一种可调汽蚀文氏管

本发明涉及流量调节设备技术领域，尤其涉及一种可调汽蚀文氏管。

背景技术：

一般的可调汽蚀文氏管通过阀杆移动调节文氏管喉口处流通截面的面积，从而达到调节流量的目的。

由于驱动阀杆移动的各传动机构之间的连接及动力传递存在误差，当动力传递至阀杆时，误差累积至最大，进而导致可调汽蚀文氏管调节精度差和控制流量的效果差。

技术实现要素：

为克服现有技术中的不足，本申请提供了一种可调汽蚀文氏管，用以解决现有技术中可调汽蚀文氏管调节精度差和控制流量的效果差等问题。

为达上述目的，本申请提供的一种可调汽蚀文氏管，包括文氏管调节机构、差动变压位移传感器、驱动机构及控制器；

所述文氏管调节机构包括文氏管体及阀芯，所述文氏管体沿轴向形成有流体通道，所述阀芯穿设于所述流体通道中；

所述差动变压位移传感器设置于所述文氏管体的一端，所述差动变压位移传感器的感应端与所述阀芯抵接；

所述驱动机构设置于所述文氏管体远离所述差动变压位移传感器的一端，所述驱动机构用于驱动所述阀芯沿轴向移动；

所述控制器分别连接所述差动变压位移传感器和所述驱动机构，当所述阀芯发生位移时，所述控制器通过所述差动变压位移传感器实时获取所述阀芯的位移信息，并根据所述位移信息控制所述驱动机构驱动所述阀芯向目标位置移动。

在一种可能的实施方式中，所述差动变压位移传感器包括线圈、检测杆及弹性元件；

所述检测杆穿设于所述线圈内，且与所述线圈为电磁感应配合，所述检测杆靠近所述阀芯的一端为所述感应端；

所述弹性元件设置于所述检测杆的另一端，所述弹性元件用于推动所述检测杆向所述阀芯靠近，以使得所述感应端与所述阀芯抵接。

在一种可能的实施方式中，所述可调汽蚀文氏管还包括固定架及绝缘夹套，所述固定架的一端连接所述文氏管体，所述固定架的另一端设置有所述绝缘夹套，所述绝缘夹套用于安装所述差动变压位移传感器。

在一种可能的实施方式中，所述驱动机构包括电动缸本体及伺服电机，所述伺服电机连接所述电动缸本体的输入端，所述电动缸本体的输出端连接所述阀芯，所述电动缸本体用于将所述伺服电机输出的旋转运动转换成直线运动。

在一种可能的实施方式中，所述电动缸本体为折叠式结构。

在一种可能的实施方式中，所述流体通道内形成有与所述阀芯相配合的喉部，所述喉部至所述文氏管体两端的内径逐渐增大。

在一种可能的实施方式中，所述喉部沿轴向的截面呈梯形，所述阀芯对应所述喉部位置设置有锥体段，其中，所述锥体段的外壁面与所述喉部的内壁面平行。

在一种可能的实施方式中，所述可调汽蚀文氏管还包括限位机构，所述限位机构设置于所述驱动机构与所述文氏管体之间，所述限位机构用于限制所述阀芯的轴向位移。

在一种可能的实施方式中，所述限位机构包括限位套，所述限位套套设于所述阀芯上，所述限位套内部设置有限位凸台，所述限位凸台与所述阀芯上的轴肩为触碰配合。

在一种可能的实施方式中，所述限位套的周向设置有第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部沿所述限位套的轴向分布，其中，所述第一连接部连接所述驱动机构，所述第二连接部连接所述文氏管体。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请提供的一种可调汽蚀文氏管，包括文氏管调节机构、差动变压位移传感器、驱动机构及控制器；文氏管调节机构包括文氏管体及阀芯，文氏管体沿轴向形成有流体通道，阀芯穿设于流体通道中；差动变压位移传感器设置于文氏管体的一端，差动变压位移传感器的感应端与阀芯抵接；驱动机构设置于文氏管体远离差动变压位移传感器的一端，驱动机构用于驱动阀芯沿轴向移动；控制器分别连接差动变压位移传感器和驱动机构，当阀芯发生位移时，控制器通过差动变压位移传感器实时获取阀芯的位移信息，并根据位移信息控制驱动机构驱动所述阀芯向目标位置移动。本申请提供的可调汽蚀文氏管，通过差动变压位移传感器的感应端与阀芯抵接，以实时获取阀芯的位移信息，差动变压位移传感器将阀芯的位移量转换成电压信号实时反馈给控制器，控制器再控制驱动机构驱动阀芯移动，实现了闭环控制，从而提高了阀芯位移精度的控制，使得可调汽蚀文氏管的流量调节更为精准，控制流量的效果更好。

另外，差动变压位移传感器本身的重复定位误差可达1μm，极大地提高了阀芯的定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种可调汽蚀文氏管的立体结构示意图；

图2示出了图1所示可调汽蚀文氏管的局部剖视图；

图3示出了图2中a处的局部放大示意图；

图4示出了图2中b处的局部放大示意图；

图5示出了图1所示可调汽蚀文氏管中文氏管调节机构的剖视图；

图6示出了图5中c处的局部放大示意图。

主要元件符号说明：

100-文氏管调节机构；110-文氏管体；110a-流体通道；111-出流口；112-进流口；113-收缩段；114-喉部；114a-平行段；115-扩张段；120-阀芯；121-锥体段；200-位移检测机构；210-差动变压位移传感器；211-检测杆；211a-感应端；220-固定架；221-第一密封圈；222-第二密封圈；230-绝缘夹套；300-驱动机构；310-伺服电机；320-电动缸本体；321-输出轴；400-限位机构；400a-限位套；410-限位凸台；420-定位凸台；430-第二连接部；440-第一连接部；450-第三密封圈；460-第四密封圈。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1至图6，本实施例提供的一种可调汽蚀文氏管，具体是涉及一种基于差动变压位移传感器210反馈的可调汽蚀文氏管，应用于火箭发动机领域，用于流量的调节。

请结合参阅图1和图2，本实施例提供的可调汽蚀文氏管包括：文氏管调节机构100、位移检测机构200、驱动机构300及控制器(图未示)。其中，驱动机构300设置于文氏管调节机构100的一端，驱动机构300用于驱动文氏管调节机构100进行调节，以对文氏管调节机构100的流量进行控制。位移检测机构200设置于文氏管调节机构100的另一端，位移检测机构200和驱动机构300分别与控制器电连接。位移检测机构200、控制器以及驱动机构300形成闭环控制，进而提高文氏管调节机构100的流量调节精度和流量控制效果。

请结合参阅图2和图5，具体的，上述文氏管调节机构100包括文氏管体110及阀芯120，文氏管体110沿轴向形成有流体通道110a，文氏管体110上还设置有分别与流体通道110a连通进流口112和出流口111，阀芯120贯穿过文氏管体110设置，且阀芯120位于流体通道110a中。

文氏管体110内的流体通道110a内形成有与阀芯120相配合的喉部114，喉部114位于进流口112和出流口111之间，且喉部114两端分别至进流口112与出流口111段的内径逐渐增大。换而言之，喉部114是流体通道110a内流通截面面积最小的位置，流体通道110a中进流口112至喉部114段为收缩段113，流体通道110a中喉部114至出流口111段为扩张段115。

阀芯120为杆状结构，阀芯120的外壁面与喉部114的内壁面相互配合，通过驱动阀芯120沿轴向移动，使得阀芯120与喉部114配合形成的流通截面的面积大小发生变化，以达到调节流量的目的。

请结合参阅图2、图4以及图5，上述驱动机构300设置于文氏管体110靠近进流口112的一端，驱动机构300用于驱动阀芯120沿轴向移动，实现喉部114的流通截面大小的改变。

具体的，驱动机构300包括电动缸本体320及伺服电机310，伺服电机310连接电动缸本体320的输入端，电动缸本体320的输出端连接阀芯120，电动缸本体320用以将伺服电机310输出的旋转运动转换成直线运动。

其中，电动缸本体320的输出端包括有输出轴321，阀芯120与输出轴321连接，电动缸本体320将伺服电机310输出的旋转运动转换成直线运动，进而驱动阀芯120沿轴向运动。可选地，阀芯120与输出轴321之间可以通过法兰连接或螺纹连接。

可以理解的，电动缸本体320的原理是：伺服电机310输出旋转运动，通过同步带轮传动结构带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠与丝杠螺母配合输出直线运动，输出轴321设置于丝杠螺母上，进而输出轴321也随之输出直线运动。

在一些实施例中，如图2所示，电动缸本体320为折叠式结构，伺服电机310可安装于电动缸本体320腹部，使得可调汽蚀文氏管整体结构更为紧凑，节省长度方向上的空间。

在另一些实施例中，电动缸本体320还可以为直线式结构，伺服电机310可安装于电动缸本体320远离阀芯120的一端，这样可以适配长度方向有足够安装尺寸位置。

请结合参阅图1、图2以及图3，上述位移检测机构200包括差动变压位移传感器210、固定架220及绝缘夹套230。其中，固定架220的一端连接文氏管体110，固定架220的另一端设置有绝缘夹套230，绝缘夹套230用于安装差动变压位移传感器210，使得差动变压位移传感器210位于文氏管体110靠近出流口111的一端，阀芯120贯穿过固定架220与差动变压位移传感器210的感应端211a相抵接。

进一步的，在本实施例中，固定架220对文氏管体110端部形成封堵，避免流体通道110a内的流体流出，并且固定架220与文氏管体110端部之间设置有第一密封圈221。阀芯120贯穿过文氏管体110的端部和固定架220与感应端211a抵接，且阀芯120与固定架220之间设置有第二密封圈222。其中第一密封圈221和第二密封圈222实现文氏管体110内流体通道110a的密封，防止流体通道110a中的流体由端部的配合处泄漏。

差动变压位移传感器210包括线圈(图未示)、检测杆211及弹性元件(图未示)，检测杆211穿设于线圈内，且与线圈为电磁感应配合。也即是说，检测杆211悬浮于线圈内，检测杆211与线圈之间无接触，检测杆211在线圈内沿轴向移动时不受阻力，使用寿命长。

另外，差动变压位移传感器210还具有高分辨率，坚固耐用等多个优点，极大地提高了可调汽蚀文氏管的流量控制精度。

检测杆211靠近阀芯120的一端为感应端211a，其中感应端211a用于与阀芯120抵接。弹性元件设置于检测杆211的另一端，弹性元件用于推动检测杆211向阀芯120靠近，使得感应端211a与阀芯120抵接。具体是，弹性元件装配后始终处于压缩状态，因此，弹性元件为克服压缩形变会给予检测杆211一个反作用力，在该反作用力的推动下，检测杆211会具有向阀芯120运动的趋势，以使得检测杆211上的感应端211a与阀芯120抵接。也即是说，当阀芯120向远离检测杆211的感应端211a运动时，在弹性元件的驱动下，检测杆211会随阀芯120一起运动，直到检测杆211回复到零位，此时驱动机构300停止驱动阀芯120移动。

在本实施例中，检测杆211上的感应端211a设置成球头形状，球头形状的感应端211a与阀芯120的端面为点接触，进而保证检测杆211与阀芯120的同轴度。当阀芯120向靠近检测杆211的感应端211a方向移动时，阀芯120对检测杆211施加推力，该推力与检测杆211的轴线重合，使得检测杆211所受力更均衡，检测杆211在感应线圈内移动更稳定。

上述控制器分别电性连接差动变压位移传感器210和驱动机构300中的伺服电机310。当阀芯120发生位移时，控制器通过差动变压位移传感器210实时获取阀芯120的位移信息，并根据位移信息控制驱动机构300驱动阀芯120向目标位置移动。

进一步的，在差动变压位移传感器210中，由于感应端211a与阀芯120抵接，所以检测杆211会随之同步移动，通过检测杆211与感应线圈配合，将阀芯120的位移量转换成电压信号，并实时反馈至控制器，控制器根据电压信号，再控制驱动机构300驱动阀芯120向目标位置移动，进而实现了闭环控制。可选地，控制器为plc控制器。

具体的，以下对闭环控制的原理举例说明：差动变压位移传感器210通过检测杆211实时获取阀芯120的位移，并将位移量转换成0-10v的电压值。再通过控制器中的ad转换模拟将0-10v的模拟量转换为0-32000的数字量，通过数值运算得到此刻阀芯120的位置。若已知当前阀芯120的位置，依据目标流量，设定目标阀芯120的位置，根据阀芯120的位置之差，控制器不断给伺服电机310发送脉冲。以阀芯120的位移为输出目标，通过pid控制(比例积分微分控制)，发送脉冲给伺服电机310，伺服电机310通过电动缸本体320驱动阀芯120不断向目标位置移动，直到目标位置与阀芯120的当前位置重合，差动变压位移传感器210获取阀芯120的实时位置与目标位置相减，当结果为0，伺服电机310停止发出脉冲，此时阀芯120抵达目标位置。

若当某一时刻，受到外部干扰，阀芯120位置偏离目标位置，此时差动变压位移传感器210实时获取阀芯120位移，将实时位移与目标位置捉差，继而控制阀芯120往目标位置前进，直达阀芯120回到目标位置。应当理解的，上述仅是举例说明，不能作为本申请保护范围的限制。

本实施例提供的可调汽蚀文氏管，通过闭环控制提高了阀芯120位移精度的控制，使得可调汽蚀文氏管的流量调节更为精准，控制流量的效果更好。

另外，差动变压位移传感器210本身的重复定位(从当前位置回到初始位置)误差可低至1μm，可以更为精准的控制和调节喉部114的最小流通截面，极大地提高了阀芯120的定位精度。并且差动变压位移传感器210构造上具有对称性，零位可回复。相比于传统的限位开关而言，差动变压位移传感器210自带原点，而且重复性更好。

实施例二

请参阅图1、图2以及图4，本实施例提供的一种可调汽蚀文氏管，应用于流量的调节，本实施例是在上述实施例一的技术基础上做出的改进，相比上述实施例一，区别之处在于：

本实施例提供的可调汽蚀文氏管，还包括限位机构400，限位机构400设置于驱动机构300与文氏管体110之间，限位机构400用于限制阀芯120的轴向位移。

具体的，限位机构400包括限位套400a，限位套400a套设于阀芯120上，限位套400a内部设置有限位凸台410，限位凸台410与阀芯120上的轴肩为触碰配合。可选地，限位凸台410为圆环形，且沿限位套400a内壁面的周向设置。

在本实施例中，限位凸台410位于限位套400a的远离驱动机构300的一端，阀芯120为阶梯轴结构，阀芯120在截面突变处形成有所述轴肩，并且该轴肩靠近阀芯120与输出轴321连接的一端。限位套400a与阀芯120装配后，阀芯120的轴肩收容于限位套400a内。当阀芯120向靠近感应端211a的方向运动时，并触碰限位凸台410，阀芯120停止位移，由于流体本身张力的存在，流体无法通过此时文氏管体110的喉部114与阀芯120之间所形成的流通截面，也即是说，喉部114与阀芯120配合形成一种密封状态。

在一些实施例中，阀芯120与限位套400a的限位凸台410之间设置有第三密封圈450，限位套400a与文氏管体110之间设置有第四密封圈460。其中，第三密封圈450和第四密封圈460均起到密封的作用，以防止流体通道110a内的流体泄漏。

在一些实施例中，限位套400a内部设置有环形的定位凸台420，定位凸台420与电动缸本体320上的输出轴321的轴肩为触碰配合。需要说明的，当限位套400a内同时设置有定位凸台420和限位凸台410时，将阀芯120的轴肩向沿阀芯120的轴向后移预设距离，在阀芯120向靠近感应端211a移动时，输出轴321的轴肩最先与定位凸台420触碰配合，阀芯120停止移动，此时，同样由于流体表面张力的存在，文氏管体110的喉部114与阀芯120之间所形成的流通截面不允许流体通过，喉部114与阀芯120配合形成密封状态，进而可避免阀芯120与喉部114接触。

限位套400a的周向设置有第一连接部440和第二连接部430，第一连接部440和第二连接部430沿限位套400a的轴向分布。可选地，第一连接部440和第二连接部430均为法兰连接部。其中，第一连接部440与驱动机构300中的电动缸本体320通过螺栓连接，第二连接部430与文氏管体110也通过螺栓连接。

实施例三

请参阅图2、图5以及图6，本实施例提供的一种可调汽蚀文氏管，应用于流量的调节，本实施例是在上述实施例一或实施例二的技术基础上做出的改进，相比上述实施例一或实施例二，区别之处在于：

在本实施例中，喉部114沿轴向的截面呈梯形，可优选为等腰梯形。也即是说，喉部114的形状为一个圆台形的通腔。阀芯120对应喉部114位置设置有锥体段121，其中，锥体段121的外壁面与喉部114的内壁面平行，从而使得文氏管体110的喉部114的最小流通截面不再是某一个特定的截面。也即是说，锥体段121的外壁面与喉部114的内壁面平行后，沿轴向形成一系列等面积的流通截面，使得该可调文氏管能够在喉部114更好的发生并保持汽蚀状态，具有更加稳定的流量系数，更好的保证输送系统的稳定。

可以理解的，流体由进流口112进入流体通道110a后依次经过收缩段113、喉部114与阀芯120形成的平行段114a以及与平行段114a连接的扩张段115。

首先流体经过收缩段113，该过程中，流体通道110a的流通截面积逐渐缩小，流体静压逐渐降低，动压逐渐升高，流体速度加快。

接着流体经过平行段114a，该过程中流通截面的面积近似恒等。流体在平行段114a速度最快，压力降至最低，当静压低于工作介质的饱和蒸汽压时，就会发生汽蚀现象，从而形成气液两相混合流动，此时，由于平行段114a的静压近似稳定为饱和蒸汽压，故在保证喉部114汽蚀的情况下，下游压力波动不会影响上游的压力和可调汽蚀文氏管的流量。通过伺服电机310驱动阀芯120发生位移，可以改变平行段114a的最小流通面积，从而控制流量。

如果没有喉部114没有平行段114a，那么节流面就是喉部114的一个圆环面积，这仅仅是一个面。当加入平行段114a，截面位置包含喉部114和阀芯120的锥体段121围成的整个近似空心圆台，节流部分由面被扩大为体，相当于将原来的圆环拉伸为圆柱。由于节流面积大大增加，可以更好的保证汽蚀和稳定汽蚀。从而得到更稳定的流量系数。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。