本发明涉及低温风洞试验阀门领域，具体来说，涉及一种用于低温风洞的超低温开关阀。
背景技术：
低温风洞试验中，通常采用低温技术来获取较大的试验雷诺数。通过向风洞回路喷射液氮并汽化吸收大量热量以降低试验环境温度的方法来获得，试验环境部分温度低至-196℃。
液氮通过安装在动力段上游的喷射耙实现喷射，每个喷射耙架上布置流量不同、数量不等的喷嘴。风洞运行时，通过低温开关阀控制液氮喷嘴的开闭，根据开启的大、小流量喷嘴数量的不同实现液氮流量的控制。液氮喷射的响应速度和启闭灵敏度对于低温风洞喷射系统的精度至关重要。为减小对流场影响，开关阀需要安装在喷射耙架的内部，因此阀门的阀体及驱动头应能够适应风洞深冷环境，并且尺寸尽可能小，布局尽可能紧凑。
目前国内工业上使用的低温开关阀为低温电磁阀，其驱动部分工作温度范围一般在-50℃～0℃，不能满足低温风洞深冷环境的特殊工况要求。为此，我们提出一种用于低温风洞的超低温开关阀。
技术实现要素：
针对相关技术中的问题，本发明提出一种用于低温风洞的超低温开关阀，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于低温风洞的超低温开关阀，包括阀座、一体化阀体、活塞杆和阀壳，所述阀座焊接在一体化阀体上，所述阀壳的上端安装有阀盖，所述阀盖与阀壳采用螺栓连接形成关阀驱动压力腔，所述阀盖安装在一体化阀体的下部，所述阀盖的内部设置有内腔；
所述活塞杆上设有小活塞，所述小活塞滑动安装在内腔中，所述活塞杆的上端贯穿阀盖并连接有阀瓣，所述阀瓣与所述阀座组成密封副，所述活塞杆的下端滑动贯穿内腔底部并连接有大活塞；
所述活塞杆的下部套设有小波纹管，所述小波纹管的上端密封焊接在小活塞下部，且小波纹管的下端密封焊接在内腔底部，所述内腔中位于小活塞的上方形成内层压力腔体，所述阀盖的顶部开设有通孔；
所述阀盖的外侧套设有大波纹管，且所述大波纹管的上端密封焊接在阀盖上，大波纹管的下端密封焊接在大活塞上，所述阀盖、大波纹管和大活塞的连接共同形成真空绝热腔。
进一步地，所述阀壳上开设有驱动接口，所述驱动接口与高压氮气驱动气源对接；所述阀盖上开设有真空接口，所述真空接口的一端与真空绝热腔的内部连通，且真空接口的另一端与真空罐对接。
进一步地，所述通孔的上部与一体化阀体内部连通，且通孔的下端与内腔的上部连通。
进一步地，所述大波纹管、小波纹管均设置为密封弹性结构。
进一步地，所述阀座的上部通过螺纹与工作端喷嘴对接连接。
进一步地，所述一体化阀体与低温风洞设置为一体结构。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，将一体化阀体与低温风洞一体化设计，阀座出口直接与工作端喷嘴对接，一体化阀体作为低温风洞的流道，并通过在阀壳内连通驱动气源作为动力，整体结构紧凑，外形尺寸小，有利于液氮喷射杷架紧凑布局。
2、本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，通过大、小波纹管的双波纹管结构，形成动密封，消除活塞杆处的泄漏，有效隔绝气源氮气和管路液氮，同时波纹管为密封弹性结构，能够作为弹簧使用，与管道内工质压力同时作为开关阀开启力，结构简单、无需维护和驱动力。
3、本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，采用高压氮气作为开关阀关闭驱动力，能够在超低温环境下(-196℃)使用，且氮气压力可随低温风洞压力调节，适用范围广。
4、本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，低温流体驱动实现开关阀的自开启，常温氮气驱动实现开关阀的关闭；通过多个该开关阀形成的阀组的开闭组合可实现低温风洞温度的精确控制，提高风洞试验段总温控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是根据本发明实施例的用于低温风洞的超低温开关阀的结构示意图。
图中：
1、阀座；2、一体化阀体；3、阀瓣；4、活塞杆；5、阀盖；6、大波纹管；7、小波纹管；8、大活塞；9、阀壳；10、工作端喷嘴；11、驱动接口；12、真空接口；13、通孔；14、小活塞；15、内腔；16、真空绝热腔；17、关阀驱动压力腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
根据本发明的实施例，
请参阅图1，一种用于低温风洞的超低温开关阀，包括阀座1、一体化阀体2、活塞杆4和阀壳9，其中该一体化阀体2与低温风洞设置为一体结构；阀座1焊接在一体化阀体2上，阀壳9的上端安装有阀盖5，阀盖5与阀壳9采用螺栓连接形成关阀驱动压力腔17，阀盖5安装在一体化阀体2的下部，阀盖5的内部设置有内腔15；活塞杆4上设有小活塞14，小活塞14滑动安装在内腔15中，活塞杆4的上端贯穿阀盖5并连接有阀瓣3，阀瓣3与阀座1组成密封副，阀座1的上部通过螺纹与工作端喷嘴10对接连接，活塞杆4的下端滑动贯穿内腔15底部并连接有大活塞8。
活塞杆4的下部套设有小波纹管7，小波纹管7的上端密封焊接在小活塞14下部，且小波纹管7的下端密封焊接在内腔15底部，内腔15中位于小活塞14的上方形成内层压力腔体，阀盖5的顶部开设有通孔13，通孔13的上部与一体化阀体2内部连通，且通孔13的下端与内腔15的上部连通；阀盖5的外侧套设有大波纹管6，且大波纹管6的上端密封焊接在阀盖5上，大波纹管6的下端密封焊接在大活塞8上，阀盖5、大波纹管6和大活塞8的连接共同形成真空绝热腔16。
在实施时，阀壳9上开设有驱动接口11，驱动接口11与高压氮气驱动气源对接；阀盖5上开设有真空接口12，真空接口12的一端与真空绝热腔16的内部连通，且真空接口12的另一端与真空罐对接。真空罐用以保证大波纹管6、小波纹管7之间的空间为真空状态，有效降低了小波纹管7腔体对外的热传递，且其结构简单、紧凑，拆装、维护便捷。
其中，在实施时，大波纹管6、小波纹管7均设置为密封弹性结构，具体可设置为在波纹管内部嵌入弹簧，双波纹管实现内层压力腔体、真空绝热腔16与关阀驱动压力腔17之间的隔离。
实施时具体的工作过程如下：
低温风洞最大压力为11.5atm，压力通过阀盖5上的通孔13作用在小活塞14上部表面，阀瓣3处于常开状态；当需要关闭开关阀时，打开高压氮气气源，由于高压氮气气源压力大于低温风洞最大压力，且大活塞8的作用力面积大于小活塞14的作用力面积，活塞杆4克服低温风洞压力及大波纹管6、小波纹管7的弹力推动阀瓣3向阀座1方向移动，关闭开关阀，液氮不再向风洞回路中喷射。
当风洞回路中需要喷射液氮时，切断高压氮气气源，阀瓣3在低温风洞压力及大波纹管6、小波纹管7的共同作用下脱离阀座1，开关阀打开，管路中的液氮通过工作端喷嘴10喷射到风洞回路中。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，
本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，将一体化阀体2与低温风洞一体化设计，阀座1出口直接与工作端喷嘴10对接，一体化阀体2作为低温风洞的流道，并通过在阀壳9内连通驱动气源作为动力，整体结构紧凑，外形尺寸小，有利于液氮喷射杷架紧凑布局。
本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，通过大、小波纹管的双波纹管结构，形成动密封，消除活塞杆4处的泄漏，有效隔绝气源氮气和管路液氮，同时波纹管为密封弹性结构，能够作为弹簧使用，与管道内工质压力同时作为开关阀开启力，结构简单、无需维护和驱动力。
本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，采用高压氮气作为开关阀关闭驱动力，氮气压力可随低温风洞压力调节，适用范围广。
本发明提供的一种用于低温风洞的超低温开关阀，低温流体驱动实现开关阀的自开启，常温氮气驱动实现开关阀的关闭；通过多个该开关阀形成的阀组的开闭组合可实现低温风洞温度的精确控制，提高风洞试验段总温控制精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于：包括阀座(1)、一体化阀体(2)、活塞杆(4)和阀壳(9)，所述阀座(1)焊接在一体化阀体(2)上，所述阀壳(9)的上端安装有阀盖(5)，所述阀盖(5)与阀壳(9)采用螺栓连接形成关阀驱动压力腔(17)，所述阀盖(5)安装在一体化阀体(2)的下部，所述阀盖(5)的内部设置有内腔(15)；
所述活塞杆(4)上设有小活塞(14)，所述小活塞(14)滑动安装在内腔(15)中，所述活塞杆(4)的上端贯穿阀盖(5)并连接有阀瓣(3)，所述阀瓣(3)与所述阀座(1)组成密封副，所述活塞杆(4)的下端滑动贯穿内腔(15)底部并连接有大活塞(8)；
所述活塞杆(4)的下部套设有小波纹管(7)，所述小波纹管(7)的上端密封焊接在小活塞(14)下部，且小波纹管(7)的下端密封焊接在内腔(15)底部，所述内腔(15)中位于小活塞(14)的上方形成内层压力腔体，所述阀盖(5)的顶部开设有通孔(13)；
所述阀盖(5)的外侧套设有大波纹管(6)，且所述大波纹管(6)的上端密封焊接在阀盖(5)上，大波纹管(6)的下端密封焊接在大活塞(8)上，所述阀盖(5)、大波纹管(6)和大活塞(8)的连接共同形成真空绝热腔(16)。
2.根据权利要求1所述的一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于，所述阀壳(9)上开设有驱动接口(11)，所述驱动接口(11)与高压氮气驱动气源对接；所述阀盖(5)上开设有真空接口(12)，所述真空接口(12)的一端与真空绝热腔(16)的内部连通，且真空接口(12)的另一端与真空罐对接。
3.根据权利要求2所述的一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于，所述通孔(13)的上部与一体化阀体(2)内部连通，且通孔(13)的下端与内腔(15)的上部连通。
4.根据权利要求3所述的一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于，所述大波纹管(6)、小波纹管(7)均设置为密封弹性结构。
5.根据权利要求4所述的一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于，所述阀座(1)的上部通过螺纹与工作端喷嘴(10)对接连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于低温风洞的超低温开关阀，其特征在于，所述一体化阀体(2)与低温风洞设置为一体结构。
技术总结