一种用于大型高真空系统的大口径钟摆式真空阀门及密封方法与流程

本发明涉及风洞实验中真空阀门结构的技术领域，特别是一种用于大型高真空系统的大口径钟摆式真空阀门及密封方法。

背景技术：

风洞是人工产生和控制气流，以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具。高超声速风洞则能够较大程度地兼顾超声速飞行的环境、动压所需要的时间要求，能够模拟总压参数的不同组合，以满足超声速飞行器在不同飞行高度上飞行环境的基本要求。高超声速风洞主要由从左往右依次布置的气源系统、燃烧加热器、喷管、试验段、扩压器、真空球阀、真空球罐、真空排气系统组成。

风洞实验也是航天飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。它不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用和环境保护等部门中也得到越来越广泛的应用。随着国家节能减排方针的出台，一大批高能耗、高污染的真空设备将会被淘汰，低能耗、低污染的真空设备将会出现并代替之，同时这种设备也是未来的发展趋势。风洞试验时与洞体相连的真空罐体积巨大，有的达7500 立方米甚至10000 多立方米，并对抽气时间有严格的控制，要求1小时内把真空罐内的压力从大气压抽到200Pa，在做试验时，要求真空系统的入口压力为100-5000Pa 时，真空系统的抽气速率不少于51000L/S( 质量流率不少于540 克/ 秒) ；并且在不同压力状态下，对真空系统的抽气速率有不同的要求，即当风洞洞体内的压力变化时，真空系统的抽气速率也必须立即跟着变化，这就意味着此真空系统必须要抽速大、且有一定的智能，具备自动调整能。

在引射风洞中，需要一种快速启闭的大口径高真空阀门。现有的用于真空的阀门主要以插板阀为主，插板阀起到排气的作用，通过变量泵的抽气作用将风洞内气体经插板阀排出，以实现随时调整风洞的压力，从而适应不同工况。然而插板阀的阀门在动作过程中O型密封圈与密封面存在摩擦和挤压，在运动挤压过程中O型密封圈极易脱落，使其使用寿命降低，最终导致后续阀门关闭时密封不严密，风洞压力变化，影响实验结果。此外，插板阀因为插板的行程特别长，一般其启闭时间很长，这两种结构形式的真空阀均不能满足快速、高真空密封及长寿的工艺工况要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、适应大口径且快速启闭、高真空密封、长寿命的引射风洞使用环境的用于大型高真空系统的大口径钟摆式真空阀门及密封方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于大型高真空系统的大口径钟摆式真空阀门，它包括左阀体、右阀体、设置于左阀体和右阀体之间中间阀体，左阀体与右阀体关于中间阀体对称设置，且左阀体、右阀体和中间阀体组成顶部带有开口的壳体，壳体的顶部设置有密闭机箱，密闭机箱上旋转安装有驱动轴，驱动轴上安装有位于密闭机箱内的连杆，连杆的另一固连有阀板，阀板向下贯穿壳体的开口设置，所述的左、右阀体的内侧面上均固定有环形密封圈，环形密封圈的一侧与其相连的阀体内侧面之间形成有环形空腔，环形密封圈的另一侧设置有环形凸起，左、右阀体内均开设有与环形空腔相连通的进气通道，所述的左、右阀体上的外侧面上分别设置有与环形密封圈相对立的排气管和进气管，排气管和进气管均与壳体连通。

所述的左、右阀体和中间阀体经螺栓连接。

所述的中间阀体的顶表面为圆弧。

所述的进气通道的末端连接有密封气接头。

所述的左、右阀体的内侧面上、位于环形密封圈的下方均设置有弧形导轨，所述的阀板两端面分别与弧形导轨相配合。

所述的环形密封圈经压圈固定于与环形密封圈相连的阀体内侧面上。

所述的压圈经螺钉固定。

所述的大口径钟摆式真空阀门用于大型高真空系统的密封方法，它包括以下步骤：

S1、使用前，将进气管与风洞连通，将排气管与变量泵连通；

S2、阀门的开启，当进行排气时，使驱动轴逆时针转动，驱动轴带动阀板驶离进气管，变量泵对风洞内气体抽气，气体顺次经进气管、壳体、排气管最后从变量泵排出，从而实现了阀门的开启，实现快速调整风洞的压力，能够适应不同风洞实验工况；

S3、阀门的关闭，当排气结束后，使驱动轴顺时针转动，驱动轴带动阀板朝向进气管运动，当阀板转动90°后，且完全处于两个环形密封圈之间时，通过密封气接头通入带压力的密封气体，密封气体经进气通道进入环形空腔内，环形密封圈在气压下膨胀并与阀板上的密封面相接触挤压，从而实现了阀门的关闭，而且密封更加严密；

S4、当没有向环形空腔内充气时，环形密封圈与阀板密封面不接触或只接触没有相互挤压。

本发明具有以下优点：本发明适应大口径且快速启闭、高真空密封、长寿命的引射风洞使用环境的用于大型高真空系统。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2 为图1的A-A剖视图；

图3 为图1的B-B剖视图；

图4 为图1的C-C剖视图；

图5 为右阀体与其相连环形密封圈的安装示意图；

图6 为阀板的结构示意图；

图7 为图2的I部局部放大视图；

图8 为图2的II部局部放大视图；

图9 为左阀体与环形密封圈的安装示意图；

图中，1-左阀体，2-右阀体，3-中间阀体，4-开口，5-密闭机箱，6-驱动轴，7-连杆，8-阀板，9-环形空腔，10-环形凸起，11-进气通道，12-排气管，13-进气管，14-螺栓，15-密封气接头，16-弧形导轨，17-压圈，18-螺钉，19-环形密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1~9所示，一种用于大型高真空系统的大口径钟摆式真空阀门，它包括左阀体1、右阀体2、设置于左阀体1和右阀体2之间中间阀体3，左阀体1与右阀体2关于中间阀体3对称设置，且左阀体1、右阀体2和中间阀体3组成顶部带有开口4的壳体，壳体的顶部设置有密闭机箱5，密闭机箱5上旋转安装有驱动轴6，驱动轴6上安装有位于密闭机箱5内的连杆7，连杆7的另一固连有阀板8，阀板8向下贯穿壳体的开口4设置，所述的左、右阀体的内侧面上均固定有环形密封圈19，环形密封圈19的一侧与其相连的阀体内侧面之间形成有环形空腔9，初始状态下环形空腔9内没有充入气体，环形密封圈19的另一侧设置有环形凸起10，左、右阀体内均开设有与环形空腔9相连通的进气通道11，进气通道11的末端连接有密封气接头15。所述的左、右阀体上的外侧面上分别设置有与环形密封圈19相对立的排气管12和进气管13，排气管12和进气管13均与壳体连通。排气管12和进气管13内设置有加强筋。

所述的左、右阀体和中间阀体3经螺栓14连接，螺栓14将左阀体1、右阀体2和中间阀体3连接为一整体。

所述的中间阀体3的顶表面为圆弧；所述的左、右阀体的内侧面上、位于环形密封圈19的下方均设置有弧形导轨16，所述的阀板8两端面分别与弧形导轨16相配合，因此当控制驱动轴6转动时，驱动轴6带动连杆7驱动阀板8转动，阀板8的下端部沿着中间阀体3与两个弧形导轨16形成的通道滑动。

所述的环形密封圈19经压圈17固定于与环形密封圈19相连的阀体内侧面上；压圈17经螺钉18固定；所述的环形密封圈19充气压力可依据需要密封的真空度要求进行调整，做到密封比压恒定可调。

如图1~8所示，所述的大口径钟摆式真空阀门用于大型高真空系统的密封方法，它包括以下步骤：

S1、使用前，将进气管13与风洞连通，将排气管12与变量泵连通；

S2、阀门的开启，当进行排气时，使驱动轴6逆时针转动，驱动轴6带动阀板8驶离进气管13，变量泵对风洞内气体抽气，气体顺次经进气管13、壳体、排气管12最后从变量泵排出，从而实现了阀门的开启，实现快速调整风洞的压力，能够适应不同风洞实验工况；

S3、阀门的关闭，当排气结束后，使驱动轴6顺时针转动，驱动轴6带动阀板8朝向进气管13运动，当阀板8转动90°后，且完全处于两个环形密封圈19之间时，通过密封气接头15通入带压力的密封气体，密封气体经进气通道11进入环形空腔9内，环形密封圈19在气压下膨胀并与阀板8上的密封面相接触挤压，从而实现了阀门的关闭，而且密封更加严密。因此该摆动式真空阀门相比传统的插板阀阀门的O型密封圈与密封面存在摩擦和挤压的现象，导致在运动挤压过程中O型密封圈极易脱落，该摆式真空阀门的使用寿命更长，且能够实现阀门的开启和关闭，工作效率更高。

、当没有向环形空腔9内充气时，环形密封圈19与阀板8密封面不接触或只接触没有相互挤压。