯5进行移动时，密封端处于流通位置，限流通孔7与环形槽12连通，随着阀芯5的移动，限流通孔7与环形槽12的连通截面逐渐增大，当阀芯5到达最大的移动行程后，限流通孔7完全与环形槽12对应设置，实现最大的流通截面。
调节件10的端部具有朝向所述容纳腔体内延伸形成的环形限位槽15，弹性件9的另一端抵接在环形限位槽15内；当密封端处于密封位置时，阀芯5的端部到环形限位槽15的边缘具有间隔距离，该间隔距离即为阀芯5可移动的行程。
在调节件10的外壁与间隔距离对应的位置上，开设有第一流通孔16，第一流通通孔实现流通通道和容纳腔体的连通，可以实现将进入到容纳腔体内的介质进行排空。
在封堵部11上开设有沿周向均匀设置的贯通的第二流通孔17，在阀门移动的过程中，第二流通孔17的设置可以平衡封堵部11的上游和下游压力差。
壳体包括第一壳体1和与第一壳体1螺纹连接的第二壳体2；在第一壳体1上开设有用于介质流通的入口3，在第二壳体2上开设有用于介质流通的出口4；入口3和出口4相对设置。
进一步的，在第一壳体1的外表面开设有环形凹槽，在环形凹槽内设置有密封胶圈18，密封胶圈18的设置可以有效的防止内部流通的介质发生外泄。
使用方法及原理
当没有介质流动时，阀芯5在弹性件9的弹性力作用下，带动密封端与壳体的入口3紧密接触，实现密封，且封堵部11完全遮挡住限流通孔7。
当开始有介质的流量时，推动阀芯5逐渐发生移动，密封端逐渐远离入口3，开始处于流通位置，随着阀芯5的移动，封堵部11遮住限位通孔的面积逐渐减小，过流面积逐渐增大，但是该处的过流面积始终小于壳体的入口3处，从而使得阀芯5开启状态其受压力差的投影面积较关闭状态大的多，阀芯5开启状态压差力的增大加快阀芯5打开速度，从而缩短阀芯5在小流量工况下的工作时长，有效抑制颤振现象；此外，如图6所示，限位通孔成等腰三角形的设计，使得过流面积随阀芯5形成的变化规律呈现出抛物线的形式，即在阀芯5在开启的初期和关闭的末期过流面积的变化速率较慢，可以有效抑制颤振现象。
当阀芯5完全开启后，限流通孔7的流通面积大于壳体的进口和出口4的有效面积，可以保持介质的畅通的流动。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种防颤振单向阀，其特征在于，包括：
壳体，具有用于介质流通的入口(3)和出口(4)；
调节件(10)，设置在所述壳体内；所述调节件(10)包括封堵部(11)和与出口(4)连通的流通通道；
阀芯(5)，滑动套设在所述调节件(10)的外部；所述阀芯(5)具有密封端；所述密封端具有阻挡在入口(3)的密封位置，也具有远离入口(3)的流通位置；所述阀芯(5)上开设有限流通孔(7)，所述限流通孔(7)的截面积沿介质流通的方向逐级减小；
所述密封端处于密封位置时，所述封堵部(11)封堵在所述限流通孔(7)上；所述密封端处于流通位置时，所述封堵部(11)部分或全部避开所述限流通孔(7)；
弹性件(9)，设置在所述阀芯(5)和所述调节件(10)之间；所述弹性件(9)具有驱动所述密封端由流通位置向密封位置移动的驱动力。
2.根据权利要求1所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述限流通孔(7)具有多个，沿所述阀芯(5)的周向间隔设置；所述封堵部(11)为环状凸缘状。
3.根据权利要求2所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述限流通孔(7)为三角形，且顶角朝向所述介质的流通方向。
4.根据权利要求1所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述阀芯(5)的外表面设置有与所述壳体的内部密封抵接的环形凸肩(8)；所述环形凸肩(8)设置在所述限流通孔(7)靠近所述出口(4)的一侧；所述环形凸肩(8)、所述壳体和所述调节件(10)围合形成用于放置弹性件(9)的容纳腔体。
5.根据权利要求4所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述调节件(10)具有朝向所述容纳腔体内延伸形成的环形限位槽(15)，所述弹性件(9)抵接在所述环形限位槽(15)内。
6.根据权利要求4所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述调节件(10)的侧壁上开设有第一流通孔(16)；所述流通通道与所述容纳腔体通过所述第一流通孔(16)连通。
7.根据权利要求1所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述封堵部(11)上开设有贯通的第二流通孔(17)。
8.根据权利要求1所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述壳体包括：
第一壳体(1)，开设有用于介质流通的入口(3)；
第二壳体(2)，套设在所述第一壳体(1)上；所述第二壳体(2)上开设有用于介质流通的出口(4)；所述第二壳体(2)与所述第一壳体(1)螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的防颤振单向阀，其特征在于，所述第一壳体(1)的外表面开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有密封胶圈(18)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述防颤振单向阀，其特征在于，所述限流通孔(7)的轴向长度与所述阀芯(5)的可移动距离的长度相等。
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