[发明专利]一种基于弹簧管位移放大的小型化高压压电比例阀

说明书

一种基于弹簧管位移放大的小型化高压压电比例阀，包括：压电驱动组件、弹性放大组件、外罩、阀体和出气接头。本发明利用弹性放大组件将压电驱动组件的位移放大为阀口开度，实现了位移放大功能；同时将弹性放大组件与阀体焊接在一起，实现了高压动密封功能。压电驱动组件实现了两个压电陶瓷的位移叠加，增大了压电驱动组件的原始位移输出。本发明的压电比例阀具有小型化、轻质化、寿命长和耐高压特点，特别适用于高气压下的比例流量控制场合。

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种基于弹簧管位移放大的小型化高压压电比例阀。

背景技术

比例阀由于其流量连续可调、控制精度高等优点，广泛应用于高精度流体控制领域(如流量控制或压力控制)。比例阀按照驱动方式不同，可以分为电磁比例阀、压电比例阀、磁致伸缩比例阀等，其中压电比例阀由于功耗低、位移分辨率高等优点，成为研究热点。

压电比例阀也正在越来越多地应用到宇航领域，如用作推进系统的推进剂压力调节和流量控制等。空间推进系统的推进剂一般以高压形式进行贮存，需要压电比例阀能够在高气压工况下工作。压电比例阀用于高压气体的压力调节，需要解决的两大问题是：位移放大问题和高压外密封问题。传统压电比例阀一般采用柔性铰链机构(如杠杆放大型、三角放大型和压曲放大型等)实现位移放大，同时采用O型圈、波纹管或压电陶瓷内置的方法解决外密封问题。专利文件CN201710556861.1公开了一种小型直驱式金属密封压电比例阀，其无位移放大机构，采用波纹管实现外密封；专利文件US8608127B2公开一种压电比例控制阀门，未采用位移放大机构，采用压电陶瓷内置实现高压密封；以上两种压电比例阀无位移放大机构，使得其流量调节精度不高。专利文件CN201610587115.4公开一种适用于高压气体的压电比例调节阀，采用双级柔性铰链实现位移放大，采用压电陶瓷内置实现高压密封；A.Lengyel等人在44th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion ConferenceExhibit发表的文章《Miniature Valve for Xenon Thrusters》公开一种微型压电阀，其采用柔性铰链实现位移放大，采用压电陶瓷内置实现高压密封；G.Noci等在30th InternationalElectric Propulsion Conference上发表的文章《Advanced fluidic components forelectric and cold gas propulsion applications：review of status ofachievements at TAS-I Florence》公开一种高压压电比例阀，采用内外环托举方式实现位移放大，采用压电陶瓷内置实现高压密封。

传统压电比例阀存在以下缺点：1)这种采用两部分结构分别实现位移放大功能和高压密封功能的结构，造成了产品体积和重量较大，无法满足空间飞行器对其轻质化和小体积的需求；2)不同类型的外密封结构均存在缺陷，如O型圈可靠性不高、波纹管的耐压能力有限、压电陶瓷内置存在引线密封和多余物等问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于弹簧管位移放大的小型化高压压电比例阀，解决了现有产品结构复杂和密封可靠性低的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于弹簧管位移放大的小型化高压压电比例阀，包括：压电驱动组件、弹性放大组件、外罩、阀体和出气接头；

阀体包括安装板和筒体，安装板上固定连接压电驱动组件，筒体的上端固定连接弹性放大组件，筒体的下端开有进气孔和出气孔，出气孔固定连接出气接头，所述进气孔连接外部高压气体管路；

弹性放大组件的下端设置有与出气接头进气口对应的阀针；

压电驱动组件用于驱动弹性放大组件的上端运动，利用杠杆原理和阀针改变出气接头进气口的通气截面积尺寸；

外罩和安装板固定连接形成空腔结构，所述压电驱动组件位于所述空腔结构内部。