CN104235448A - 燃气姿轨控发动机安全阀 - Google Patents

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CN104235448A
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王一林
王栋
阎璐
赵晨曦
薛帅
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K17/00—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves
    • F16K17/02—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side
    • F16K17/14—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member
    • F16K17/16—Safety valves; Equalising valves, e.g. pressure relief valves opening on surplus pressure on one side; closing on insufficient pressure on one side with fracturing member with fracturing diaphragm ; Rupture discs

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Abstract

本发明提供了一种燃气姿轨控发动机安全阀，阀管壳体为中空柱体，内孔为台阶孔，台阶孔小直径段内衬阀管衬，台阶孔小直径一端通过法兰孔连通燃气发生器，台阶孔大直径一端被承压环封闭，承压环与台阶孔内壁通过〇形密封圈密封，承压环承受燃气一侧粘接有隔热垫，承压环另一侧紧贴泄压膜，泄压膜被螺套同轴紧固在阀管壳体上，所述承压环的直径小于泄压膜直径，也小于螺套开口的直径，所述泄压膜的直径大于螺套开口的直径。本发明能在高温高压燃气中长时间工作，能够在不可控因素产生的压力突变升高时有效打开，满足了燃气姿轨控发动机试验研究的安全需求。

Description

燃气姿轨控发动机安全阀
技术领域
本发明涉及一种燃气姿轨控发动机的安全装置。
背景技术
燃气姿轨控发动机安全阀(以下简称燃气安全阀)是燃气姿轨控发动机的衍生技术之一，在姿轨控发动机工作中，因姿轨控调节不当或因装药缺陷等因素造成的压力急升，超过一定压力上限时，燃气安全阀打开，实现泄压排气，确保燃气姿轨控发动机试验不发生毁灭性事故。
国内、外对装药结构完整性和燃烧安全性的研究已经开展了很多年，相应的研究理论和分析方法已经日趋完善，相关的试验研究和安全性分析研究也开展了很多，但所有这些进行的研究和分析都是为了满足装药结构完整性和燃烧安全性所进行的前期工作，但在装药燃烧过程中，一旦出现不可预测的压力突变，造成试验事故，这些手段只能进行一些评估，不能满足试验过程中的试验安全性要求。因此，燃气安全阀的研究填补了这一空白。
其次国内、外在减压阀和安全阀方面的研究主要在高精度压力控制、高精度流量控制等方面，针对的是常温(≤650K)液体或气体的压力与流量控制，燃气安全阀则针对高温(≥2200K)高压(≥20MPa)燃气的压力排放，属于一次性工作的特殊类型的泄压阀。当燃气姿控发动机工作中，因姿控调节或装药缺陷造成的压力上升超过一定上限时，通过燃气安全阀的可靠泄压排气，确保燃气姿控发动机试验时不发生毁灭性事故。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种燃气姿轨控发动机安全阀，采用单向阀结构原理设计，能在高温高压燃气中长时间工作，一次性使用，解决了燃气姿轨控发动机在试验中因燃烧不稳定或调节故障造成的安全性问题，能够在燃气姿轨控发动机试验时避免毁灭性事故的发生，满足了燃气姿轨控发动机试验研究的安全需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括阀管壳体、阀管衬、承压环、隔热垫、〇形密封圈、泄压膜以及螺套，阀管壳体为中空柱体，内孔为台阶孔，台阶孔小直径段内衬阀管衬，台阶孔小直径一端通过法兰孔连通燃气发生器，台阶孔大直径一端被承压环封闭，承压环与台阶孔内壁通过〇形密封圈密封，承压环承受燃气一侧粘接有隔热垫，承压环另一侧紧贴泄压膜，泄压膜被螺套同轴紧固在阀管壳体上，所述承压环的直径小于泄压膜直径，也小于螺套开口的直径，所述泄压膜的直径大于螺套开口的直径。
所述阀管壳体采用超高强度钢30CrMnSiA。
所述阀管衬采用高硅氧/酚醛模压材料。
所述承压环采用超高强度钢30CrMnSiA。
所述螺套采用超高强度钢30CrMnSiA。
所述泄压膜采用硬铝合金2A12，厚度其中Pc为安全阀打开压强，τb为泄压膜材料剪切强度，d为剪切结构处直径。
〇形密封圈采用丁腈橡胶材料。
隔热垫采用三元乙丙橡胶材料。
本发明的有益效果是：结构简单、紧凑，原理清晰，可靠性高，在燃气姿轨控发动机的试验中，燃气安全阀实现了在不可控因素产生的压力突变升高时的有效打开，实现燃气排放，降低压力，确保了试验的安全性，是我国未来燃气姿轨控发动机试验安全性的关键技术之一。该发明为未来高性能防空防天导弹的发展奠定重要试验技术基础。本发明采用的材料均国产化，来源广泛，工艺性好，加工周期较短，产品合格率高，成本低、一致性好。
附图说明
图1是本发明的结构剖视图；
图2是本发明的装配关系分解图；
图3是泄压膜剪切结构示意图；
图中，1、泄压膜，2、承压环，3、螺套，4、〇形密封圈，5、隔热垫，6、阀管壳体，7、阀管衬，8、阀腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示，燃气安全阀通过阀管壳体6上的法兰孔连接在燃气发生器上并采用密封结构，燃气发生器产生的高温、高压气体与阀腔8连通，燃气压力作用在承压环2上，用〇形橡胶密封圈4密封，使用泄压膜1和螺套3紧固，燃气高温通过粘接在阀管壳体上的阀管衬7和粘接在承压环内侧的隔热垫5进行长时间隔热。
当燃气姿轨控发动机试验时，随推力调节，燃气室压力产生变化，此时要求燃气安全阀在设计可控压力范围内处于关闭状态，可靠工作；但装药燃面突变、绝热层掉块堵塞喉部、铝粉沉积等等，这些都影响燃气室压力瞬时升高，严重时造成姿轨控发动机试验中爆炸，损毁试验台和测试系统，造成严重的安全事故和重大经济损失，这时则要求安全阀的承压环开启，实现燃气排放，降低燃气室内压力。
本发明主要由阀管组件(阀管壳体6、阀管衬7)、承压环2与隔热垫5、〇形密封圈4、泄压膜1以及螺套3构成。这种燃气安全阀的使用范围为：压力10MPa～30MPa，燃气温度0K～2200K，工作时间0s～200s。阀管壳体为中空柱体，内孔为台阶孔，台阶孔小直径段内衬阀管衬，台阶孔小直径一端通过法兰孔连通燃气发生器，台阶孔大直径一端被承压环封闭，承压环与台阶孔内壁通过〇形密封圈密封，承压环承受燃气一侧粘接有隔热垫，承压环另一侧紧贴泄压膜，泄压膜被螺套同轴紧固在阀管壳体上，所述承压环的直径小于泄压膜直径，也小于螺套开口的直径，所述泄压膜的直径大于螺套开口的直径。
阀管壳体6作为燃气安全阀的结构件，连接燃气室、承担燃气的高压，采用超高强度钢30CrMnSiA。
阀管衬7为燃气安全阀的防热结构件，承受高温或高温燃气冲刷，采用耐高温和耐冲刷性能较好的高硅氧/酚醛模压材料。
承压环2承受燃气高压，将压力传递给泄压膜，采用超高强度钢30CrMnSiA材料。
螺套3通过螺纹连接在阀管壳体上，承受来自泄压膜传递的力，采用超高强度钢30CrMnSiA材料。
泄压膜1被固定在承压环和螺套之间，承受来自承压环传递的力，并将力传递给泄压膜，再传递给螺套，在承压环与螺套之间形成对泄压膜的环状剪切结构，当产生的剪切应力超过泄压膜剪切强度时，泄压膜将被剪切，实现燃气安全阀的安全打开。通过选择泄压膜材料强度和厚度控制安全阀打开压强(见下式)。泄压膜材料推荐采用硬铝合金2A12材料。
Pc ≤ 4 · δ · τ b d
τ = d · Pc 4 · δ ≤ τ b
δ = d · Pc 4 · τ b
式中：
Pc—安全阀打开压强(即燃气室最高压强)，MPa；
τ—泄压膜剪切应力，MPa；
τb—泄压膜材料剪切强度，MPa；
δ—泄压膜厚度，mm；
d—剪切结构处直径，mm。
〇形密封圈4安放在承压环密封槽内，形成对阀腔内燃气的密封，采用丁腈橡胶材料。
隔热垫5粘接在承压环承受燃气侧，阻隔高温传递，确保燃气安全阀长时间工作，采用三元乙丙橡胶材料。
燃气安全阀的工作原理是：当燃气压力低于安全压力上限时，承压环受到的压力不足以将泄压膜剪切，燃气安全阀处于关闭状态，燃气室压力处于设计可控压力范围内；当燃气压力高于安全压力上限时，承压环将泄压膜剪切，承压环喷出，燃气安全阀打开，对燃气室高压燃气进行排放，一直到燃气排放完；通过控制泄压膜厚度或泄压膜材料强度这两种方法来控制燃气安全阀打开压强。
实施实例1：
燃气安全阀轮廓尺寸：Φ78mm×104.4mm；燃气入口直径：Φ20mm；法兰连接直径：Φ64mm；泄压膜厚度：2.0mm；安全压力上限：36.9MPa；燃气姿轨控发动机试验实际打开压力：37MPa。
实施实例2：
燃气安全阀轮廓尺寸：Φ56mm×67.8mm；燃气入口直径：Φ11mm；法兰连接直径：Φ46mm；泄压膜厚度：1.0mm；安全压力上限：22MPa。

Claims (8)

1.一种燃气姿轨控发动机安全阀，包括阀管壳体、阀管衬、承压环、隔热垫、〇形密封圈、泄压膜以及螺套，其特征在于：阀管壳体为中空柱体，内孔为台阶孔，台阶孔小直径段内衬阀管衬，台阶孔小直径一端通过法兰孔连通燃气发生器，台阶孔大直径一端被承压环封闭，承压环与台阶孔内壁通过〇形密封圈密封，承压环承受燃气一侧粘接有隔热垫，承压环另一侧紧贴泄压膜，泄压膜被螺套同轴紧固在阀管壳体上，所述承压环的直径小于泄压膜直径，也小于螺套开口的直径，所述泄压膜的直径大于螺套开口的直径。
2.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：所述阀管壳体采用超高强度钢30CrMnSiA。
3.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：所述阀管衬采用高硅氧/酚醛模压材料。
4.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：所述承压环采用超高强度钢30CrMnSiA。
5.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：所述螺套采用超高强度钢30CrMnSiA。
6.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：所述泄压膜采用硬铝合金2A12，厚度其中Pc为安全阀打开压强，τb为泄压膜材料剪切强度，d为剪切结构处直径。
7.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：〇形密封圈采用丁腈橡胶材料。
8.根据权利要求1所述的燃气姿轨控发动机安全阀，其特征在于：隔热垫采用三元乙丙橡胶材料。
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