一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，用于燃气轮机、航空发动机燃油泵调节器中的燃油计量，具体为采用步进电机驱动旋转式计量活门动作，改变计量活门周向形孔的遮蔽面积，实现经过计量活门燃油流量的计量。该装置结构新颖、简单、容易加工和装配、控制简单灵活、可靠性高。所述计量活门采用周向形孔设计、径向进出油设计和平衡回油路设计，可以消除活门阀芯的轴向力，有效减小阀芯的运动阻力矩，降低活门卡滞风险，提高计量活门的动态响应特性和可靠性；该方案利用步进电机的保持转矩锁住计量活门阀芯的角相位置，能够抵抗机械振动、活门液动力、电机电流波动等外界扰动对活门控制的干扰，大幅提高燃油计量装置的鲁棒性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置
本专利技术涉及一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，用于燃气轮机、航空发动机燃油泵调节器中的燃油计量，具体为采用步进电机驱动旋转式计量活门动作，改变计量活门周向形孔的遮蔽面积，实现经过计量活门燃油流量的计量。
技术介绍
燃油计量装置是燃气轮机及航空发动机燃油控制系统和燃油泵调节器中的核心元件，发动机通过燃油计量装置实现供给发动机燃烧室等各条油路油量的精准计量和控制，其计量精度、分辨度、一致性、稳态和动态特性、可靠性等特性的优劣直接决定了整台发动机燃油控制的稳定性、动态特性和可靠性。为了满足发动机燃油控制的稳态和动态特性的高要求，其燃油计量装置的位置控制精度通常要达到微米级，且控制时间常数要达到毫秒级，传统的设计方案大多采用电液伺服阀、力矩马达、直流无刷电机或快速阀伺服驱动滑阀式计量活门动作，通过LVDT或RVDT反馈计量活门阀芯的位置形成小闭环控制实现燃油流量的计量。这种方案系统结构复杂，对加工和装配的精度要求极高，为了满足系统的动态特性要求，该方案不可避免的使用小孔结构敏感元件，对系统的清洁度要求极高，滑阀运动阻力大，磨损严重，可靠性不易保证；另一方面，由于引入小闭环控制，系统的鲁棒性不高，抵抗机械振动、阀门液动力、电流波动、电磁干扰等外界环境扰动的能力差，系统稳定性不易保证。因此，迫切需要提出一种更优的燃油计量方案，在保证计量精度和动态特性的同时，提高燃油计量系统的鲁棒性和可靠性。
技术实现思路
针对现有技术的上述缺点和不足，本专利技术提供了一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，旨在简化燃油计量装置的复杂结构，取消小孔结构，降低运动元件的阻力和磨损，提高燃油计量系统抵抗机械振动、阀门液动力、电流波动、电磁干扰等外界环境扰动的能力，继而提高燃油计量系统的鲁棒性和可靠性。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，包括步进电机和计量活门组件，所述计量活门组件包括计量活门壳体、计量活门限位器、计量活门阀芯、计量活门阀套、计量活门动密封盖、计量活门后端盖，所述计量活门壳体整体为一两端开口的中空筒状部件，所述计量活门阀芯、计量活门阀套设置在所述计量活门壳体内，所述计量活门壳体的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，所述计量活门动密封盖固定设置在所述台阶面上，所述计量活门后端盖固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，其特征在于，所述计量活门阀芯包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，所述第一级轴肩位于所述计量活门动密封盖的中心孔处且二者之间设有动密封部件，所述第二级轴肩位于所述第一级轴肩的外侧，所述计量活门限位器设置在所述第二级轴肩上，且所述第二级轴肩的前端与所述步进电机传动连接，所述计量活门限位器用以限制所述计量活门阀芯的旋转运动区间；所述计量活门阀套同轴插装固定在所述计量活门壳体的中空筒状内壁上，且所述计量活门阀套同轴套设在所述计量活门阀芯的主体部的外表面，且所述计量活门阀芯相对于所述计量活门阀套可旋转；其中，所述计量活门壳体的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔和一位于第二轴向位置的出油环形油腔，所述计量活门壳体上设有一与所述进油环形油腔连通的壳体进油油路和一与所述出油环形油腔连通的壳体出油油路；所述计量活门阀套的外壁上设有一位于所述第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，所述第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔；所述计量活门阀套的内壁上设有一位于所述第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，所述第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔；所述计量活门阀芯的主体部内设有一阀芯中空腔体，所述阀芯中空腔体的后端设有一堵头进行封堵；所述计量活门阀芯的主体部上设有一位于所述第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口，所述计量活门阀芯的主体部的外壁上设有一位于所述第二轴向位置的阀芯环形凹槽，所述阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔，且所述阀芯扇形窗口、各所述阀芯出油孔均与所述阀芯中空腔体连通；所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且所述燃油计量通孔的通流面积随着所述计量活门阀芯的转动而改变；高压燃油沿径向从所述壳体进油油路的进口P进入所述进油环形油腔，并穿过由所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口形成的燃油计量通孔后沿径向流入所述阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各所述阀芯出油孔、阀套出油孔进入所述出油环形油腔，之后沿径向从所述壳体出油油路的出口T流出。优选地，所述步进电机为单线圈单余度步进电机、双线圈双余度步进电机或者带减速输出的步进电机。根据燃油计量装置的分辨度和可靠性指标要求，使用带减速输出的步进电机或者步进电机步距细分控制可进一步提高燃油计量的精度和分辨度，采用双线圈双余度步进电机可进一步提高电控系统的可靠性。优选地，所述计量活门限位器，包括一限位器套筒部、一限位器上臂、一限位器下臂、一计量活门最小开度限位调整钉、一计量活门最大开度限位调整钉，其中，所述限位器套筒部的中心孔固定套设在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上；所述限位器上臂、限位器下臂周向呈一定角度地布置在所述限位器套筒部的外周壁上；所述计量活门动密封盖的轴向外端面的外边缘处沿轴向向外延伸形成一圆弧形凸块，所述圆弧形凸块整体位于所述计量活门壳体的前端开口内，且所述计量活门壳体的前端开口的外壁上设有一上限位钉安装孔和一下限位钉安装孔，所述圆弧形凸块的上下两端分别开设一过孔，所述计量活门最小开度限位调整钉依次穿过所述上限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的上端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，所述计量活门最大开度限位调整钉依次穿过所述下限位钉安装孔、所述圆弧形凸块的下端过孔后长度可调地安装在所述计量活门壳体上，通过调节所述计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉的伸出长度，调整所述限位器上臂、限位器下臂的运动极限位置，继而限制整个所述计量活门阀芯的旋转运动区间。由于步进电机直接带动计量活门阀芯和计量活门限位器共同旋转，通过对称布置的计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉限制计量活门限位器和计量活门阀芯的初始角相位置和最大旋转角度，进而限制计量活门的最小开度和最大开度。进一步地，所述限位器上臂、限位器下臂与所述限位器套筒部一体成型，且所述限位器上臂、限位器下臂的中心处分别设有一沿所述限位器套筒部的径向延伸的长孔，每一所述长孔延伸至与所述限位器套筒部的中心孔连通，每一所述长孔中分别设置一紧固螺钉，所述限位器套筒部借助两所述紧固螺钉紧固设置在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上。本专利技术的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置中，所述步进电机直接连接所述计量活门阀芯，所述步进电机直接带动所述计量活门阀芯和所述计量活门限位器上臂、限位器下臂共同旋转，通过对称布置的计量活门最小开度限位调整钉、计量活门最大开度限位调整钉限制所述计量活门限位器上臂、限位器下臂及所述计量活门阀芯的初始角相位置和最大旋转角度。优选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，包括步进电机和计量活门组件，所述计量活门组件包括计量活门壳体、计量活门限位器、计量活门阀芯、计量活门阀套、计量活门动密封盖、计量活门后端盖，所述计量活门壳体整体为一两端开口的中空筒状部件，所述计量活门阀芯、计量活门阀套设置在所述计量活门壳体内，所述计量活门壳体的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，所述计量活门动密封盖固定设置在所述台阶面上，所述计量活门后端盖固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，其特征在于，/n所述计量活门阀芯包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，所述第一级轴肩位于所述计量活门动密封盖的中心孔处且二者之间设有动密封部件，所述第二级轴肩位于所述第一级轴肩的外侧，所述计量活门限位器设置在所述第二级轴肩上，且所述第二级轴肩的前端与所述步进电机传动连接，所述计量活门限位器用以限制所述计量活门阀芯的旋转运动区间；/n所述计量活门阀套同轴插装固定在所述计量活门壳体的中空筒状内壁上，且所述计量活门阀套同轴套设在所述计量活门阀芯的主体部的外表面，且所述计量活门阀芯相对于所述计量活门阀套可旋转；其中，/n所述计量活门壳体的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔和一位于第二轴向位置的出油环形油腔，所述计量活门壳体上设有一与所述进油环形油腔连通的壳体进油油路和一与所述出油环形油腔连通的壳体出油油路；/n所述计量活门阀套的外壁上设有一位于所述第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，所述第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔；所述计量活门阀套的内壁上设有一位于所述第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，所述第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔；/n所述计量活门阀芯的主体部内设有一阀芯中空腔体，所述阀芯中空腔体的后端设有一堵头进行封堵；所述计量活门阀芯的主体部上设有一位于所述第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口，所述计量活门阀芯的主体部的外壁上设有一位于所述第二轴向位置的阀芯环形凹槽，所述阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔，且所述阀芯扇形窗口、各所述阀芯出油孔均与所述阀芯中空腔体连通；/n所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且所述燃油计量通孔的通流面积随着所述计量活门阀芯的转动而改变；/n高压燃油沿径向从所述壳体进油油路的进口P进入所述进油环形油腔，并穿过由所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口形成的燃油计量通孔后沿径向流入所述阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各所述阀芯出油孔、阀套出油孔进入所述出油环形油腔，之后沿径向从所述壳体出油油路的出口T流出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，包括步进电机和计量活门组件，所述计量活门组件包括计量活门壳体、计量活门限位器、计量活门阀芯、计量活门阀套、计量活门动密封盖、计量活门后端盖，所述计量活门壳体整体为一两端开口的中空筒状部件，所述计量活门阀芯、计量活门阀套设置在所述计量活门壳体内，所述计量活门壳体的前端开口的内壁上至少形成一台阶面，所述计量活门动密封盖固定设置在所述台阶面上，所述计量活门后端盖固定设置在所述计量活门壳体的后端开口上，其特征在于，
所述计量活门阀芯包括主体部以及位于其前端的第一级轴肩和第二级轴肩，其中，所述第一级轴肩位于所述计量活门动密封盖的中心孔处且二者之间设有动密封部件，所述第二级轴肩位于所述第一级轴肩的外侧，所述计量活门限位器设置在所述第二级轴肩上，且所述第二级轴肩的前端与所述步进电机传动连接，所述计量活门限位器用以限制所述计量活门阀芯的旋转运动区间；
所述计量活门阀套同轴插装固定在所述计量活门壳体的中空筒状内壁上，且所述计量活门阀套同轴套设在所述计量活门阀芯的主体部的外表面，且所述计量活门阀芯相对于所述计量活门阀套可旋转；其中，
所述计量活门壳体的中空筒状内壁上设有一位于第一轴向位置的进油环形油腔和一位于第二轴向位置的出油环形油腔，所述计量活门壳体上设有一与所述进油环形油腔连通的壳体进油油路和一与所述出油环形油腔连通的壳体出油油路；
所述计量活门阀套的外壁上设有一位于所述第一轴向位置的第一阀套环形凹槽，所述第一阀套环形凹槽的底部设有沿周向延伸的阀套进油形孔；所述计量活门阀套的内壁上设有一位于所述第二轴向位置的第二阀套环形凹槽，所述第二阀套环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀套出油孔；
所述计量活门阀芯的主体部内设有一阀芯中空腔体，所述阀芯中空腔体的后端设有一堵头进行封堵；所述计量活门阀芯的主体部上设有一位于所述第一轴向位置并沿周向延伸的阀芯扇形窗口，所述计量活门阀芯的主体部的外壁上设有一位于所述第二轴向位置的阀芯环形凹槽，所述阀芯环形凹槽的底部设有若干个沿周向均匀布置的阀芯出油孔，且所述阀芯扇形窗口、各所述阀芯出油孔均与所述阀芯中空腔体连通；
所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口相互配合，在二者未重叠的部分形成燃油计量通孔，且所述燃油计量通孔的通流面积随着所述计量活门阀芯的转动而改变；
高压燃油沿径向从所述壳体进油油路的进口P进入所述进油环形油腔，并穿过由所述阀套进油形孔与阀芯扇形窗口形成的燃油计量通孔后沿径向流入所述阀芯中空腔体，计量后燃油依次通过各所述阀芯出油孔、阀套出油孔进入所述出油环形油腔，之后沿径向从所述壳体出油油路的出口T流出。


2.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述步进电机为单线圈单余度步进电机、双线圈双余度步进电机或者带减速输出的步进电机。


3.根据上述权利要求所述的步进电机驱动的高可靠燃油计量装置，其特征在于，所述计量活门限位器，包括一限位器套筒部、一限位器上臂、一限位器下臂、一计量活门最小开度限位调整钉、一计量活门最大开度限位调整钉，其中，所述限位器套筒部的中心孔固定套设在所述计量活门阀芯的第二级轴肩上；所述限位器上臂、限位器下臂周向呈一定角度地布置在所述限位器套筒部的外周壁上；所述计量活门动密封盖的轴向外端面的外边缘处沿轴向向外延伸形成一圆弧形凸块，所述圆弧形凸块整体位于所述计量活门壳体的前端开口内，且所述计量活门壳体的前端开口的外壁上设有一上限位钉安装孔和一下限位钉安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，胡春艳，韩博，王锐，高猛，徐纲，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11