具有多压力操作的阻尼止回阀的制作方法

本发明总体上涉及燃料喷射系统，尤其涉及负责控制通过燃料喷嘴的燃料流的装置。

背景技术：

燃料喷射器已经用于与吸气式推进系统相关的许多应用中，包括例如，用于冲压式喷气发动机、超音速燃烧冲压喷气发动机和燃气涡轮发动机(诸如在航空中所使用的)中。一般而言，这些系统通常包括用于压缩进气的部分、用于燃烧压缩空气和燃料的燃烧部分、以及膨胀部分，在膨胀部分，来自由燃料的燃烧产生的热气的能量被转换为机械能。来自膨胀部分的排气可以用于实现推力或者作为热和能量的来源。

这种喷射器通常采用喷嘴，燃料恰好在燃烧之前从喷嘴排出。必须小心控制进出该喷嘴的流量，以确保在各种操作条件下充分燃烧。因此，必须使用各种流动装置以确保在期望压力下提供足够的燃料流速。

一种这样的装置是止回阀，众所周知，止回阀允许燃料流在沿着流动路径的一个方向上通过，但是在相反方向上阻止燃料流。这种止回阀在恒定的开启和关闭压力下工作。换句话说，开启和关闭止回阀需要特定的压力。

然而，由于某些应用的操作性质，例如航空航天应用，已知燃料的压力以及因此作用在止回阀上的压力会发生变化。造成这种情况的因素是运行周期、燃料温度升高、海拔变化等。

因此，在本领域中需要一种可以容易地适应这种动态条件的止回阀。本发明提供了这种止回阀。根据本文提供的本发明的描述，本发明的这些和其他优点以及附加的发明特征将变得显而易见。

技术实现要素：

一方面，本发明提供了一种止回阀。根据该方面的实施例包括衬套。衬套限定了沿着由衬套限定的纵向轴线对齐的流动通道。止回阀的该实施例还包括提升阀。提升阀具有面向流动通道的第一流动面和相对的第二流动面。偏置元件能操作地联接在提升阀与衬套之间，以在关闭位置使第一流动面抵靠由衬套限定的环形座而偏置。第一流动面被配置为使得需要第一流体压力将提升阀从关闭位置移动到开启位置，在该开启位置，提升阀与环形座脱离，并且需要第二流体压力将提升阀保持在开启位置，第二压力小于第一压力。

在根据该方面的实施例中，第一流动面的具有第一面积的第一部分被布置成使得在关闭位置，流体将接触第一部分。第一流动面的具有比第一面积大的第二面积的第二部分被布置成使得当在开启位置提升阀与环形座脱离时，流体将接触第二部分。

在根据该方面的实施例中，流动通道具有入口部分和相对于通过流动通道的流体的流动方向位于入口部分的下游的出口部分。提升阀的轴向延伸的侧壁介于第一流动面与第二流动面之间。

在根据该方面的实施例中，提升阀能从关闭位置移动到开启位置，在该开启位置，提升阀与环形座脱离，并且能从开启位置移动到完全开启位置，其中，在完全开启位置，相对于从出口部分的下游边缘通过流动通道的流体流的方向，轴向延伸的侧壁的整体位于下游。这种构造允许限制完全开启位置，以进行更精确的流量控制。

在根据该方面的实施例中，在轴向延伸的侧壁与流动通道的出口部分之间形成径向间隙，使得在开启位置允许泄漏流从入口部分通过出口部分。

在根据该方面的实施例中，止回阀还包括位于提升阀中的密封件，使得密封件的一部分暴露在第一流动面上。

另一方面，本发明提供了一种止回阀。根据该方面的实施例包括衬套，该衬套限定了沿着由衬套限定的纵向轴线对齐的流动通道。该实施例还包括具有第一流动面和第二流动面的提升阀。偏置元件能操作地联接在提升阀与衬套之间，以在关闭位置使第一流动面抵靠由衬套限定的环形座而偏置。第一流动面的具有第一面积的第一部分被布置成使得在关闭位置，流体将接触所述第一部分。第一流动面的具有比第一面积大的第二面积的第二部分被布置成使得当在开启位置提升阀与环形座脱离时，流体将接触所述第二部分。

在根据该方面的实施例中，第一流动面被配置为使得需要第一流体压力将提升阀从关闭位置移动到开启位置，在该开启位置，提升阀与环形座脱离，并且需要第二流体压力将提升阀保持在开启位置，第二压力小于第一压力。

在根据该方面的实施例中，流动通道具有入口部分和相对于通过流动通道的流体的流动方向位于入口部分的下游的出口部分。提升阀的轴向延伸的侧壁介于第一流动面与第二流动面之间。提升阀能从关闭位置移动到开启位置，在该开启位置，提升阀与环形座脱离，并且能从开启位置移动到完全开启位置，其中，在该完全开启位置，相对于从出口部分的下游边缘通过流动通道的流体流的方向，轴向延伸的侧壁的整体位于下游。

在根据该方面的实施例中，在轴向延伸的侧壁与流动通道的出口部分之间形成径向间隙，使得在开启位置允许泄漏流从入口部分通过出口部分。

在根据该方面的实施例中，保持器被固定到提升阀上，偏置元件被夹在保持器与衬套之间。

在根据该方面的实施例中，穿过衬套形成多个入口端口，使得围绕衬套的外部的流体经由多个入口端口与流动通道连通。

在根据该方面的实施例中，流动通道的入口部分具有第一直径，并且流动通道的出口部分具有大于第一直径的第二直径。

在又一方面，本发明提供了一种止回阀。根据该方面的实施例包括衬套，该衬套限定了沿着由衬套限定的纵向轴线对齐的流动通道。流动通道具有入口部分和相对于通过流动通道的流体的流动方向位于入口部分的下游的出口部分。该实施例还包括具有第一流动面和第二流动面的提升阀。提升阀的轴向延伸的侧壁介于第一流动面与第二流动面之间。偏置元件能操作地联接在提升阀与衬套之间，以在止回阀的关闭位置使第一流动面抵靠由衬套限定的环形座而偏置。提升阀能从关闭位置移动到开启位置，在开启位置，提升阀与环形座脱离，并且能从开启位置移动到完全开启位置，其中，在完全开启位置，相对于从出口部分的下游边缘通过流动通道的流体流的方向，轴向延伸的侧壁的整体位于下游。在轴向延伸的侧壁与流动通道的出口部分之间形成径向间隙，使得在开启位置允许泄漏流从入口部分通过出口部分。

在根据该方面的实施例中，第一流动面被配置为使得需要第一流体压力将提升阀从关闭位置移动到开启位置，在该开启位置，提升阀与环形座脱离，并且需要第二流体压力将提升阀保持在开启位置。第二压力小于第一压力。

在根据该方面的实施例中，第一流动面的具有第一面积的第一部分被布置成使得在关闭位置，流体将接触所述第一部分。具有比第一面积大的第二面积的第二部分被布置成使得当在开启位置提升阀与环形座脱离时，流体将接触所述第二部分。

在根据该方面的实施例中，流动通道的入口部分的一部分是形成在提升阀的第一阻尼面与衬套的第二阻尼面之间的可变容积阻尼腔。阻尼腔的容积基于提升阀在衬套内的位置而变化。在第一阻尼面与流动通道的入口部分之间形成径向间隙，使得允许泄漏流从阻尼腔流向流动通道的入口部分的其余部分。

在根据该方面的实施例中，流动通道的入口部分具有第一直径，并且流动通道的出口部分具有大于第一直径的第二直径。

当结合附图时，本发明的其他方面、目的和优点将从以下详细描述中变得更加明显。

附图说明

结合在说明书中并形成说明书的一部分的附图示出了本发明的几个方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本文的教导的具有多压力操作的阻尼止回阀的实施例的透视图；

图2是图1的阀处于关闭位置的剖视图；

图3是图1的阀处于关闭位置的局部剖视图；

图4是图1的阀处于开启位置的局部剖视图；

图5是图1的阀处于完全开启位置的局部剖视图；以及

图6是示出通过阀的流动特性的曲线图。

尽管将结合某些优选实施例来描述本发明，但是并不旨在将其限制于这些实施例。相反地，本发明旨在覆盖本发明的实质和范围内所包括的所有替代、修改和等同形式，本发明的实质和范围由所附的权利要求书限定。

具体实施方式

现在转到附图，图1-5示出了根据本文的教导的具有多压力操作的阻尼止回阀(在本文中称为“阀”)的示例性实施例。从下文中可以理解，这种阀被设计成使得可以在低于阀的初始开启压力的压力下控制通过阀的流体流。在操作中，阀在作用于阀的提升阀上的初始开启流体压力下开启，但是可以在以比初始操作压力低得多的操作流体压力下保持开启。实际上，阀将保持在完全开启位置，直到作用在提升阀上的流体压力处于关闭压力。该关闭压力小于初始开启压力。

现在转到图1，阀20以透视图显示。阀20包括衬套22和可在衬套22内移动的提升阀24。偏置元件26作用在衬套22与提升阀24之间，以将提升阀24偏置到关闭位置。特别地，偏置元件被置于衬套22的凸缘与附接到提升阀24的端部的保持器28之间，并且处于压缩状态，使得偏置元件26的试图减压将提升阀24偏置到关闭位置。保持器28可以使用卡环、夹具或其他机械硬件附接到提升阀24。

流体可以流入衬套22的内部，如通常由流动箭头30所示。该流体处于作用在提升阀24的表面上的压力下。一旦该压力达到足以克服提升阀24上的任何反作用和由偏置元件26提供的力的初始开启压力，提升阀24将在衬套内轴向移动。当被充分加压时，提升阀24将继续在衬套22内移动，以允许流体自由地流出阀20，如通常由流向箭头32所示。本文使用的“流体”是指包括可以经由阀门和类似装置控制的任何液体或气体。

尽管未示出，但是阀20可以位于通过任何合适的结构的流动路径中，使得使用用于将止回阀式流动装置置于流动路径中的任何方式来引导流体通过阀20。因此，阀20的应用不限于任何特定的结构或装置，或者任何特定的应用。

现在转到图2，阀20以侧剖视图示出。衬套22包括至少一个入口端口40，并且在图示的实施例中，多个入口端口40彼此等距间隔，将围绕衬套22的外部的流体与穿过衬套22的内部流动通道38连通。该流动通道38沿着由衬套22限定的纵向轴线44对齐。流动通道38包括入口部分46和出口部分48，出口部分48相对于通过阀20的流体流的方向(即，从入口端口40移动到流体从流动通道38流出的一个或多个出口端口42的方向)位于入口部分46的下游。

如图所示，出口部分48的直径大于入口部分46的直径。此外，座50限定在出口部分48内。当提升阀24如图所示邻接座50时，阀20处于关闭位置。也就是说，阻止流体从入口端口40流动并通过流动通道38流出出口端口42。如上所述，偏置元件26作用在提升阀24上，以沿着纵向轴线44在线性方向62上偏置提升阀24，使得阀20常闭。

可变容积阻尼腔52也形成在提升阀24的第一阻尼面54与衬套24的第二阻尼面56之间。在第一阻尼面54与第二阻尼面56之间形成径向间隙，使得当提升阀24在方向62上移动时，阻尼腔52中的流体可以围绕第一阻尼面54流入入口部分46。同时，当阻尼腔52中的流体从阻尼腔52排出时，阻尼腔52中的流体围绕第二阻尼面56流动。该动作用于抑制提升阀24的移动，特别是提升阀24在方向62上的移动。当在方向60上移动时，流体流过第一阻尼面54和第二阻尼面56进入阻尼腔52。与第一阻尼面54和第二阻尼面56相关联的上述径向间隙的尺寸可以被设定为实现期望的阻尼特性。

从该图中还可以看出，偏置元件26被限制在衬套22的凸缘72与上述保持器28之间。可以基于阀20的期望的初始开启压力等来选择该偏置元件26。

如图所示，多个延伸部74从凸缘72向外延伸。如图所示，出口端口42位于相邻的延伸部74之间。如同入口端口40的情况一样，出口端口42的数量可以与所示的数量不同，使得有更少或更多的出口端口42。

如上所述，阀20显示为处于关闭位置，使得提升阀24抵靠座50安置。然而，一旦作用在提升阀24上的流体压力至少处于初始开启压力，提升阀24将沿着轴线44在方向60上移动，以使提升阀24与座50脱离。提升阀24包括通向头部82的台阶78。在脱离之前，流体压力最初作用在提升阀24的头部82的第一流动面84的一部分上。该部分径向限定在座50的径向内表面与阀杆78的径向外表面之间。然而，如下文将解释的，一旦提升阀24与座50脱离，该流体压力作用在提升阀24的、在与第一流动面84相同的其一侧上的其余轴向面对区域上。

作用在提升阀24上的载荷关系是流体作用于的区域的直径的平方乘以流体压力。换句话说，假设初始压力为p1，并且上述座50的处于关闭位置的区域的直径为d1，则提升阀24上的载荷(以及因此作用在开启方向60上的力)与d1xd1xp1＝f1成比例。

然而，从上述关系可以容易地推测出，随着流体压力作用于的区域的直径增加，需要减小的压力来保持相同的载荷。将这种关系应用于提升阀24，一旦提升阀24与座50脱离，则相当大的直径暴露于相同的流体压力。这样，现在可以减小流体压力，以将提升阀24保持在其开启或完全开启位置(在下面定义)。

换句话说，在提升阀24将在方向62上移动并抵靠座50安置之前，作用在第一流动面84上的压力可以显著地降低到初始开启压力以下。正是这种操作允许在低于其初始开启压力的压力下通过阀20进行流量控制。

从图2的观察中还将认识到，提升阀24沿轴线44在方向62上的移动经由提升阀24与座50的邻接而受到限制。同样，提升阀24在方向60上的移动受到衬套22的第一邻接表面64与保持器28的第二邻接表面66的邻接的限制。

现在转到图3，该图示出了图2的剖视图的局部视图，特别是在出口端口42的区域中提升阀24与衬套22的界面。在该视图中，提升阀24(以及因此阀20)处于关闭位置，即提升阀24抵靠座50安置。结果，流入流动通道38的出口部分48被阻止。从该视图中可以看出，密封件88可以位于提升阀24上，使得其在第一流动面84处暴露。该密封件与座50对齐，以增强其密封能力。在其他实施例中，可以省略密封件88。此外，尽管座50通常是环形延伸的脊，但是也可以使用其他的座几何形状。对于非限制性示例，座50可以简单地是出口部分48的轴向面对的平坦表面，或者可以是以不同几何形状示出的轴向突起部。

提升阀24包括设置在第一流动面84与第二流动面86之间的轴向延伸的侧壁80。该轴向延伸的侧壁80用于开启和关闭出口端口42。该侧壁80的轴向长度限定了死区区域，在该死区区域中，在提升阀24与座50脱离并在方向60上移动之后(见图2)，出口端口42仍然被侧壁80关闭，直到侧壁80的上游边缘94位于限定出口端口42的出口部分48的下游边缘90的下游。

如同阻尼腔52的情况(见图2)，侧壁80与出口部分48的径向壁92之间存在径向间隙，使得一旦提升阀24已与座50脱离，就允许受控制的泄漏流从出口部分48经过侧壁80并流出端口42。作为非限制性示例，径向间隙可以是大约0.00015英寸至大约0.0002英寸。在此使用术语“大约”是为了允许用于这种径向间隙的典型的制造公差。允许该泄漏流的提升阀24(以及因此阀20)的该位置被称为开启位置，并在下面相对于图4进行讨论。

现在转到图4，提升阀24沿着轴线44在方向60上移动，使得提升阀24以及阀20现在处于开启位置。本文中的“开启位置”指提升阀24沿轴线44的任何位置，在该位置提升阀24与座50脱离，但是提升阀24的上游边缘94保持在下游边缘90处或下游边缘90的上游。在该位置，流动通道38的入口部分46内的流体可以流入出口部分48。然而，由于侧壁80的上游边缘94并非在轴向上位于出口部分48的下游边缘90的下游，因此仍然阻止了从出口端口42完全流出。应注意，在图4中，提升阀24接近其开启位置的极限，并且即将转换到如下面相对于图5所示和所述的完全开启位置。

尽管在如图4所示的侧壁80的位置，如上所述，在侧壁80与出口部分48的表面92之间的该区域中存在足够的径向间隙，使得可以控制泄漏流。该泄漏流在提升阀24暴露端口42之前提供流量控制。该泄漏流是前述侧壁80与衬套之间的径向间隙以及侧壁80的轴向长度的函数。特别地，泄漏流与径向间隙的立方成正比，并且与穿过径向间隙的流动路径的轴向长度成正比。因此，可以容易地推测出径向间隙尺寸的影响。该间隙的大小是所需泄漏流量的函数，因此可以根据应用而变化。还需重申的是，从关闭位置通过并经过开启位置的移动可以在小于使提升阀24与座50脱离所需的压力的压力下实现。

现在转到图5，该图示出了处于完全开启位置的提升阀24，并且因此示出了处于完全开启位置的阀20。在该位置，上游边缘94完全位于出口部分48的下游边缘90的下游。如上所述，完全开启位置具有最大极限，在该最大极限，表面64、66(见图2)邻接。在该位置，可以通过端口42完全流动。

最后转到图6，该图示出了通过阀20的流量对阀20上的压差的两个曲线图。一个曲线图示了上升的流量，即通过阀20以将阀20从关闭位置转换经过开启位置并到完全开启位置的流量。从该特定的曲线图中可以看出，初始开启压力(表示为阀20上的压差)约为35psi。从该压差开始，流量稳定地增加到其在最大压差下的最大速率。

第二个曲线图显示了下降的流量，即通过阀20以将阀20从完全开启位置转换回关闭位置的流量。该流量以与上升流量相同的最大流速和压差开始。然而，随着压差的减小，应该注意的是，在小于35psi的初始开启压力的压力值下仍可能保持流动。实际上，流动可以继续直到压差值小于10psi。换句话说，可在小于阀20的初始开启压力的压力下控制通过阀20的流速。应该认识到，上面提到的特定压力和流量值仅应作为示例。

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在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)，术语“一”(“a”)和“一个”(“an”)和“该”(“the”)以及类似指代物的使用应被解释为覆盖单复数形式，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。除非另有说明，术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应被解释为开放式术语(即，表示“包括，但不限于”)。除非本文中另有说明，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作单独提及落入该范围内的各个单独数值的简写方法，并且每个单独数值被结合到说明书中，如同其在本文中被单独提及一样。本文中描述的所有方法可以按照任何合适的顺序执行，除非本文中另有说明或者上下文明显矛盾。本文中提供的任一和所有示例、或者示例性用语(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不是对本发明的范围进行限制，除非另有说明。说明书中的任何用语都不应被解释为表示任何未要求保护的元件对于本发明的实施是必不可少的。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人知晓的用于实施本发明的最佳模式。通过阅读前面的描述，这些优选实施例的变型对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。发明人期望本领域技术人员适当地采用这些变型，并且发明人意指以不同于这里具体描述的方式来实施本发明。因此，本发明包括适用法律允许的、所附权利要求中所述主题的所有修改及等同物。此外，除非本文中另有说明或者与上下文明显矛盾，否则本发明包括上述元件在其所有可能变化中的任何组合。