阅读说明：本技术 超重力环境下使用的冷却气体阀装置 (Cooling gas valve device used in supergravity environment ) 是由 韦华 谢亚丹 王江伟 卢士亮 林伟岸 张泽 陈云敏 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超重力环境下使用的冷却气体阀装置。通气阀座为具有大小两端的结构,通气阀座中心开设有气管固定螺孔,气管固定螺孔和供气管或排气管密封连接,气管固定螺孔周围开设有安装螺孔；密封套套装在通气阀座的小端以及小端和大端之间的台阶上,密封套开设有连接螺孔,内六角螺钉穿过安装螺孔和连接螺孔后连接到超重力实验舱侧壁的螺纹安装孔中,内六角螺钉与通气阀座的安装螺孔之间设置有密封件；通气阀座小端端部穿出密封套伸入到超重力实验舱内部。本发明为超重力环境下的高温装置提供供气,解决超重力加热过程中冷却和降温难题,结构简单,安全系数较高。(The invention discloses a cooling gas valve device used in a supergravity environment. The ventilation valve seat is of a structure with a large end and a small end, the center of the ventilation valve seat is provided with an air pipe fixing screw hole, the air pipe fixing screw hole is hermetically connected with an air supply pipe or an exhaust pipe, and the periphery of the air pipe fixing screw hole is provided with an installation screw hole; the sealing sleeve is sleeved on the small end of the ventilation valve seat and the step between the small end and the large end, the sealing sleeve is provided with a connecting screw hole, an inner hexagon screw passes through the mounting screw hole and the connecting screw hole and then is connected to a threaded mounting hole in the side wall of the supergravity experiment chamber, and a sealing element is arranged between the inner hexagon screw and the mounting screw hole of the ventilation valve seat; the small end of the ventilation valve seat penetrates through the sealing sleeve and extends into the supergravity experiment chamber. The invention provides gas for the high-temperature device in the hypergravity environment, solves the cooling and cooling problems in the hypergravity heating process, and has simple structure and higher safety factor.)

超重力环境下使用的冷却气体阀装置

技术领域

本发明涉及冷却、降温技术领域，尤其涉及一种超重力环境下使用的冷却气体阀装置，用于给超重力环境下高温设备降温或冷却。

背景技术

超重力工程技术是一项强化“三强一反”化工过程的新技术及设备，其基本原理就是利用旋转造成一种稳定可调节的离心力场，形成超重力环境。将各类物理场引入金属凝固过程是当今凝固领域研究的热点问题，由此出现了诸如电磁场凝固、超重力凝固、超声波凝固等新的凝固研究领域。其中超重力凝固是研究在超重力状态下熔体的对流、溶质分布、夹杂物分布以及对熔体凝固过程及凝固组织的影响。超重力凝固过程中，由于凝固中心和结晶团簇的密度与液相密度的差异，可以达到细化晶粒的目的。

目前由于没有适合超重力环境下使用的冷却气供气和排气装置，实现超重力凝固时，首先只能在常重力下先加热熔化合金，然后再启动超重力装置，但当超重力达到设定值后，由于无法精确控制降温速率或温度梯度，只能在关掉电源后随炉冷却，从而无法全面发挥超重力对凝固过程的影响，且整个凝固过程温度控制失控，实验结果重复性差。

发明内容

本发明需要解决的是针对上述超重力凝固或加热装置冷却过程中降温速率或温度梯度精确控制的难题，提供一种装配简单、使用方便、安全系数高，且可用于超重力工况的冷却气体阀装置。

本发明采用的技术方案是：

本发明的冷却气体阀装置安装于超重力实验舱，包括内六角螺钉、通气阀座、密封套和密封件；通气阀座为具有大小两端的结构，通气阀座的大端端面中心开设有气管固定螺孔，气管固定螺孔和超重力实验舱外部的供气管或排气管密封连接，气管固定螺孔周围的通气阀座的大端端面开设有安装螺孔；密封套套装在通气阀座的小端以及小端和大端之间的台阶上，密封套开设有和安装螺孔对应的连接螺孔，内六角螺钉穿过安装螺孔和连接螺孔后连接到超重力实验舱侧壁的螺纹安装孔中，从而将通气阀座和密封套安装到超重力实验舱上，内六角螺钉与通气阀座的安装螺孔之间设置有密封件；通气阀座小端端部穿出密封套伸入到超重力实验舱内部。

超重力实验舱内部的所述通气阀座小端端面中间开设气管连接螺孔，气管连接螺孔和气管固定螺孔之间通过通气阀座内部通道连通，气管连接螺孔和超重力实验舱内部的供气支架上的气管密封连接。

所述的冷却气体阀装置安装于超重力定向凝固试验的超重力实验舱中，包括两个冷却气体阀装置，一个作为供气装置，另一个作为排气装置，冷却气体由超重力实验舱外部气源经供气滑环/供气管通入供气装置的气管固定螺孔，接着经供气装置的气管连接螺孔进入超重力实验舱内部的气管，为降温或冷却装置供气；超重力实验舱内部排出的冷却气体经由气管通入排气装置的气管连接螺孔，接着经排气装置的气管固定螺孔连通到超重力实验舱外部的排气滑环/排气管排出。

所述的安装螺孔开设有四个，四个安装螺孔沿周向间隔均布，密封套对应也开设有四个安装螺孔。

所述的通气阀座的大端为圆形，小端为方形。

所述的通气阀座在小端和大端之间的台阶上设有环形的尖锐凸起，尖锐凸起用于在通气阀座时起到定位作用，同时也可以限制离心机作用下通气阀座径向/轴向移动。

所述的通气阀座安装于超重力实验舱侧壁的螺纹安装孔中，通气阀座大端朝外安装。

所述的密封套利用聚四氟乙烯制备，具有隔热保温效果，防止冷却气体温度降低。

所述的冷却气体为液氮、压缩空气等，压力不高于5MPa。

本发明的有益效果是：

本发明为超重力环境下的高温凝固或高温加热装置提供一种冷却气体阀装置，解决超重力凝固或加热装置冷却过程中降温速率或温度梯度精确控制的难题。

本发明具有结构简单，操作方案且安全系数较高的优点，装置适合1g-2500g超重力环境下，温度从室温-150℃。

附图说明

图1是冷却气体阀装置的主视图；

图2是通气阀座2的剖视图；

图3是图2中A的局部放大示意图；

图4是密封套3的示意图；

图5是密封件4的示意图；

图6是本发明装置在超重力定向凝固实验中的连接安装示意图。

图中：内六角螺钉1、通气阀座2、密封套3、密封件4、固定螺孔2-1、气管固定螺孔2-2、气管连接螺孔2-3、连接螺孔3-1。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，具体实施的冷却气体阀装置安装于超重力实验舱，包括内六角螺钉1、通气阀座2、密封套3和密封件4；通气阀座2为具有大小两端的结构，通气阀座2安装于超重力实验舱侧壁的螺纹安装孔中，通气阀座2大端朝外安装，通气阀座2主要用来通气，最高气压不高于5Mpa；由紫铜制备。

如图2所示，通气阀座2的大端端面中心开设有气管固定螺孔2-2，气管固定螺孔2-2和超重力实验舱外部的供气管或排气管密封连接，气管固定螺孔2-2周围的通气阀座2的大端端面开设有安装螺孔2-1；密封套3套装在通气阀座2的小端以及小端和大端之间的台阶上，如图5所示，密封套3开设有和安装螺孔2-1对应的连接螺孔3-1，内六角螺钉1穿过安装螺孔2-1和连接螺孔3-1后连接到超重力实验舱侧壁的螺纹安装孔中，从而将通气阀座2和密封套3安装到超重力实验舱上，内六角螺钉1与通气阀座2的安装螺孔2-1之间设置有密封件4，密封件4用来将内六角螺钉1与通气阀座2隔离；通气阀座2小端端部穿出密封套3伸入到超重力实验舱内部。

如图2所示，超重力实验舱内部的通气阀座2小端端面中间开设气管连接螺孔2-3，气管连接螺孔2-3和气管固定螺孔2-2之间通过通气阀座2内部通道连通，气管连接螺孔2-3和超重力实验舱内部的供气支架上的气管密封连接。

冷却气体阀装置安装于超重力定向凝固试验的超重力实验舱中，包括两个冷却气体阀装置，一个作为供气装置，另一个作为排气装置，冷却气体由超重力实验舱外部气源经供气滑环/供气管通入供气装置的气管固定螺孔2-2，接着经供气装置的气管连接螺孔2-3进入超重力实验舱内部的气管，为降温或冷却装置供气；超重力实验舱内部排出的冷却气体经由气管通入排气装置的气管连接螺孔2-3，接着经排气装置的气管固定螺孔2-2连通到超重力实验舱外部的排气滑环/排气管排出。

如图3和图5所示，安装螺孔2-1开设有四个，四个安装螺孔2-1沿周向间隔均布，密封套3对应也开设有四个安装螺孔3-1。

如图1和图3所示，通气阀座2的大端为圆形，小端为方形，小端为方形和超重力实验舱侧壁的方通孔配合，使得通气阀座2限制转动。

如图4所示，通气阀座2在小端和大端之间的台阶上设有环形的尖锐凸起，尖锐凸起相比安装螺孔2-1更靠近中间位置，尖锐凸起用于在通气阀座2时起到定位作用，同时也可以限制离心机作用下通气阀座2径向/轴向移动。

本发明的通气阀座2选用紫铜合金，具有良好的塑形，在确保通气情况下，具有良好的塑形，防止通气阀座在超重力和冷却交互作用下的疲劳失效。

密封套3将通气阀座2和超重力实验舱隔离密封，防止通气阀座2和超重力实验舱固定时的缝隙漏气，降低实验舱内的真空度。密封套3利用聚四氟乙烯制备，具有隔热保温效果，防止冷却气体温度降低。

密封件4将通气阀座2和内六角螺钉1隔离密封，用来密封内六角螺钉1与通气阀座2连接的缝隙，防止漏气，降低实验舱内的真空度。密封件4也可利用聚四氟乙烯制备，具有隔热保温效果，防止冷却气体温度通过内六角螺钉1散掉。

冷却气体为液氮、压缩空气等，压力不高于5MPa。

本发明适合1g-2500g超重力环境下，温度从室温-150℃。

冷却气体阀装置置于超重力环境下，尤其是用于超重力定向凝固试验。超重力方向沿超重力实验舱的轴向，通气阀座安装于超重力实验舱的侧壁，因此超重力方向沿通气阀座2的径向方向。

本发明的冷却通气结构在超重力环境下，能满足最大供气压力不低于5MPa的要求，有利于通过调节冷却气体流量或压力给加热或降温装置控制冷却速率的范围，能非常灵活地满足各种类型超重力机载装置的降温要求，适应性强，应用范围宽。

如图3所示，本发明的冷却气体阀装置使用和运行过程：

根据降温和冷速要求，确定供气管和排气管的内径尺寸和供气最大压力。

具体使用和运行过程：

第一步：将冷却气体阀装置固定在超重力实验舱壳体上。一个回路，2个通气阀座，一个与供气管连接，一个与排气管连接；

第二步：从地面气源控制阀引出一路供气管，与超重力离心机主轴的供气滑环连接；

第三步：用一路供气管，一端和超重力离心机主轴的供气滑环连接，然后通过超重力离心机的转臂，另一端与供气装置上的供气阀座连接。最大供气压力不高于5MPa；

第四步：将供气管与供气支架相连，防止供气管在超重力环境下断裂和移动；

第五步：再用一路供气管，一端与供气支架上的供气管连接，另一端与降温或冷却装置的供气管连接；

第六步：用一路排气管，一端与降温或冷却装置的排气管连接，另一端与供气支架上的排气管连接，防止排气管在超重力环境下断裂和移动；

第七步：用一路排气管，一端与供气支架上的排气管连接，另一端与排气装置上通气阀座连接排气口连接；

第八步：用一路排气管，一端与排气装置上通气阀座排气口连接，通过离心机主轴，另一端与超重力离心机主轴的排气滑环连接；

第九步：用一路排气管，一端与超重力离心机主轴的排气滑环连接，另一端通入到气体排放室或室外；

第十步：实验过程中，利用地面供气阀上的压力表，控制供气流量或压力。