【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及气阀，并且更具体地涉及音速气阀。
技术介绍
1、许多行业需要质量流量的精确控制。例如，在加工行业中，控制气体流量。在汽轮机行业，质量流量用于计量进入汽轮机的燃料。质量流量由等式确定，其中为质量流量，ρ为气体密度，v为气体的速度，而a为气体流动的横截面积。
2、上游压力和温度测量用于推导气体密度。为了测量亚音速阀中的速度，还测量下游压力，并且基于上下游压力的压力差得出速度。然而，由于使用上游传感器和下游传感器二者，下游压力测量降低了流量控制的精度和可靠性。
3、由于降低的精度和可靠性，行业开发了音速气阀，其中阀的喷嘴喉部(最窄的部段)的速度为1.0马赫。当气体在喉部的速度为1.0马赫时，下游压力信号不能通过喷嘴喉部向上游传播，因为压力信号不能比声速快地传播。该事实的一个结果在于，当喷嘴喉部的速度为1.0马赫时，进入喷嘴的上游流量不受下游压力的影响。因此，即使当下游压力降低时，喷嘴喉部的速度也不受到影响。因此，不再需要下游压力测量来确定速度。
4、有鉴于此，本申请的受让人专利技术了一种气阀设计，其与传统设计相比，在可变面积临界(音速)文丘里管设计中以较低的压力比(p1/p2)实现音速流动。brinks等人的主题为“高回收率声波气阀”的美国专利第7,044,434b2号描述了这种音速阀，其教导和公开通过引用将其整体合并于此。
5、该阀设计为入口通道提供弯曲的流动路径，从而迫使入口流量以更均匀的方式进入到喷嘴区域中，在围绕喷嘴流动区域环空的圆周的每个点处形成高度相似的流动
6、该高回收率音速气阀联合标准和中型音速流量气阀以形成用于工业涡轮机应用的sonicflotm产品线。事实上，这种sonicflotm产品提供了音速喷嘴设计，所述音速喷嘴设计通过将窒流点(临界压力比)从约0.52扩大到0.926以上的压力比(p2/p1)，提高了燃料计量的精度，并且减小了低压降条件下的阀尺寸。另外，增加后的压力比音速条件允许客户在全功率运行条件下运行发动机，而无需提高供应燃料气体的进口压力。
7、目前的sonicflotm产品线的一个缺点是需要利用90度阀设计。目前，这种设计用于促进提供可变计量区域的线性计量插塞移动。电动的sonicflotm组件将插塞式计量阀与电机驱动的导螺杆致动器相结合，而液压致动的sonicflotm组件利用集成液压致动器，所述集成液压致动器具有用于失效保护运行的单作用弹簧加载设计。伺服阀是电气冗余的，采用三线圈设计，并且致动器的位置反馈由直接联接到液压活塞的双线圈或者三线圈lvdt(linear variabledifferential transformer，线性可变差动变压器)提供。
8、使用90度阀设计的另一个缺点是，其对于某些应用具有不理想的流动路径。基于应用，将流动转向90度可能并不理想，并且能够造成效率损失，这能够影响最大可达到回收率(临界压力比)。此外，90度sonicflotm本体设计在重量和尺寸上能够大于相同计量区域的典型阀。尽管因此提供了全部优点，但是针对某些应用，重量和尺寸能够影响此类阀技术的使用，例如飞行器应用，其中重量和包络线是至关重要的。
9、鉴于以上内容，本领域需要一种音速气阀，其实现现有sonicflotm产品的优点，而没有可能限制其在某些应用中的使用的上述缺点。本专利技术的实施例提供这种音速气阀。本专利技术的这些和其他优点以及另外的具有创造性的特征将从本文提供的本专利技术的描述中明白易懂。
技术实现思路
1、在一个方案中，本专利技术的实施例提供一种新的改进的音速气阀，其克服现有技术中存在的一个以上的问题。具体地，本专利技术的实施例提供一种新的改进的音速气阀，其改进当前的90度设计的上述限制，以允许甚至在更多的应用中利用这样的实施例。更具体地，本专利技术的实施例提供新的改进的直列音速气阀。依然更具体地，本专利技术的实施例利用分流套筒的移动，而不是像在90度设计中那样利用插塞，从而提供更紧凑、集成的致动设计。
2、在另一个方案中，本专利技术的实施例提供新的改进的音速气阀，其相对于现有技术提供额外的优点。在一个实施例中，直列设计改进流动路径的效率，并且改进/提高回收上限。相比于90度音速阀，计算流体力学(computational fluid dynamics，cfd)结果示出直列(直通)音速阀的实施例的临界压力比的明显改进。
3、在又一个方案中，针对给定的计量流动区域尺寸，利用直列设计的本专利技术的实施例减小当前sonicflotm设计的重量和尺寸。因此，本专利技术的实施例可以用于飞行器汽轮机应用。在飞行器应用中利用直列设计的这样的实施例，通过消除对有效区域计算的下游压力测量的依赖性来改进广而告之的计量流量精度。利用直列设计的本专利技术的其他实施例可以用于工业应用。
4、在进一步的方案中，利用直列设计的本专利技术的实施例比当前sonicflotm阀更小且更简化，并且允许使用更广泛的材料和制造处理，即，铬镍铁合金、增材制造等。某些实施例针对不同的应用提供开/闭以及调制流动控制。
5、在又一个方案中，利用直列设计的本专利技术的实施例由多个不同的致动器致动，包括液压的、燃料液压的、气动的以及电气/机械的致动(例如，利用滚柱丝杠法)。某些实施例结合了用于闭环位置控制的反馈转换器。用于液压和燃料液压应用的一些实施例还结合了集成的伺服阀。本专利技术的实施例还通过减少用于低温、飞行器应用的蝶阀设计中当前利用的零件的数量来提供改进的可靠性。
6、在一个实施例中，提供一种直列可变音速阀，其包括外壳，所述外壳限定沿着气体流动轴线直列定位的入口和出口。特型计量插塞固定在所述外壳内，并且分流套筒在所述外壳内能够移动地定位在所述特型计量插塞的下游。致动器与所述气体流动轴线偏离地定位，并且配置为使所述分流套筒在所述外壳内相对于固定在所述外壳中的所述特型计量插塞移动，以改变限定在所述特型计量插塞与所述分流套筒之间的气体计量区域。
7、在实施例中，所述外壳包括接合在一起的入口外壳和出口外壳。优选地，所述入口外壳包括配置为在所述入口外壳内将所述特型计量插塞保持在固定位置的多个计量插塞支撑叶片。在一个实施例中，所述计量插塞支撑叶片与进气锥集成，所述进气锥配置为接纳所述特型计量插塞。优选地，所述进气锥配置为以螺纹连接方式接纳所述特型计量插塞。在这样的实施例中，所述特型计量插塞在其端部限定工具凸台，以有助于拧入到所述进气锥中。
8、在实施例中，所述致动器配置为使所述分流套筒相对于所述特型计量插塞移动，以改变完全关闭位置与完全打开位置之间的气体计量区域，在所述完全关闭位置，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直列可变音速阀，包括：
2.根据权利要求1所述的直列可变音速阀，其中所述外壳包括接合在一起的入口外壳和出口外壳，并且其中所述入口外壳包括配置为在所述入口外壳内将所述特型计量插塞保持在固定位置的多个计量插塞支撑叶片。
3.根据权利要求2所述的直列可变音速阀，其中所述计量插塞支撑叶片与进气锥集成，所述进气锥配置为接纳所述特型计量插塞。
4.根据权利要求3所述的直列可变音速阀，其中所述进气锥配置为以螺纹连接方式接纳所述特型计量插塞。
5.根据权利要求4所述的直列可变音速阀，其中所述特型计量插塞在其端部限定工具凸台，以有助于将所述特型计量插塞拧入到所述进气锥中。
6.根据权利要求1所述的直列可变音速阀，其中所述致动器配置为使所述分流套筒相对于所述特型计量插塞移动，以改变完全关闭位置与完全打开位置之间的气体计量区域，在所述完全关闭位置，所述特型计量插塞与所述分流套筒密封接触以防止二者之间的任何气体流动，在所述完全打开位置，所述特型计量插塞与所述分流套筒间隔开以允许二者之间的气体流动。
7.根据权利要求6所述的直
8.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器包括流体联接至第一致动控制体积的第一配件以及流体联接至第二致动控制体积的第二配件，所述第一致动控制体积和所述第二致动控制体积分别限定在所述外壳与所述分流套筒的外周之间，所述第一致动控制体积和所述第二致动控制体积被从所述分流套筒延伸的控制体积分隔突起分开，使得所述第一致动控制体积与所述第二致动控制体积之间的差压导致所述分流套筒在所述外壳内的移动。
9.根据权利要求8所述的直列可变音速阀，其中所述第一配件和所述第二配件为液压配件、燃料液压配件或者气动配件之一。
10.根据权利要求8所述的直列可变音速阀，其中所述分流套筒包括端口，所述端口将入口流动压力流体联接至控制体积分隔突起的下游侧，从而抵消入口流动压力对所述分流套筒的影响，以减小致动差压。
11.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器包括位置传感器，所述位置传感器配置为确定所述分流套筒在所述外壳内的位置，所述致动器配置为将所述分流套筒定位在所述完全关闭位置与所述完全打开位置之间的选定位置以改变所述气体流动。
12.根据权利要求11所述的直列可变音速阀，其中所述位置传感器为线性可变差动变压器。
13.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器包括失效保护弹簧，所述失效保护弹簧配置为使所述分流套筒返回至所述完全关闭位置或者所述完全打开位置之一。
14.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器包括能够驱动地联接至所述分流套筒的电动马达。
15.根据权利要求14所述的直列可变音速阀，其中所述电动马达驱动滚柱或者滚珠丝杠元件，所述滚柱或者滚珠丝杠元件以螺纹连接方式连接至所述分流套筒的外表面上的螺纹，以使所述分流套筒在所述外壳内线性平移。
16.根据权利要求15所述的直列可变音速阀，还包括用于确定所述分流套筒在所述外壳内的位置的旋转可变差动变压器(RDVT)。
17.根据权利要求14所述的直列可变音速阀，其中所述电动马达驱动以螺纹连接方式连接至位于所述分流套筒的外表面上的齿条的小齿轮，以使所述分流套筒在所述外壳内线性平移。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种直列可变音速阀，包括：
2.根据权利要求1所述的直列可变音速阀，其中所述外壳包括接合在一起的入口外壳和出口外壳，并且其中所述入口外壳包括配置为在所述入口外壳内将所述特型计量插塞保持在固定位置的多个计量插塞支撑叶片。
3.根据权利要求2所述的直列可变音速阀，其中所述计量插塞支撑叶片与进气锥集成，所述进气锥配置为接纳所述特型计量插塞。
4.根据权利要求3所述的直列可变音速阀，其中所述进气锥配置为以螺纹连接方式接纳所述特型计量插塞。
5.根据权利要求4所述的直列可变音速阀，其中所述特型计量插塞在其端部限定工具凸台，以有助于将所述特型计量插塞拧入到所述进气锥中。
6.根据权利要求1所述的直列可变音速阀，其中所述致动器配置为使所述分流套筒相对于所述特型计量插塞移动，以改变完全关闭位置与完全打开位置之间的气体计量区域，在所述完全关闭位置，所述特型计量插塞与所述分流套筒密封接触以防止二者之间的任何气体流动，在所述完全打开位置，所述特型计量插塞与所述分流套筒间隔开以允许二者之间的气体流动。
7.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器为提升阀型致动器，其配置为将所述分流套筒分别定位在所述完全关闭位置或者所述完全打开位置之一。
8.根据权利要求6所述的直列可变音速阀，其中所述致动器包括流体联接至第一致动控制体积的第一配件以及流体联接至第二致动控制体积的第二配件，所述第一致动控制体积和所述第二致动控制体积分别限定在所述外壳与所述分流套筒的外周之间，所述第一致动控制体积和所述第二致动控制体积被从所述分流套筒延伸的控制体积分隔突起分开，使得所述第一致动控制体积与所述第二致动控制体积之间的差压导致所述分流...
【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·查理·施通博，
申请(专利权)人：伍德沃德公司，
类型：发明
国别省市：
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