[發(fā)明專(zhuān)利]一種帶剛性軸的薄壁雙偏心部分球殼結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711204652.7
• 申請(qǐng)日: 2017-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107940011A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉博;李楚林;趙瑩;向猛;周煒;孫紀(jì)國(guó);鄭孟偉;陶瑞峰;許健;陳濤;張強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航天動(dòng)力研究所
• 主分類(lèi)號(hào): F16K5/06
• 分類(lèi)號(hào): F16K5/06
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)球閥的帶剛性軸薄壁雙偏心部分球殼結(jié)構(gòu)。。

背景技術(shù)

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中廣泛應(yīng)用球閥作為推進(jìn)劑供應(yīng)的開(kāi)關(guān)，球閥具有流阻小、不受工作壓力和流通尺寸限制的特點(diǎn)。

為避免球閥動(dòng)作過(guò)程中閥座與球磨損，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)球閥設(shè)計(jì)方法為先通入控制氣使球與閥座分離再轉(zhuǎn)動(dòng)球體從而避免磨損，其將球閥的單一開(kāi)關(guān)動(dòng)作分解為抬座-打開(kāi)(關(guān)閉)-落座的組合動(dòng)作，球閥自身須增加抬座機(jī)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)也須配套相關(guān)抬座氣控和電控系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及球閥自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量，降低發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性。而傳統(tǒng)球閥的整體球結(jié)構(gòu)在大通徑閥門(mén)上更突顯了其重量大的缺點(diǎn)。為減輕球閥重量、簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)及球閥結(jié)構(gòu)，需要設(shè)計(jì)一種既結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單重量輕，又可實(shí)現(xiàn)球閥動(dòng)作過(guò)程中閥座自分離的球體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種帶剛性軸的薄壁雙偏心部分球殼結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種帶剛性軸的薄壁雙偏心部分球殼結(jié)構(gòu)，包括薄壁球殼、剛性軸；所述的薄壁球殼為球閥關(guān)閉狀態(tài)實(shí)現(xiàn)密封功能的球冠形部分，球冠形部分的上下端面為扇形面，上下兩個(gè)扇形面之間穿入剛性軸，且剛性軸與上下扇形面之間固連，剛性軸的回轉(zhuǎn)中心與球冠形部分的幾何中心在相對(duì)徑向和相對(duì)軸向存在偏心距；通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)球殼結(jié)構(gòu)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，剛性軸與上下扇形面之間分別通過(guò)上花鍵和下花鍵連接。

進(jìn)一步的，通過(guò)安裝在上花鍵上的上連接鍵連接外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，通過(guò)安裝在下花鍵上的下連接鍵連接外部驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述的薄壁球殼的壁厚與薄壁球殼的外徑比值1/40～1/50，其中薄壁球殼的外徑>250mm。

進(jìn)一步的，相對(duì)徑向偏心距E和相對(duì)軸向偏心距e在球殼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的前10°范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)球殼與閥座自動(dòng)脫離。

進(jìn)一步的，薄壁球殼的外徑在250～500mm時(shí)，相對(duì)徑向偏心距E取5～8mm，相對(duì)軸向偏心距e取1～2mm。

進(jìn)一步的，所述的剛性軸在介質(zhì)流通方向呈流線型設(shè)計(jì)。

進(jìn)一步的，所述的剛性軸在介質(zhì)流通方向的截面形狀：兩側(cè)為弧A和弧B，弧A與弧B之間通過(guò)流線平滑過(guò)渡；其中弧A的半徑大于弧B的半徑。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為：

(1)相比現(xiàn)有抬座球閥，無(wú)需抬座機(jī)構(gòu)，僅通過(guò)轉(zhuǎn)軸與球心間的雙偏心實(shí)現(xiàn)閥座與球的自動(dòng)分離，減少轉(zhuǎn)動(dòng)磨損的閥座與球殼的磨損，簡(jiǎn)化閥門(mén)結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)組成。

(2)采用部分球殼薄壁結(jié)構(gòu)，僅保留球閥關(guān)閉狀態(tài)實(shí)現(xiàn)密封功能的約1/4球殼部分，有效減小大通徑球閥重量。

(3)采用剛性軸消除轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中薄壁球殼的扭轉(zhuǎn)變形。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)軸向截面示意圖

圖3為本發(fā)明的原理示意圖；

圖中：1.薄壁球殼；2.剛性軸；3.上花鍵；4.上連接鍵；5.下花鍵；6.下連接鍵；7.閥座；E.徑向偏心距；e.軸向偏心距。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明一種帶剛性軸的雙偏心薄壁球殼結(jié)構(gòu)，主體外形為1/4部分薄壁球殼1，在應(yīng)用于球徑>250mm的大通徑球閥球殼厚度與外徑比值為1/40～1/50，該設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于在保證強(qiáng)度的條件下球殼周向和徑向尺寸均盡可能減小，實(shí)現(xiàn)球體輕量化，上、下端面為扇形面與薄壁球殼1相連，在上、下端為球殼提供徑向支撐，上、下端面間穿入剛性軸2，其通過(guò)上花鍵3、下花鍵5與球殼1連接，從而實(shí)現(xiàn)薄壁球殼的整體轉(zhuǎn)動(dòng)，可消除一端驅(qū)動(dòng)造成的球殼扭轉(zhuǎn)變形，上花鍵3和下花鍵5同步加工，以保證剛性軸2可從一端插入，剛性軸2在介質(zhì)流通方向呈流線型設(shè)計(jì)減小流阻，如圖2所示，兩側(cè)為弧A和弧B，弧A與弧B之間通過(guò)流線平滑過(guò)渡；其中弧A的半徑大于弧B的半徑。上連接鍵4或下連接鍵6連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以帶動(dòng)球轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖3所示，轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)中心與球殼幾何中心存在相對(duì)徑向偏心距E和相對(duì)軸向偏心距e，通過(guò)優(yōu)化配置兩偏心距數(shù)值，實(shí)現(xiàn)在球轉(zhuǎn)動(dòng)的前10°范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)球殼1與閥座7自動(dòng)脫離，減少球殼轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與閥座的摩擦，球殼1邊緣設(shè)計(jì)圓角光滑過(guò)渡，避免關(guān)閉過(guò)程中切磨閥座7。當(dāng)球徑在250～500mm時(shí)，徑向偏心距E取5～8mm，軸向偏心距e取1～2mm。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。