一种状态可在线检测的阀门的制作方法

本发明涉及一种航天用状态可在线检测的阀门。

背景技术：

阀门是运载火箭增压输送系统重要单机，用于推进剂的加注泄出，贮箱排气、承压安全，贮箱增压和测压等。随着我国宇航技术的发展，对阀门状态检测也提出了更高要求，如何实现阀门状态的在线检测，这对阀门研制提出了较大挑战。其中一个主要的技术难点在于对阀门关闭情况进行在线监控，实现对阀门状态的在线检测。

目前，在飞运载火箭在总装测试及出厂测试过程中对阀门进行状态检查时，仅能通过气泡检漏法实现阀门漏率的离线检测，并且需要提前对贮箱进行充压，检测过程复杂、耗时很长、成本高。此外，在运载火箭飞行试验前极短时间内，连接器才与阀门脱拔；且连接器脱拔后无法检测阀门状态，存在推进剂泄漏风险，严重时甚至会影响运载火箭飞行成败。此外，某加注阀门装配有位置信号器，用来判断阀门是否关闭；位置信号器需要附加设备，体积较大，且仅能判断阀门是否关闭到位，无法判断阀门关闭程度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种状态可在线检测的阀门，在阀芯嵌入传感器，根据传感器数据判断阀门关闭情况，能够实现阀门状态的在线检测和定量评估。

本发明所采用的技术方案是：一种状态可在线检测的阀门，包括壳体、阀芯、导向盘、弹簧、传感器、接线端口；壳体一端收口，为入口端，另一端为出口端；导向盘安装在壳体出口端；阀芯包括阀芯骨架和非金属圆环，阀芯骨架为两部分组成的一体结构，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构中部，圆盘结构端面上有非金属圆环，非金属圆环与壳体入口端内壁处的凸出阀座构成密封副结构；阀芯骨架圆柱结构安装在导向盘中部安装孔内；弹簧套在阀芯的圆柱结构上，安装在阀芯的圆盘结构和导向盘之间；传感器沿周向安装在非金属圆环上，通过接线端口与外部数据采集设备连接。

所述传感器测量阀芯在承压状态下的非金属圆环的应变，并将测量值实时传输至外部数据采集设备。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过在阀芯非金属安装传感器，可以检测出阀芯在承压状态下非金属圆环的应变，将传感器测量数据通过接线端口实时传输至外部数据采集设备，可实现阀门状态数据的在线采集。

(2)本发明根据阀门承压状态和采集到的传感器数据及阀门密封漏率，可建立传感器数据和承压状态、阀门漏率之间的关系曲线；此后，可根据采集到的传感器数据，判断阀门对应的密封漏率和承压水平，实现阀门状态的在线检测和定量评估。

(3)本发明的阀门环境适应性好、监测精度高、不影响阀门使用状态、成本也相对低廉；不需要提前对贮箱进行充压，检测过程简单、耗时短；在运载火箭飞行试验前极短时间连接器与阀门脱拔后，仍可检测阀门状态，避免推进剂泄漏风险。

附图说明

图1为本发明状态可在线检测的阀门原理图。

图2为本发明阀芯传感器安装示意图。

图3为阀门应变与承压的关系曲线。

图4为传感器数据与阀门漏率数据之间的关系曲线。

具体实施方式

如图1所示，运载火箭用阀门普遍采用金属阀座与非金属阀芯的密封结构形式，其中非金属主要为橡胶或高分子聚合物等。传感器能够感受被测量参量的物理特性(温度、压力等)，并将它们转化为相应的电压或电流信号输出。

为实现阀门状态在线检测，在阀芯非金属圆环处安装传感器，试验件结构原理图如图1所示。一种状态可在线检测的阀门，包括壳体1、阀芯2、导向盘3、弹簧4、传感器8、接线端口6；壳体1一端收口，为入口端，另一端为出口端；导向盘3安装在壳体1出口端；阀芯2包括阀芯骨架9和非金属圆环7，阀芯骨架9为两部分组成的一体结构，一部分为圆盘结构，另一部分为圆柱结构，圆柱结构位于圆盘结构中部，圆盘结构端面上有非金属圆环7，非金属圆环7与壳体1入口端内壁处的凸出阀座构成密封副结构；阀芯骨架9圆柱结构安装在导向盘3中部安装孔内；弹簧4套在阀芯2的圆柱结构上，安装在阀芯2的圆盘结构和导向盘3之间；传感器8沿周向安装在非金属圆环7上，通过接线端口6与外部数据采集设备连接。首先在阀芯2处预置传感器8，将传感器引线5引出，采取工艺方法保证传感器8不影响阀芯2密封性能。使用嵌入传感器8的阀芯2装配整阀，在壳体1上打孔将传感器引线集束后引出至接线端口6。如图2所示，传感器沿周向安装在阀芯2非金属圆环上，传感器通过接线端口6与外部数据采集设备连接。传感器测量阀芯2在承压状态下的非金属圆环的应变，并将测量值实时传输至外部数据采集设备。传感器8还可以使用其他类型，例如光纤光栅传感器。

工作原理：通过在阀芯2处安装传感器8，可实时检测阀芯2处应变；在阀门出口处通入气体，实现阀门承压。通过数据采集设备实时检测出阀芯2在承压状态下非金属圆环7的应变；同时，检测阀门的密封漏率。建立传感器8数据与阀门密封状态之间的关系曲线，根据传感器8数据即可得出阀门漏率；且阀门关闭情况和阀门漏率相关性较强，据此可实现阀门状态的在线检测和定量评估。

实施例

在阀芯2非金属圆环7安装2片应变传感器，其中测点1和测点2对称布置，装配整阀后开展阀门性能试验。试验过程中，由阀门出口通入气体，压力范围0～0.7MPa，阀芯2非金属应变由数据采集设备测量，阀门密封漏率由氦质谱检漏仪测量。通过逐渐增加出口压力实现阀门承压，记录阀门承压、传感器数据和阀门漏率水平。

试验数据如表1所示，其中漏率测量采用氦质谱真空检漏，漏率在10^-7Pa.m³/s以上时，无法检漏。测点1和测点2检测的应变与承压之间的关系如图3所示，可以看出阀芯2非金属应变和阀门出口气体压力基本成比例变化；阀门出口压力增大，阀门漏率随之增大。应变传感器可有效检测阀门承压状态下(气体压力和弹簧压力等)阀芯2动作变化。

建立传感器数据与阀门漏率数据之间的关系曲线，如图4所示；其中，横坐标为传感器应变，纵坐标为阀门漏率。根据横坐标传感器应变，即可得出该数据对应的阀门漏率，实现阀门动作的精确检测。

表1试验数据

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。