基于功能逻辑组合化的爆炸阀门设计方法.pdf

4 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi ne r y De s i g nMa n u f a c t u r e 第 7期 2 0 1 0年 7月 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 7 0 0 0 4 0 2 基于功能逻辑组合化的爆炸阀门设计方法 木 王 飞宿林 扬 中国工程物理研究院 总体工程研究所 ， 绵阳 6 2 1 9 0 0 A l o g i c d e s i g n me t h o d b a s e d o n f u n c t i o n f o r e x p l o s i v e l y a c t u a t e d v a l v e s ． W ANG Fe i ， S U Li n y a ng I n s t i t u t e o f S y s t e m s E n g i n e e r i n g ， C A E P ， Mi a n y a n g 6 2 1 9 0 0 ， C h i n a 【 摘 要】 爆炸阀J3 是用于气 路控制的自 动阀门， 在国 防 领域中 具有重要用 途。 从功能 上分， 爆炸阀 5 6门可 具有常闭、 常开、 换向 三种功能， 也可以 是以 上三 种功能的组合。通过 介绍 爆炸阀门 实 现不同 功能的 9 2结 构形式， 建立逻 辑组合化设 计方法。 将有效获 得新的结 构设计思 路，提高 设计效率， 降 低设计成本。 ； V 关键词 爆炸阀f - 1 ； 逻辑； 设计方法 6 【 A b s t r a c t 】 T h e e x p l o s iv e ly v a l v e i s u s e d f o r p l u m b i n g c o n t r o l l i n g ， w h i c h i s c r i t i c al c o m p o n e n t i n 如一9 2 f e ri s e fi e l d ． T h e r e a r e t h r e e ty p e s of e x p l o s iv e ly a c t u a t e d v al v e s ， w h i c h i n c l u d e o p e n ， c l o s e a n d s w i tc h y f u n c t i o n s ， o r 口c o m b i n a t io n f u n c t i o n ． The s t r u c t u r e s f o r e ach f u n c t i o n s a r e d e s c r i b e d ， a n d l o g i c d e s ig n i m e t h o d b a s e d o n f u n c t i o n i s e s t a b l i s h e d ． T h e n e w d e s ign c o n c e p ts w i ll b e e as y g o t ， d e s i g n ef fi c ie ncy w i l l 6 6 b e i m p r o v e d ， and d e s ig n c o s t w i ll b e r e d u c e d ， w h e n u s i n g th is m e t h o d , 2 2 K e y w o r d s E x p l o s i v e l y a c t u a t e d v a l v e s ； L o g ic ； D e s i g n me t h o d s ● ●●● ● ●● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ● ● ● ●◇◇ ●●●● ●0◇● 中图分类号 T H1 6 ， T P 1 2 2 文献标识码 A 爆炸和燃气驱动的装置， 比如解保销、 截线器、 推进器或阀 门， 在工业、 航天和国防相关应用领域， 被用于执行关键的功能。 通过装置的自维持燃烧实现动作功能， 可以进行远程控制， 实现 安全可靠的点火。对于爆炸阀门的设计， 通常是依靠长期的经验 积累， 甚至有时被认为是一门设计的艺术Ⅲ 。 1 典型爆炸阀门结构示意 典型爆炸阀门具有常闭、 常开、 组合阀三种形式， 如图 1 a 所示。常闭阀， 使用爆炸燃气推动实心滑阀剪切盲管， 打开气路 ， 滑阀利用阀座端面进行运动截止限位，保证滑阀停止在恰当位 置， 使得气路畅通。常开阀使用适当降低刚度的空心滑阀， 如图 1 b 所示。 在爆炸燃气的驱动下， 挤入阀体锥孔， 截断气路， 滑阀需 要有明显的塑性变形才能实现可靠密封。换向阀， 如图 l C 所 示。使用滑阀击破下端壁面打开气路的同时， 使用锥面截断右端 气路， 实现关闭左右气路的同时， 接通左下通路， 达到换向目的。 a 常闭阀 b 常开阀 c 换向阀 图 1三种典型爆炸阀门结构示意图 介绍的三种爆炸阀门结构形式为典型的爆炸阀门结构。 其他 爆炸阀门可以是不同的设计、 尺寸和形状 ， 但功能基本一致。 2爆炸阀门功能分解 将爆炸阀门气路分离为接头气路和滑阀腔两个区域， 使用逻 辑值 S 表示气路与滑阀腔的连通状态。比如， S 。 表示接头气路a 与滑阀腔的连通状态， 逻辑值 1 为通， 0为不通； ．s 表示接头气路 b与滑阀腔的连通状态， 1 为通， 0为不通。 使用 Q 表示与气路 a 、 b相连的滑阀腔 与外界的连通状态 ， 1 为可 以通或不通 无密封要 求 ， 0为须不通 须密封 。加下标 1 表示爆炸阀门动作前 ， 加下 标 2 表示爆炸阀门动作后。 ． 表 1三种典型爆炸阀门气路状态逻辑描述表 图 1 所示三种典型爆炸阀门的逻辑描述表， 如表 1 所示。这 样， 使用气路的逻辑状态描述不同功能阀门如下 2 ． 1常闭阀设计的逻辑要求 1 动作前接头气路 a , b 不同时与滑阀腔相通 。 A S t o ； 2 动作后， 接头气路 a , b同时与滑阀腔相通 S 2 1 ； 3 有接头气路与滑阀腔相通时，此滑阀腔需与外界不通 Q 。 2 _2常开阀设计的逻辑要求 1 动作前接头气路a ． b同时与滑阀腔相通 S l ； 2 动作后， 接头气路a , b不同时与滑阀腔相通 0 ； 3 有接头气路与滑阀腔相通时，此滑阀腔需与外界不通 -k 来稿日 期 2 0 0 9 0 9 1 2 ★ 基金项目 中国工程物理研究院科学技术发展基金资助课题 2 0 0 8 A 0 2 0 3 0 0 6 第 7期 王 飞等 基于功能逻辑组合化的爆炸阀门设计方法 5 Q S 。 V S 。 2 ． 3换 向阀设计的逻辑要求 1 动作前接头气路 a , b同时与滑阀腔相通， 气路 c 不与滑 阀腔相通 Js S 6 1 -- 1 ， S 0 ； 2 动作前接头气路 n 、 c同时与滑阀腔相通 ， 气路 b不与滑 阀腔相通 S 八S c z 1 ， S 6 2 ---- 0 ； 3 有接头气路与滑阀腔相通时， 此滑阀腔须与外界不通 V V 。 对于其他功能的爆炸阀门， 同样也可以使用气路的逻辑状态 描述。使用逻辑状态描述爆炸阀门功能的好处在于， 将可以实现 对应逻辑状态的不同结构相组合， 即可全面了解爆炸阀门设计的 可能形式 。 3实现气路逻辑状态的结构形式 3 ． 1气路与滑阀腔密封结构 在爆炸阀门动作前， 气路与滑阀腔的密封结构大致可以为盲 管 见图 1 a 、 端壁隔断 见图 1 c 、 柱段密封形式 见图 2 a ， 底端 间隙密封形式 见图2 b 。 使用盲管和端壁密封形式， 可以获得高 可靠性的密封。 使用柱段和末端密封形式 ， 密封可靠性相对较低。 电雷管 密封位置 a 柱段密封 b 末端密封 图 2爆炸 阀门动作前气路 与滑 阀腔间隙密封形式 在爆炸阀门动作后， 气路与滑阀腔的密封结构则可以为锥段 挤压形式和底端挤压形式， 如图3 a 、 图 b 所示。 a 动作前 4 b 动作后 图 3爆 炸阀门动作后底端挤压密封形式 3 _ 2气路与滑阀腔相通形式 在爆炸阀门动作前，气路与滑阀腔相通的结构则比较简单， 直接加工贯穿孔即可。如在爆炸阀门动作后， 气路通流状态发生 变化， 则对应不同的动作前的气路密封形式， 具有相应的气路打 通形式， 在此不再过多介绍。 3 ． 3滑 阀腔与外界密封形式 滑阀腔与外界的密封结构， 在动作前可以为焊接、 过盈配合、 橡胶 0形圈密封等形式。焊接形式密封性能最好， 但工艺较为复 杂； 过盈配合、 橡胶 0形圈密封 ， 工艺简单， 但密封可靠性较低。 因此， 在爆炸阀门的设计当中， 应尽量选取 ， 动作前滑阀腔与外界 无需密封的设计形式。动作后则均为过盈形式， 通过电雷管的大 能量驱动， 滑阀与壁面产生大过盈， 可以实现可靠密封。 4多功能阀逻辑设计实例 在此 ， 以某多功能阀设计需求为例 ， 其功能示意， 如图4所 示， 其功能逻辑描述如下 1 动作前， 气路 a , b相通， 气路 c 、 d与 滑阀腔不通； 2 动作后 ， 气路 。与滑阀腔不通， 气路 b ， c ， d相通； 3 有接头气路与滑阀腔相通时， 此滑阀腔须与外界不通。 图 4多功能阀功能示意图 根据功能逻辑 ， 将可 以实现功能的结构相组合 ， 即可获得此 多功能阀的设计思路。比如， 设计选择动作前 a , b端与滑阀腔贯 穿相通 ， c 、 d 端与滑阀腔通过盲管密封； 动作后， 锥面密封 a 端， b 端保持与滑阀腔相通， 剪切 c , d 端盲管使之与滑阀腔相通， 即可 获得结构设计思路， 如图 5 a 所示。 a 单滑阀腔设计 b 双滑阀腔设计 图 5多功能阀结构示意图 另外， 检索资料表明， 此功能阀还可以为图 5 b 结构形式， 此 结构设计具有两个滑阀腔， 即一个电雷管驱动两个串联滑阀， 控制 两条气路， 两条气路之间， 通过一贯穿滑阀的公共气路相联。这样， 在爆炸阀门动作前， 滑阀腔无须与外界密封， 具有更好的工艺性。 5结语 将爆炸阀门进行 功能分解 ， 通过功能的逻辑形式表达 ， 可 以 更清晰的了解爆炸阀门的功能要求。 汇总每个功能所需要的结构 形式 ， 形 成逻辑功能组合化设计方法 ， 可 以给不 同功能爆炸阀门 的设计提供思路。 参考文献 I Ad a m M． Br a nd ， ke i t h A． G o n t h i e r ． S y s t e m mo d e l i n g o f E x p l o s i v e l y Ac t u a t e d V alv e s ． J o u r n a l o f P r o p u l s i o n a n d P o w e r ， 2 0 0 7 ， 2 3 5 2 R Ng ， D． M． Kwo n ． Th e Us e o f MAVI S I I t o I n t e g r a t e T h e Mo d e l i n g a n d An a l y s i s o f Ex p l o s i v e Va l v e I n t e r a c t i o n s ． S a nd i a Na t i o n a l La b o r a t o r i e s ． K、 e r mo r e ， C A， 2 0 0 5 3 Gi l b e r t ， T wo P o s it i o n Li q u i d F l o w Co n t r o l Va l v e ． US P a t e n t ， 2 0 0 2 4 J ．T ．T h o r p ， E x p l o s i v e l y A c t u a t e d V al v e s ． U S P a t e n t ， 2 0 0 2 5 h t t p ww wk e p ．e o m