开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门及方法与流程

本发明涉及工程用超高压惯性开启阀门技术领域，具体涉及爆炸荷载模拟发生器以给定压力和开口量快速泄压的一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门及方法。

背景技术：

为了研究炸药爆炸的破坏效应，需要模拟有一定波形要求的爆炸荷载，爆炸荷载的波峰通常在几ms到几十ms，为了控制爆炸荷载波峰的长度，爆炸荷载发生器需要在精准的压力值对应的时间点快速开启泄压通道，大型爆炸荷载发生器的泄压通道一般口径在100mm左右，爆炸荷载波峰压力可达40mpa，用于打开泄压通道的惯性阀门需要在阀口压力达到某一设定开启压力值时开始开启，开启的最大开口量可根据实验要求事先在0~100%内设定，一旦压力低于事先设定的开启压力值，该阀门可以关闭泄压通道。市场上能够满足上述功能的主要为流量可调式压力溢流阀，成熟的溢流阀门在几个方面不能满足以上要求：

1.目前市场的用于控制流体压力的溢流阀一般通径较小，多为16mm通径以下。

2.现有溢流阀调节开口量较为麻烦需要通过螺纹来进行调节。

3.现有溢流阀的开启原理对于100mm口径的阀门由于开启时需要阀芯运动的行程较长，进而导致开启速度较慢，需要1-2秒完全开启，不能满足设备的功能使用要求。

爆炸荷载发生器对惯性泄压阀的要求与一般溢流阀的使用工况还有较大差别，爆炸荷载发生器泄压用惯性阀使用频率较低（可能几天开启一次），因此可以有较长的准备时间。用于爆炸荷载发生器的惯性阀平时处于常闭状态，试验时要求当阀口压力超过某一设定值时快速准确地开启，因此在结构上可与常规的溢流阀不同。由于爆炸荷载发生器内的超高压力仅仅保持几十毫秒的时间，因此泄压孔允许有微小泄漏量。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门及方法。

在爆炸荷载发生器试验装置中，需要在阀口压力高于设定压力值时快速打开泄压通道，泄压通道的直径约为100mm左右，压力范围为0-40mpa。在公开的论文及相关资料中未见类似报道，为此设计了一套可在设定压力时开启到指定的开口量的大口径高速惯性泄压阀。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，该泄压阀门由阀体2、阀芯5、液压腔活塞10组成，阀体外筒壁2侧部设置有液压腔接口1和气压腔接口13，所述阀体2内设置有高压气体腔10、液压腔12，且阀体2上设置有阀体泄压孔6，阀芯5上设置有阀芯泄压孔7、密封圈4及缓冲垫片3，阀体2上设置有连接爆炸荷载发生器螺丝孔8，阀体2内设置有连接爆炸发生器的泄压通道9，阀体2的液压腔设置有活塞定位杆11。

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，所述泄压通道9为80mm-200mm直径的通道。

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，所述阀体2和阀芯5环向上的四排方形孔位为泄压阀口，泄压阀口的截面尺寸比泄压通道13的截面尺寸大10%。

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，所述阀体和阀芯的泄压阀口为环向2至5排开口。

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压的方法，采用爆炸荷载腔内部的气体压力作为动力源，当爆腔内部等效压力大于高压气体腔的等效压力时，爆腔内的气体对阀芯产生加速，且加速时的推力很大，可快速推动阀芯5至液压腔定位活塞所在的位置，即设定的开口量；具体实施步骤如下：

首先，将惯性泄压阀下部的泄压通道9与爆炸荷载发生器相连接，通过惯性泄压阀门环向的六个内六角螺丝固定连接于爆炸荷载发生器螺丝孔8内；其中阀体和阀芯环向上的四排方形孔位为泄压阀口，阀口的截面尺寸比泄压通道的截面尺寸大10%；

试验前，通过液压腔接口1向液压腔内充入设定液位的液压油，使泄压阀处于等待实验状态；其中液压腔定位活塞11的位置被固定在设定的高度，此高度决定了惯性泄压阀的最大开口量；

为让阀芯5在预定的压力值开启向上移动，开启泄压通道，在高压气体腔10内加入设置压力的高压气体，使高压气体腔关闭；其中阀芯5在设定的压力值开始快速移动；阀芯5移动到液压腔定位活塞11的下平面时即停止运动，液压腔12内的液体压力升高与爆炸荷载发生器对阀芯5的轴向作用力相等；在阀口关闭的状态时，当阀芯5向上15mm可打开阀口；

实验时，爆炸荷载发生器的压力升高到与高压气体腔内气体对阀芯的力相等时，阀芯5开始运动打开泄压通道；

当运动到液压腔定位活塞所在位置到达最大泄压开口量，开始泄压，爆腔压力降低，当泄压通道9的爆腔压力下降低于设定的开启压力值时，高压气体腔10内的气体推动阀芯5向下移动，以减小泄压通道的开口量或将泄压通道关闭；

其中的惯性泄压阀为环向开口的形式，爆炸荷载发生器产生的气体压力的方向与阀芯运动方向相互垂直，能够在爆炸的压力范围内正常使用；所述惯性泄压阀的阀口为环向四排开口，能够保证阀芯在12mm小位移的情况下，开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的响应速度和可靠性；所述惯性泄压阀中采用的顶部液压腔12与液压腔定位活塞11结合，用于实现最大开口量的无级调整，使阀的整体抗震性能好。

由于采用上述技术方案，本发明取得的优越性是：

（1）该惯性泄压阀采用环向开口的形式，爆炸荷载发生器产生的气体压力的方向与阀芯运动方向相互垂直，因此该阀能够在很大的压力范围内正常使用。

（2）该惯性泄压阀的阀口采用环向四排开口，保证阀芯在12mm小位移的情况下可开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的响应速度和可靠性。

（3）该惯性泄压阀采用顶部液压腔12和液压腔定位活塞11实现最大开口量的无级调整，使用方便，外观简单整齐，阀的整体抗震性能好。

（4）该惯性泄压阀在高压气体腔10内充入一定压力的高压气体来设定阀体的开启压力，使用方便，维护成本低。

（5）该惯性泄压阀的的开启采用阀芯的直线运动来实现，只需要普通密封形式即可实现，可靠性和性价比都比较高。

附图说明

图1为开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门整体外观示意图；

图2为惯性泄压阀半打开状态的半剖视结构组成图；

图中：液压腔接口1、阀体2、阀芯缓冲垫片3、阀芯密封及导向结构4、阀芯5、阀体泄压控6、阀芯泄压孔7，连接爆炸发生器螺丝孔8、泄压通道9、高压气体腔10、液压腔定位活塞11，液压腔12、液压腔接口13。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。

一种开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，该泄压阀门由阀体2、阀芯5、液压腔活塞10组成，阀体外筒壁2侧部设置有液压腔接口1和气压腔接口13，所述阀体2内设置有高压气体腔10、液压腔12，且阀体2上设置有阀体泄压孔6，阀芯5上设置有阀芯泄压孔7、密封圈4及缓冲垫片3，阀体2上设置有连接爆炸荷载发生器螺丝孔8，阀体2内设置有连接爆炸发生器的泄压通道9，阀体2的液压腔设置有活塞定位杆11。所述泄压通道9为80mm-200mm直径的通道。所述阀体2和阀芯5环向上的四排方形孔位为泄压阀口，泄压阀口的截面尺寸比泄压通道13的截面尺寸大10%。所述该电磁阀的阀口为环向2至5排开口。

该开启压力及开口量可调的大口径高速惯性泄压阀门，由阀体、阀芯、液压腔定位活塞、连接螺栓、缓冲垫片、导向圈和密封圈组成。惯性电磁阀的外观整体图见附图1，阀的半剖面的结构组成示意图见附图2。

附图2中下部为100mm直径的泄压通道与爆炸荷载发生器相连接，连接方法为环向的六个内六角螺丝；阀体和阀芯环向上的四排方形孔位为泄压阀口，阀口的截面尺寸比泄压通道的截面尺寸大10%，图中状态为阀口半打开的状态，当图中阀芯向下7.5mm可关闭阀口。在阀口关闭的状态时，当阀芯5向上15mm可打开阀口；为让阀芯5在预定的压力值开启向上移动开启泄压通道，在高压气体腔10内加入一定压力的高压气体，阀芯5可在设定的压力值开始快速移动；阀芯5移动到液压腔定位活塞11的下平面时即停止运动，液压腔12内的液体压力升高与爆炸荷载发生器对阀芯5的轴向作用力相等；试验前已经通过液压腔接口1向液压腔内充入设定液位的液压油，液压腔定位活塞11的位置被固定在设定的高度，此高度决定了惯性泄压阀的最大开口量。当泄压通道9的压力下降低于设定的开启压力时，高压气体腔10内的气体推动阀芯5向下移动以减小泄压通道的开口量或关闭泄压通道。

使用时，采用爆炸荷载腔内部的气体压力作为动力源，当爆腔内部等效压力大于高压气体腔的等效压力时，爆腔内的气体对阀芯产生加速，且加速时的推力很大，可快速推动阀芯5至液压腔定位活塞所在的位置，即设定的开口量；具体实施步骤如下：

将电磁阀下部的泄压通道9与爆炸荷载发生器相连接，通过电磁阀门环向的六个内六角螺丝固定连接于爆炸发生器螺丝孔8内；

在阀口关闭的状态时，当阀芯5向上15mm可打开阀口；

为让阀芯5在预定的压力值开启向上移动开启泄压通道，在高压气体腔10内加入一定压力的高压气体，阀芯5可在设定的压力值开始快速移动；

阀芯5移动到液压腔定位活塞11的下平面时即停止运动，液压腔12内的液体压力升高与爆炸荷载发生器对阀芯5的轴向作用力相等；

试验前已经通过液压腔接口1向液压腔内充入设定液位的液压油，液压腔定位活塞11的位置被固定在设定的高度，此高度决定了惯性泄压阀的最大开口量。

当泄压通道9的压力下降低于设定的开启压力时，高压气体腔10内的气体推动阀芯5向下移动以减小泄压通道的开口量或关闭泄压通道。

采用的惯性泄压阀的阀口为环向四排开口，能够保证阀芯在12mm小位移的情况下，开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的响应速度和可靠性。

（1）该惯性泄压阀采用环向开口的形式，爆炸荷载发生器产生的气体压力的方向与阀芯运动方向相互垂直，因此该阀能够在很大的压力范围内正常使用。

（2）该惯性泄压阀的阀口采用环向四排开口，保证阀芯在12mm小位移的情况下可开启等同于100mm直径圆形截面的泄压通达，减小了阀的移动距离，提高了阀的响应速度和可靠性。

（3）该惯性泄压阀采用顶部液压腔12和液压腔定位活塞11实现最大开口量的无级调整，使用方便，外观简单整齐，阀的整体抗震性能好。

（4）该惯性泄压阀在高压气体腔10内充入一定压力的高压气体来设定阀体的开启压力，使用方便，维护成本低。

（5）该惯性泄压阀的的开启采用阀芯的直线运动来实现，只需要普通密封形式即可实现，可靠性和性价比都比较高。