申请/专利权人：北京航天动力研究所

申请日：2017-11-20

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN107701739B

主分类号：F16K1/32

分类号：F16K1/32;F16K27/02;F16K31/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2018.03.16#实质审查的生效;2018.02.16#公开

摘要：本发明公开了一种多层复杂壳体及壳体组件。其中，该壳体包括壳体外壁、导流锥、主活门导向壁、副导向壁和若干个筋板；其中，所述壳体外壁通过若干个筋板与所述导流锥相连接；所述导流锥位于所述壳体外壁内部；若干个筋板沿所述壳体外壁的周向分布；所述主活门导向壁的一端与导流锥的内壁相连接；所述副导向壁的一端与所述导流锥的内壁相连接，并且所述副导向壁位于所述主活门导向壁的内部。本发明实现高压、超低温介质的轴流式流动，实现阀门作动机构与流阻之间的最优配置，减轻整个产品的尺寸重量，并能满足高工况和多次可靠使用的需要。

主权项：1.一种多层复杂壳体，其特征在于包括：壳体外壁1、导流锥2、主活门导向壁3、副导向壁4和若干个筋板11；其中，所述壳体外壁1通过若干个筋板11与所述导流锥2相连接；所述导流锥2位于所述壳体外壁1内部；若干个筋板11沿所述壳体外壁1的周向分布；所述主活门导向壁3的一端与导流锥2的内壁相连接；所述副导向壁4的一端与所述导流锥2的内壁相连接，并且所述副导向壁4位于所述主活门导向壁3的内部；若干个筋板11沿所述壳体外壁1的周向均匀分布；所述壳体外壁1的轴线、所述导流锥2的轴线、所述主活门导向壁3的轴线和所述副导向壁4的轴线重合；所述导流锥2的身部沿其周向设置有若干个第一压力平衡孔22；所述主活门导向壁3沿其周向设置有若干个第二压力平衡孔32。

全文数据：一种多层复杂壳体及壳体组件技术领域[0001]本发明属于大推力航天发动机领域，尤其涉及一种多层复杂壳体及壳体组件。背景技术[0002]随着我国航天的迅猛发展，随着火箭推力的提升，其发动机组合件的各项参数如压力、流量、尺寸重量等也大幅度增大。而对飞行产品来说，如何在高可靠满足设计参数的前提下尽可能地减轻尺寸重量对复杂壳体及壳体组件设计及工艺技术提出了更高的要求。[0003]现有的低温菌阀的壳体设计技术，通常采用单层结构，主要功能为承压和与运动件导向，结构虽然相对简单，但主要存在以下几点问题:一、流阻损失相对较大，介质从入口至出口通常要经过两道90°折弯并从活门的环缝间隙流出，这种设计对大流量大口径阀门流阻损失会更显著;二、随着阀门通径的加大，活门的直径也相应较大，为保证活门良好的导向，通常活门的导向长度与直径比值不小于1.2,加上现有阀门壳体设计上通常介质流道与活门导向在轴向位置上分布于不同区域，使得壳体总长度大大增加，加大了整阀的尺寸重量。三、各零组件的集成度不高，分布较为分散，单一壳体组件按常规设计方案设置活门缓开装置难以实现。[0004]进一步的，由壳体组成的壳体组件也存在上述的问题。发明内容[0005]本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供了一种多层复杂壳体及壳体组件，解决了现有菌阀设计技术上流阻损失较大、零组件集成性不好、无法实现活门缓开功能的技术难点，实现高压、超低温介质的轴流式流动，实现阀门作动机构与流阻之间的最优配置，减轻整个产品的尺寸重量，并能满足高工况和多次可靠使用的需要。[0006]本发明目的通过以下技术方案予以实现:根据本发明的一个方面，提供了一种多层复杂壳体，包括壳体外壁、导流锥、主活门导向壁、副导向壁和若干个筋板;其中，所述壳体外壁通过若干个筋板与所述导流锥相连接;所述导流锥位于所述壳体外壁内部;若干个筋板沿所述壳体外壁的周向分布;所述主活门导向壁的一端与导流锥的内壁相连接;所述副导向壁的一端与所述导流锥的内壁相连接，并且所述副导向壁位于所述主活门导向壁的内部。[0007]上述多层复杂壳体中，若干个筋板沿所述壳体外壁的周向均匀分布。[0008]上述多层复杂壳体中，所述壳体外壁的轴线、所述导流锥的轴线、所述主活门导向壁的轴线和所述副导向壁的轴线重合。[0009]上述多层复杂壳体中，所述导流锥的外形轮廓为类抛物线。[0010]上述多层复杂壳体中，所述导流锥的内壁设置有弹簧支撑座，所述主活门导向壁的一端与所述弹簧支撑座相连接。—,^[0011]上述多层复杂壳体中，所述导流锥的内壁设置有副活门座，所述导流锥的锥头开设有沿轴线的通孔。[0012]上述多层复杂壳体中，所述主活门导向壁为圆筒形状，其内径为60mm-75mm;副导向壁为圆筒形状，其内径为25mm-30mm。[0013]上述多层复杂壳体中，所述壳体外壁的一端口的直径为120mm-150mm，所述壳体外壁的另一端口的直径为200mm-250mm。[0014]上述多层复杂壳体中，所述导流锥的身部沿其周向设置有若干个第一压力平衡孔;所述主活门导向壁沿其周向设置有若干个第二压力平衡孔。[0015]根据本发明的另一方面，还提供了一种多层复杂壳体组件，包括:如本方面的一个方面所述的多层复杂壳体、主活门、主阀座、主弹簧、副活门、副弹簧和销子;其中，所述主活门包括密封部、主导向部和副导向部；其中，所述密封部、所述主导向部和所述副导向部一体成型;所述副活门嵌设于所述副导向部的内部，所述副弹簧套设于所述副活门的一端;所述副导向部开设有限位孔，所述销子穿设于所述副活门并卡在所述限位孔;所述副导向部的一端嵌设于所述副导向壁;所述主导向部嵌设于所述主活门导向壁;所述主弹簧套设于所述主活门导向壁，所述主弹簧的一端与所述弹簧支撑座相贴合，所述主弹簧的另一端与所述密封部的侧壁相贴合;所述主阀座与所述壳体外壁螺纹连接，所述主阀座与所述密封部相贴合。[0016]本发明与现有技术相比具有如下有益效果：[0017]1本发明通过导流锥达到稳定流场、使低温介质轴流式流动，降低流阻损失的效果；[0018]⑵本发明通过若干个筋板达到使导流锥与壳体外壁连接并使多层壳体一体化的效果，提高结构紧凑性，减少零组件数量，提高整阀设计可靠性；[0019]3本发明通过选用高温合金钢的壳体材料达到提高壳体承压能力，减小壁厚效果，提高成型工艺性并减小壳体重量；[0020]4本发明通过设置缓开装置在不增加单独零组件实现液体阻尼效果，保护各结构件不受冲击。附图说明[0021]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：[0022]图1是本发明实施例提供的多层复杂壳体的剖面图；[0023]图2是本发明实施例提供的多层复杂壳体组件的剖面图；[0024]图3是本发明实施例提供的多层复杂壳体的结构示意图；[0025]图4是本发明实施例提供的多层复杂壳体的另一结构示意图；[0026]图5是本发明实施例提供的多层复杂壳体组件的结构示意图。具体实施方式[0027]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。[0028]多层复杂壳体实施例[0029]图1是本发明实施例提供的多层复杂壳体的剖面图；图3是本发明实施例提供的多层复杂壳体的结构示意图；图4是本发明实施例提供的多层复杂壳体的另一结构示意图。如图1、图3和图4所示，该多层复杂壳体包括:壳体外壁1、导流锥2、主活门导向壁3、副导向壁4和若干个筋板11。其中，[0030]壳体外壁1通过若干个筋板11与导流锥2相连接。具体实施时，壳体外壁1、若干个筋板11和导流锥2为一体成型的。[0031]导流锥2位于壳体外壁1内部。具体实施时，导流锥2位于壳体外壁1内部，壳体外壁1的轴线和导流锥2的轴线相重合，导流锥2与壳体外壁1之间存在空间以供液体介质流通。[0032]若千个筋板11沿壳体外壁1的周向分布。具体实施时，若干个筋板11沿壳体外壁1的周向均匀分布。[0033]主活门导向壁3的一端与导流锥2的内壁相连接。具体实施时，主活门导向壁3的右端与导流锥2的内壁相连接，为一体成型的。[0034]副导向壁4的一端与导流锥2的内壁相连接，并且副导向壁4位于主活门导向壁3的内部。具体实施时，副导向壁4的右端与导流锥2的内壁相连接，也为一体成型的，并且副导向壁4位于主活门导向壁3的内部。导流锥2的轴线、主活门导向壁3的轴线和副导向壁4的轴线重合。[0035]本实施例通过若干个筋板达到使导流锥与壳体外壁连接并使多层壳体一体化的效果，提高结构紧凑性，减少零组件数量，提高整阀设计可靠性。[0036]上述实施例中，导流锥2的外形轮廓为类抛物线。本实施例通过导流锥达到稳定流场、使低温介质轴流式流动，降低流阻损失的效果。[0037]上述实施例中，壳体外壁1、导流锥2、主活门导向壁3、副导向壁4和若干个筋板11的材料均为高温合金钢，从而达到提高壳体承压能力，减小壁厚效果，提高成型工艺性并减小壳体重量。[0038]上述实施例中，如图1所示，导流锥2的内壁设置有弹簧支撑座10,主活门导向壁3的一端与弹簧支撑座10相连接。具体实施时，导流锥2的内壁设置的弹簧支撑座10为圆环平面，用于与后面阐述的主弹簧4〇2相压紧。主活门导向壁3的右端与弹簧支撑座1〇相连接。[0039]上述实施例中，如图1所示，导流锥2的内壁设置有副活门座7，导流锥2的锥头开设有沿轴线的通孔21。具体实施时，导流锥2的内壁设置的副活门座7为斜面，可以用于与后面阐述的副活门403相压紧，从导流锥2的锥头开设的通孔21低温介质可以流入到副导向壁4的内部。[0040]上述实施例中，主活门导向壁3为圆筒形状，其内径为60mm-75mm。副导向壁4为圆筒形状，其内径为25mm-30mm。[0041]上述实施例中，壳体外壁1的一端口的直径为120mm-l50mm，壳体外壁1的另一端口的直径为2〇Omm-25〇mm。具体实施时，壳体外壁1的右端口的直径为120mm-150mm，壳体外壁1的左端口的直径为2〇〇mm-25〇mm。壳体外壁1的形状为半个腰鼓形状，从而使得壳体外壁能够与导流椎很好的配合，减小阻力。[0042]上述实施例中，如图1所示，导流锥2的身部沿其周向设置有若干个第一压力平衡孔22。设置有若干个第一压力平衡孔22使的后面阐述的主活门开启后，低温介质顺利进入导流锥2内腔，使主活门内外压力平衡防止形成大的压差影响主活门分离），并可达到充分置换和预冷之目的。[0043]主活门导向壁3沿其周向设置有若干个第二压力平衡孔32。设置有若干个第二压力平衡孔32使低温液体介质顺利进入并充填满主活门导向壁3的内部缓开区域，并且，主活门运动一定行程后可遮住第二压力平衡孔32,使缓开区域的液体介质不能尽快流出达到液体阻尼效果。[0044]本实施例提供了多层复杂壳体的外形为半腰鼓状结构，横截面为多层圆环形;从外到内依次为壳体外壁1、导流锥2、主活门导向壁3、副导向壁4,一共四层结构。内部的三层结构作为一整体与壳体外壁1通过4块筋板11连接，并一体成型。主要核心零部件置于壳体内部，可减小轴向尺寸和零组件数量。主活门导向壁3和副导向壁4之间为缓冲区6。[0045]壳体外壁承担壳体的承受高压功能，保住壳体不被高压介质破坏。此外，壳体外壁的宽口端图1中左端为内、外双螺纹结构，一是承担连接作用，二是为主阀座提供支撑。该设计的优点在于减少法兰结构减轻壳体重量，还可以更方便对主阀座进行返修，可维修性好，可靠性高。[0046]壳体外壁1与导流锥2之间为介质的主要通道为流线型设计，入口设导流锥，流道各段环面积基本相同并大于入口通径，可稳定流场作用以降低流阻损失。[0047]导流锥2主要有两个主要功能:一是该导流锥2表面提供壳体外壁与主活门的主要导向面，这里的尺寸精度和形位公差均较为严格，以保住主活门的运动功能与密封性能的可靠性;二是该导流锥2的外表面提供主弹簧的支撑面并与主弹簧导向作用。传统设计上弹簧座的位置一般位于壳体外部并设立单独零组件作为弹簧支撑面，本实施例可减少了法兰和静密封等设计，这大大减少了零件数量，减轻了整阀重量并提高了设计可靠性。[0048]副导向壁4有三个功能：一是提供主活门副导向，加长主活门导向总长度，使主活门运动平稳、灵活。二是该副导向壁与主活门导向壁之间形成的容腔可以使主活门缓慢开启；三是设置副活门座，在副活门关闭后形成液体缓冲区对主活门的开启速度进行缓冲保护运动件。[0049]本实施例的多层复杂壳体的材料为高强度高温合金钢，采用整体精铸成型或粉末冶金、3D打印等新型先进工艺成型制造，实现多层复杂壳体高强度、轻量化、精密、可靠性设计。[0050]本发明通过设置缓开装置在不增加单独零组件实现液体阻尼效果，保护各结构件不受冲击。其中，缓开装置包括主活门400、副活门403、副弹簧404和销子405,主活门400配合主活门导向壁3运动，副活门403配合副导向壁4运动。[0051]多层复杂壳体组件实施例[0052]图2是本发明实施例提供的多层复杂壳体组件的剖面图。图5是本发明实施例提供的多层复杂壳体组件的结构示意图。如图2和图5所示，该多层复杂壳体组件包括多层复杂壳体、主活门400、主阀座401、主弹簧402、副活门4〇3、副弹簧404和销子405。其中，多层复杂壳体的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。[0053]主活门400包括密封部410、主导向部420和副导向部430;其中，密封部41〇、主导向部42〇和副导向部43〇—体成型;副活门403嵌设于副导向部430的内部，副弹簧404套设于副活门403的一端；副导向部430开设有限位孔440,销子405穿设于副活门403并卡在限位孔440;副导向部43〇的一端嵌设于副导向壁4;主导向部420嵌设于主活门导向壁3;主弹簧402套设于主活门导向壁3，主弹簧402的一端与弹簧支撑座10相贴合，主弹簧402的另一端与密封部410的侧壁相贴合;主阀座401与壳体外壁1螺纹连接，主阀座401与密封部410相贴合。[0054]工作原理:低温介质从壳体外壁1的入口流进，然后从壳体外壁1与导流锥2之间的通道流入。初始状态为:主活门400在主弹簧402预紧力的作用下，其密封部410与主阀座401相贴合，使低温介质截止于主活门400前;在轴向力的作用下使主活门400克服主弹簧402力在主活门导向壁3、副导向壁4的限位下沿轴线向入口端一侧运动，使主活门开启。副活门403先于主活门400到位，并将入口通孔封闭，主导向部420端面与主活门导向壁3内层之间形成一近密封区域，里面充满低温液体介质，主活门400继续向开启方向运动时会压缩这部分液体，依靠液体不可压原理，密封区域的液体介质只能从导向部位的环隙等处缓慢流出，从而不增加单独零组件达到一种液体阻尼缓开效果，保护各结构件不受冲击而造成损害；撤掉轴向力，主活门400会在主弹簧402压缩力作用下回到初始位置。[0055]由于本实施例的多层复杂壳体组件包括上述实施例所描述的多层复杂壳体，所以本实施例的多层复杂壳体组件也具有上述实施例描述的多层复杂壳体的效果，并且该多层复杂壳体组件具有内部布局紧凑、流阻损失小等特点，并实现主活门的灵活切换及缓慢开启功能，以保护运动件不受损伤。[0056]以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种多层复杂壳体，其特征在于包括:壳体外壁（1、导流锥2、主活门导向壁3、副导向壁4和若干个筋板11;其中，所述壳体外壁1通过若干个筋板11与所述导流锥2相连接；所述导流锥⑵位于所述壳体外壁⑴内部；若干个筋板11沿所述壳体外壁1的周向分布；所述主活门导向壁⑶的一端与导流锥⑵的内壁相连接；所述副导向壁4的一端与所述导流锥2的内壁相连接，并且所述副导向壁位于所述主活门导向壁3的内部。2.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:若千个筋板11沿所述壳体外壁1的周向均匀分布。3.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述壳体外壁1的轴线、所述导流锥2的轴线、所述主活门导向壁3的轴线和所述副导向壁⑷的轴线重合。4.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述导流锥2的外形轮廓为类抛物线。5.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述导流锥2的内壁设置有弹簧支撑座10，所述主活门导向壁3的一端与所述弹簧支撑座1〇相连接。6.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述导流锥2的内壁设置有副活门座⑺，所述导流锥⑵的锥头开设有沿轴线的通孔21。7.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述主活门导向壁3为圆筒形状，其内径为60mm-75mm;副导向壁⑷为圆筒形状，其内径为25mm-30mm。8.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于:所述壳体外壁（1的一端口的直径为120ram-150mm，所述壳体外壁⑴的另一端口的首径为200mm-250mm。9.根据权利要求1所述的多层复杂壳体，其特征在于：所述导流锥2的身部沿其周向设置有若干个第一压力平衡孔22;所述主活门导向壁3沿其周向设置有若干个第二压力平衡孔32。10.—种多层复杂壳体组件，其特征在于包括:如权利要求1至9中任一项所述的多层复杂壳体、主活门（400、主阀座（401、主弹簧（402、副活门（403、副弹簧（404和销子405;其中，所述主活门（400包括密封部410、主导向部420和副导向部430;其中，所述密封部410、所述主导向部420和所述副导向部430—体成型；_所述副活门（403嵌设于所述副导向部430的内部，所述副弹簧404套设于所述副活门（403的一端；1所述副导向部430开设有限位孔440，所述销子405穿设于所述副活门（4〇3并卡在所述限位孔440;所述副导向部430的一端嵌设于所述副导向壁4;所述主导向部420嵌设于所述主活门导向壁⑶；所述主弹簧402套设于所述主活门导向壁3，所述主弹簧4〇2的一端与所述弹簧支撑座10相贴合，所述主弹簧40¾的另一端与所述密封部410的侧壁相贴合；所述主阀座401与所述壳体外壁⑴螺纹连接，所述主阀座401与所述密封部41〇相贴合。

百度查询： 北京航天动力研究所 一种多层复杂壳体及壳体组件

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