大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法、装置及使用方法与流程

本发明属于高超声速高温风洞试验设备，具体涉及一种大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法、装置及使用方法。

背景技术：

1、在某高超声速高温风洞开展高超声速飞行器以及超然冲压发动机试验时，采用化学燃烧加热器对试验气体进行加热，产生最高总温2350k的高温高压燃气，高温高压燃气经过喷管、模型试验仓后到达扩压器进行减速升压，最后经真空容器、冷凝器、排气泵后排出高超声速高温风洞。

2、随着高超声速高温风洞试验能力不断进步和探索，百秒量级的热考核试验成为风洞运行常态。大口径真空插板阀作为洞体系统与真空系统之间控制通断的大型阀门，试验开始前，在洞体系统与真空系统压力平衡后开启，试验开始后，扩压器出口处的喷淋冷却降温装置虽然能够带走一部分来流的温度使流场环境温度不至于达到钢材的熔点，但是，整个大口径真空插板阀的阀腔依旧长时间处于高温环境中，带来了诸多问题，例如不锈钢阀芯阀板受热变形（4米量级以上大型真空插板阀较为突出）、阀芯橡胶密封圈老化、传动丝杠非金属密封件老化等。大型真空插板阀阀芯阀板校正极其困难，导致后期维修、维护保养成本极高。

3、为了保护大口径真空插板阀，保证阀芯能够在高总温长时间热态试验过程中不受高温环境影响，当前，亟需发展一种大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法、装置及使用方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的一个技术问题是提供一种大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种大口径真空插板阀的阀芯防热装置，本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种大口径真空插板阀的阀芯防热装置的使用方法，用以保护大口径真空插板阀。

2、本发明的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，包括以下步骤：

3、s11.分析大口径真空插板阀的结构；

4、大口径真空插板阀包括从前至后顺序连接的阀体前室和阀体后室，阀体前室内设置阀体前腔，阀体后室内设置阀体中后腔；阀芯位于阀体中后腔的中腔，阀芯的后端连接传动丝杠，传动丝杠位于阀体中后腔的后腔，传动丝杠向后伸出阀体后室，与驱动电机的驱动端连接；

5、s12.分析大口径真空插板阀的工作过程；

6、在高超声速高温风洞试验准备过程中，大口径真空插板阀关闭，阀芯位于阀体前腔，阀芯与阀体前腔之间通过阀芯前端面的限位销限位，通过环绕在阀芯上的阀芯橡胶密封圈密封；

7、在高超声速高温风洞试验前，当洞体系统与真空系统压力平衡后，大口径真空插板阀打开，驱动电机通过传动丝杠带动阀芯向后移动至阀体中后腔；

8、开展高超声速高温风洞试验时，大口径真空插板阀保持打开状态，化学燃烧加热器对试验气体进行加热，产生最高总温2350k、最高的总压12mpa的高温高压燃气，高温高压燃气经过喷管、模型试验仓后到达扩压器进行减速升压，最后经真空容器、冷凝器、排气泵后排出高超声速高温风洞；

9、高超声速高温风洞试验完成后，大口径真空插板阀关闭，驱动电机通过传动丝杠带动阀芯向前移动至阀体前腔，阀芯与阀体前腔之间通过限位销限位，通过阀芯橡胶密封圈密封；

10、s13.分析大口径真空插板阀的受热部件；

11、开展高超声速高温风洞试验时，大口径真空插板阀的阀体前腔和阀芯前端面经受高温高压燃气冲刷，热量通过阀芯前端面传导至阀芯和阀体中后腔，因此，受热部件为阀芯前端面和阀体中后腔；

12、s14.确定大口径真空插板阀的防热方案；

13、确定防热方案包括两个部分，第一部分在阀芯前端面增加热防护，第二部分在阀体中后腔增加冷却降温；

14、s15.设计大口径真空插板阀阀芯防热装置；

15、根据大口径真空插板阀的防热方案，设计大口径真空插板阀阀芯防热装置。

16、本发明的大口径真空插板阀的阀芯防热装置，包括热防护装置和冷却降温装置；

17、热防护装置包括压条、橡胶石棉密封垫和阀体中后腔密封板；阀体中后腔密封板采用螺栓连接固定方式，安装在阀芯前端面，阀体中后腔密封板的厚度小于限位销的长度，限位销伸出阀体中后腔密封板；橡胶石棉密封垫通过压条固定在阀体中后腔的中腔内壁面，橡胶石棉密封垫的厚度与阀体中后腔密封板的厚度相匹配；

18、冷却降温装置包括与阀体中后腔连通的进气管，沿空气流动方向，在进气管上依次安装空气过滤器和电磁阀。

19、进一步地，所述的压条有2个，分别位于橡胶石棉密封垫的两侧。

20、进一步地，所述的阀芯前端面上喷涂有氧化锆隔热涂层。

21、本发明的大口径真空插板阀的阀芯防热装置的使用方法，包括以下步骤：

22、s31.安装热防护装置；

23、在阀芯前端面通过螺栓连接固定阀体中后腔密封板，阀体中后腔密封板的厚度小于限位销的长度，确保大口径真空插板阀全关到位后，不影响限位销发挥限位和定位作用；在阀体中后腔的中腔内壁面，通过压条固定橡胶石棉密封垫，确保大口径真空插板阀全开到位后，阀体中后腔密封板刚好插入橡胶石棉密封垫，实现对阀体中后腔的密封；

24、s32.安装冷却降温装置；

25、将进气管插入阀体中后腔的后腔，并确保插口密封；沿空气流动方向，在进气管上依次安装空气过滤器和电磁阀；

26、s33.设置同步装置；

27、将冷却降温装置的电磁阀接入高超声速高温风洞的控制系统，并设置同步装置；在化学燃烧加热器点火的同时，同步装置打开电磁阀，大口径真空插板阀内部的真空负压环境自然吸气，常温空气经空气过滤器和电磁阀进入阀体中后腔；

28、s34.控制气压；

29、开展高超声速高温风洞试验时，实时测量阀体中后腔内的气压，通过控制电磁阀的空气流量，保持阀体中后腔内的气压略高于阀体前腔内的气压，压差范围为5pa~10pa，实现阀体中后腔正压密封，避免高温高压燃气通过阀芯各方向的导向轮行程位置上的漏点进入阀体中后腔；

30、s35.关闭冷却降温装置；

31、高超声速高温风洞试验完成后，延时关闭电磁阀，持续通入常温空气，为阀芯降温，直至大口径真空插板阀关闭后，再关闭电磁阀。

32、本发明的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法、装置及使用方法采用基于原有阀体的改造安装方式，利用前端密封结构即热防护装置与后端自然吸气结构即冷却降温装置，配合形成对阀芯的整体热防护能力，在不改变原有大口径真空插板阀运行基础上，通过压条、橡胶石棉密封垫、阀体中后腔密封板、进气管等零件，建立了对阀芯的整体的热防护能力，具有工程实用价值。

技术特征：

1.大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的设计方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的s11的分析大口径真空插板阀的结构，包括以下内容：

3.根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的s12的分析大口径真空插板阀的工作过程，包括以下内容：

4.根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的s13的分析大口径真空插板阀的受热部件，包括以下内容：

5.根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的s14的确定大口径真空插板阀的防热方案，包括以下内容：

6.根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法，其特征在于，所述的s15的设计大口径真空插板阀阀芯防热装置，包括以下内容：

7.大口径真空插板阀的阀芯防热装置，其根据权利要求1所述的大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法建立，其特征在于，所述的大口径真空插板阀的阀芯防热装置包括热防护装置和冷却降温装置；

8.根据权利要求7所述的大口径真空插板阀的阀芯防热装置，其特征在于，所述的压条（2）有2个，分别位于橡胶石棉密封垫（3）的两侧。

9.根据权利要求7所述的大口径真空插板阀的阀芯防热装置，其特征在于，所述的阀芯（6）前端面上喷涂有氧化锆隔热涂层。

10.大口径真空插板阀的阀芯防热装置的使用方法，其用于权利要求7~权利要求9的任意一种所述的大口径真空插板阀的阀芯防热装置，其特征在于，所述的使用方法包括以下步骤：

技术总结本发明属于高超声速高温风洞试验设备技术领域，公开了一种大口径真空插板阀的阀芯防热设计方法、装置及使用方法。设计方法包括分析大口径真空插板阀的结构、工作过程、受热部件，确定防热方案，设计防热装置。防热装置的热防护装置包括通过压条固定在阀芯前端面的橡胶石棉密封垫；防热装置的冷却降温装置包括与阀体中后腔连通的进气管，沿空气流动方向，在进气管上依次安装空气过滤器和电磁阀。使用方法采用基于原有阀体的改造安装方式，利用前端密封结构即热防护装置与后端自然吸气结构即冷却降温装置，配合形成对阀芯的整体热防护能力，在不改变原有大口径真空插板阀运行基础上，建立了对阀芯的整体的热防护能力，具有工程实用价值。技术研发人员：吕德润,齐大伟,任海军,曾令国,朱超,孟繁星受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25