本发明涉及一种高压大变比流量调节阀，由直线步进电机、调节杆、机架、节流孔板、鞍形垫片、锁紧螺母、壳体、压板等组成。驱动机构为直线步进电机，调节部分由调节杆和节流孔板组成。直线步进电机和壳体通过机架连接，直线步进电机的轴和调节杆连接在一起，通过鞍形垫片和锁紧螺母锁紧。节流孔板通过压板压装在壳体内，可根据不同的流量调节范围更换不同孔径的节流孔板。为了保证高压下的密封性能，外泄漏的动密封处均采用双道橡胶O形圈进行密封。调节流量时，给直线步进电机输入控制信号，直线步进电机驱动条件元件上下运动，改变节流孔板的流通面积，从而实现流量调节。
1.一种高压大变比流量调节阀，包括壳体(6)设置在壳体(6)上的入口通道(15)和出口通道(16)，所述入口通道(15)和出口通道(16)之间设置有流量调节组件，其特征在于：所述流量调节组件包括节流孔板(7)、调节杆(5)、直线步进电机(1)及压板(8)，所述入口通道(15)与出口通道(16)之间通过设置在壳体内的液体容腔(17)连接，所述节流孔板(7)设置在液体容腔(17)中，所述节流孔板(7)上设置有连通入口通道(15)与出口通道(16)的节流孔(71)；
所述调节杆(5)与直线步进电机(1)的输出轴同轴，所述调节杆(5)分为紧固部分(51)和调节部分(52)，所述紧固部分(51)与直线步进电机(1)的输出轴固定连接，所述调节部分(52)的直径是变化的；
所述节流孔板(7)正对的一端壳体处设置有调节杆过孔(18)，所述调节杆过孔(18)与液体容腔(17)相通，且调节杆过孔(18)与节流孔(71)同轴；
所述节流孔板(7)正对的另一端壳体处设置有节流孔板安装孔(19)，所述节流孔板安装孔(19)与液体容腔(17)相通，所述压板(8)设置在节流孔板安装孔(19)处，所述压板(8)与壳体(6)之间可拆卸固定连接，压板(8)的轴向设置有与节流孔(71)同轴的压板过孔(81)；
所述调节杆(5)的调节部分依次穿过同轴设置的调节杆过孔(18)、节流孔(71)及压板过孔(81)，调节杆在直线步进电机(1)的带动下改变节流孔板(7)介质流通面积；
所述高压大变比流量调节阀还包括密封装，所述密封装置包括设置在节流孔板与壳体之间通过第一密封元件密封(9)；所述调节杆过孔(18)处还设置有用于实现调节杆与壳体之间密封的第二密封元件(10)，所述压板过孔(81)处还设置有用于实现调节杆与压板之间密封的第三密封元件(11)，所述节流孔板安装孔(19)处还设置有用于实现压板与壳体之间密封的第四密封元件(12)。
2.根据权利要求1所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：调节杆的直径是通过节流孔板(7)的直径及节流面积A逐点计算出来的，节流面积A满足公式 qm表示系统需要调节的流量，和ΔP表示压降。
3.根据权利要求2所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：所述直线步进电机(1)的输出轴的轴端加工成螺栓；所述调节杆(5)的紧固部分(51)的轴心设置有与直线步进电机(1)的输出轴相配合螺栓孔(511)，所述螺栓孔的头部还设置有一段导向光孔(512)；
所述直线步进电机(1)的输出轴上还设置有锁紧螺母(3)及垫片(4)，所述锁紧螺母(3)及垫片(4)依次设置在螺栓的头部与调节杆(5)端面之间，当直线步进电机(1)的输出轴与调节杆(5)螺纹紧固时，拧紧锁紧螺母(3)形成对锁。
4.根据权利要求3所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：
所述入口通道(15)与出口通道(16)平行设置于液体容腔(17)两侧，所述液体容腔(17)垂直于入口通道(15)和出口通道(16)。
5.根据权利要求4所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：
所述液体容腔(17)包括同轴的进口液体容腔(171)和出口液体容腔(172)，所述进口液体容腔(171)与出口液体容腔(172)均为柱状，且进口液体容腔(171)的直径小于出口液体容腔(172)的直径，进口液体容腔(171)与出口液体容腔(172)之间形成了节流孔板安装面(173)；
所述节流孔板(7)位于节流孔板安装面(173)处，所述节流孔板(7)包括同轴设置的大端(73)和小端(72)，所述大端(73)位于出口液体容腔(172)内，所述小端(72)位于入口液体容腔(171)内，所述第一密封元件设置在节流孔板(7)与节流孔板安装面(173)之间。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：所述压板沿轴向依次分为安装段(82)、密封段(83)及压紧段(84)，所述安装段(82)、密封段(83)及压紧段(84)均为圆柱形且同轴，所述安装段(82)的直径大于节流孔板安装孔(19)的直径，所述密封段(83)的直径与节流孔板安装孔(19)的直径相匹配，所述密封段的圆周方向设置有密封槽，所述第四密封元件(12)设置在密封槽内；所述压紧段(84)的头部抵住节流孔板(7)，所述压紧段(84)正对出口通道(16)出开设有贯穿压紧段(84)径向的通孔(85)；
压板过孔(81)沿压紧段至安装端依次包括直径依次减小的压板第一过孔(811)、压板第二过孔(812)及压板第三过孔(813)，沿压板第三过孔(813)的孔壁还开设有两槽密封槽，所述第三密封元件(11)分别设置在两道密封槽内。
7.根据权利要求6所述的高压大变比流量调节阀，其特征在于：所述的直线步进电机(1)采用贯通轴式。
一种高压大变比流量调节阀
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高压大变比流量调节阀，可适应于多种需要调节流量的液体火箭发动机。
背景技术
[0002] 变推力火箭发动机具有推力可调的优点，是某些航天飞行器系统的最佳选择。如美国的航天飞机主发动机SSME，推力能在50～109％额定推力范围内变化，我国CE-3落月主发动机也具有5：1的推力变比。在变推力液体火箭发动机中，经常需要用到流量调节阀，在液体火箭发动机工作过程中改变推进剂的流量。
[0003] 现有的单组元流量调节阀不具备更换节流孔板从而调节流量范围的功能，大部分流量调节阀的调节元件位移和流量不成比例，控制比较复杂。在某火箭发动机研制中，推进剂为具有强腐蚀性的过氧化氢，且系统压力高，流量变化范围大，需要适应不同的工况，为此设计了此高压大变比流量调节阀。
发明内容
[0004] 为了解决现有单组元流量调节阀节流孔板不能更换、流量条件不准确、控制比较复杂的技术问题，本发明提出一种控制简单、调节精度高及流量变比大、可适应不同工况的流量调节阀。
[0005] 本发明的技术解决方案为：
[0006] 一种高压大变比流量调节阀，包括壳体6、设置在壳体6上的入口通道15和出口通道16，所述入口通道15和出口通道16之间设置有流量调节组件，其特殊之处在于：
[0007] 所述流量调节组件包括节流孔板7、调节杆5、直线步进电机1及压板8，[0008] 所述入口通道15与出口通道16之间通过设置在壳体内的液体容腔17连接，所述节流孔板7设置在液体容腔17中，所述节流孔板7上设置有连通入口通道15与出口通道16的节流孔71；
[0009] 所述调节杆5与直线步进电机1的输出轴同轴，所述调节杆5分为紧固部分51和调节部分52，所述紧固部分51与直线步进电机1的输出轴固定连接，所述调节部分52的直径是变化的；
[0010] 所述节流孔板7正对的一端壳体处设置有调节杆过孔18，所述调节杆过孔18与液体容腔17相通，且调节杆过孔18与节流孔71同轴；
[0011] 所述节流孔板7正对的另一端壳体处设置有节流孔板安装孔19，所述节流孔板安装孔19与液体容腔17相通，所述压板8设置在节流孔板安装孔19处，所述压板8与壳体6之间可拆卸固定连接，压板8的轴向设置有与节流孔71同轴的压板过孔81；
[0012] 所述调节杆5的调节部分依次穿过同轴设置的调节杆过孔18、节流孔71及压板过孔81，调节杆在直线步进电机1的带动下改变节流孔板7介质流通面积；
[0013] 所述高压大变比流量调节阀还包括密封装置，所述密封装置包括设置在节流孔板与壳体之间通过第一密封元件密封9；所述调节杆过孔18处还设置有用于实现调节杆与壳体之间密封的第二密封元件10，所述压板过孔81处还设置有用于实现调节杆与压板之间密封的第三密封元件11，所述节流孔板安装孔19处还设置有用于实现压板与壳体之间密封的第四密封元件12。
[0014] 以上为本发明的基本结构，基于该基本结构，本发明还作出以下优化限定：
[0015] 为保证直线步进电机1的输出轴与调节杆5的可靠连接，实现直线步进电机1的输出轴与调节杆5的同轴形及同步性，以便于流量的精确调节，本发明的直线步进电机1的输出轴的轴端加工成螺栓；所述调节杆5的紧固部分51的轴心设置有与直线步进电机1的输出轴相配合螺栓孔511，所述螺栓孔的头部还设置有一段导向光孔512；
[0016] 所述直线步进电机1的输出轴上还设置有锁紧螺母3及垫片4，所述锁紧螺母3及垫片4依次设置在螺栓的头部与调节杆5端面之间，当直线步进电机1的输出轴与调节杆5螺纹紧固时，拧紧锁紧螺母3形成对锁。
[0017] 进一步的，本发明的入口通道15与出口通道16平行设置于液体容腔17两侧，所述液体容腔17垂直于入口通道15和出口通道16。该结构布局的优点是步进电机输出轴和调节杆连接可靠且同轴，流过节流孔板的液体方向沿节流孔板的轴线，无液体流向偏差的影响，所有液体均从节流孔板流过且流量系数稳定。
[0018] 再进一步的，本发明的液体容腔17包括同轴的进口液体容腔171和出口液体容腔172，所述进口液体容腔171与出口液体容腔172均为柱状，且进口液体容腔171的直径小于出口液体容腔172的直径，进口液体容腔171与出口液体容腔172之间形成了节流孔板安装面173；
[0019] 所述节流孔板7位于节流孔板安装面173处，所述节流孔板7包括同轴设置的大端73和小端72，所述大端73位于出口液体容腔172内，所述小端72位于入口液体容腔171内，所述第一密封元件设置在节流孔板7与节流孔板安装面173之间。
[0020] 该结构限定的优点是，密封元件可以保证所有液体均从节流孔板流过而无其它分流，节流孔板的小端和壳体配合导向保证同轴，出口液体容腔稍大以保证液体节流后有足够的压力稳定区域，使流量系数和出口压力更加稳定。
[0021] 再进一步的，本发明的压板沿轴向依次分为安装段82、密封段83及压紧段84，所述安密封段83及压紧段84均为圆柱形且同轴，所述安装段82的外廓和壳体6处同为方形，所述密封段83的直径与节流孔板安装孔19的直径相匹配，所述密封段的圆周方向设置有密封槽，所述第四密封元件12设置在密封槽内；所述压紧段84的头部抵住节流孔板7，所述压紧段84正对出口通道16处开设有贯穿压紧段84径向的通孔85(对称两处)；
[0022] 压板过孔81沿压紧段至安装端依次包括直径依次减小的压板第一过孔811、压板第二过孔812及压板第三过孔813，沿压板第三过孔813的孔壁还开设有两槽密封槽，所述第三密封元件11分别设置在两道密封槽内。
[0023] 本发明压板的具体的结构的优点是密封端83和壳体6配合导向保证同轴，压板和壳体通过螺栓连接可根据流量调节范围更换节流孔板，且通过螺栓定位确保出口85和出口相对，出口85设置对称两处使压板受力均匀、出口压力稳定。
[0024] 再进一步的，本发明直线步进电机1采用贯通轴式。该结构限定的优点是将滚珠丝杠和电机一体设计，步进电机的定子直接作为输出轴，且输出为直线位移，减小了步进电机的尺寸和重量。
[0025] 流量调节时为了便于控制，将步进电机调节步数作为唯一控制参数，根据系统需要调节的流量和压降，通过公式 计算出节流面积A，从而根据节流孔板7的直径逐点计算出调节杆的直径，通过优化设计出调节杆的调节型面。产品生产出来后根据试验结果，模拟出步进电机调节步数和 的线性关系公式，调节时根据需要调节的流量和压降直接计算出步进电机调节步数，将步进电机调节步数输入控制器，流量调节阀即可输出需要的流量和压降。
[0026] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0027] 1、本发明直线电机轴和调节杆元件同轴布置，且采用精确导向和可靠连接，实现步进电机和调节元件同轴同步运动，可保证流量调节的可靠性。本发明调节杆和节流孔板同轴设计，且调节杆两端定位，可提高流量控制精度，节流孔板通过压板压装在壳体内，可根据不同的流量调节范围更换不同孔径的节流孔板。
[0028] 2、本发明流量调节阀，阀门的打开及流量的调节不依靠介质力，其压力适应范围大，流量调节变比大，调节精度高。
[0029] 3、本发明提出一种体积小、重量轻、控制简单、调节精度高及流量变比大、可适应不同工况的流量调节阀；
[0030] 4、本发明将步进电机调节步数作为唯一控制参数，且步进电机调节步数和为近似线性关系，控制简单方便。
附图说明
[0031] 图1为本发明的高压大变比流量调节阀；
[0032] 图2为本发明的壳体截面图；
[0033] 图3为本发明的压板截面图；
[0034] 图4为本发明的调节杆截面图；
[0035] 图5为本发明的节流孔板截面图；
[0036] 图6为本发明的步进电机调节步数和 的线性关系图。
[0037] 其中附图标记为：1-直线步进电机、2-机架、3-锁紧螺母、4-鞍形垫片、5-调节杆、51-紧固部分、511-螺栓孔、512-导向光孔、52-调节部分、6-壳体、7-节流孔板、71-节流孔、
8-压板、81-压板过孔、811-压板第一过孔、812-压板第二过孔、813-压板第三过孔、82-安装段、83-密封段、84-压紧段、85-通孔、9-第一密封元件密封、10-第二密封元件、11-第三密封元件、12-第四密封元件、15-入口通道、16-出口通道、17-液体容腔、171-进口液体容腔、
172-出口液体容腔、173-节流孔板安装面、18-调节杆过孔、19-节流孔板安装孔。
具体实施方式
[0038] 如图1所示，本发明的高压大变比流量调节阀由直线步进电机1、机架2、锁紧螺母3、鞍形垫片4、调节杆5、壳体6、节流孔板7、压板8、橡胶O形圈9、10组成。入口通道15与出口通道16之间通过设置在壳体内的液体容腔17连接，节流孔板7设置在液体容腔17中，节流孔板7上设置有连通入口通道15与出口通道16的节流孔71；调节杆5与直线步进电机1的输出轴同轴，调节杆5分为紧固部分51和调节部分52，紧固部分51与直线步进电机1的输出轴固定连接，调节部分52的直径是变化的，节流孔板7正对的一端壳体处设置有调节杆过孔18，调节杆过孔18与液体容腔17相通，且调节杆过孔18与节流孔71同轴；节流孔板7正对的另一端壳体处设置有节流孔板安装孔19，节流孔板安装孔19与液体容腔17相通，压板8设置在节流孔板安装孔19处，压板8与壳体6之间可拆卸固定连接，压板8的轴向设置有与节流孔71同轴的压板过孔81；调节杆5的调节部分依次穿过同轴设置的调节杆过孔18、节流孔71及压板过孔81，调节杆在直线步进电机1的带动下改变节流孔板7介质流通面积；高压大变比流量调节阀还包括密封装，所述密封装置包括设置在节流孔板与壳体之间通过第一密封元件密封9；所述调节杆过孔18处还设置有用于实现调节杆与壳体之间密封的第二密封元件10，所述压板过孔81处还设置有用于实现调节杆与压板之间密封的第三密封元件11，所述节流孔板安装孔19处还设置有用于实现压板与壳体之间密封的第四密封元件12。
[0039] 直线步进电机的轴和调节杆通过精确导向和多种连接固定，直线步进电机1的输出轴的轴端加工成螺栓；调节杆5的紧固部分51的轴心设置有与直线步进电机1的输出轴相配合螺栓孔511，螺栓孔的头部还设置有一段导向光孔512，直线步进电机1的输出轴上还设置有锁紧螺母3及垫片4，锁紧螺母3及垫片4依次设置在螺栓的头部与调节杆5端面之间，当直线步进电机1的输出轴与调节杆5螺纹紧固时，拧紧锁紧螺母3形成对锁。
[0040] 使用时，可根据不同的流量调节范围更换不同孔径的节流孔板7。外泄漏的动密封处均采用双道橡胶O形圈进行密封以确保高压密封性。流量调节时，直线步进电机驱动调节杆沿轴向运动，改变介质的流通面积，从而调节流量。
