CN104456079A - 一种电子减压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电子减压系统，包括缓冲气瓶、第一压力电磁阀、第一低压压力传感器及控制单元；缓冲气瓶的进气口端连接至第一压力电磁阀的出气口端，缓冲气瓶的出气口端连接至第一低压压力传感器；第一压力电磁阀的进气口端连接至外部气源；第一低压压力传感器和第一压力电磁阀均与控制单元连接；控制单元通过采集第一低压压力传感器的压力信号，实时控制第一压力电磁阀的通断，实现电子减压。通过本发明，可以使得供气系统的减压比、减压精度、系统可靠度、系统重量等指标明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子减压系统，适用于需要对高压介质进行高精度减压输出的系统，特别适用于航天推进系统的推进剂高精度减压输出控制。
背景技术
在我国目前卫星推进系统中，一般携带的气体增压气体的压力都比较高，约15～30Mpa，但是在卫星上实际使用的压力一般只有0～2MPa，因此，在使用过程中，需对高压气体进行减压处理，使系统压力降低到0～2MPa在使用。在目前使用的系统中，一般使用机械减压器来完成高压气体的减压输出。由于机械减压器存在减压精度低，减压比低、重量大、寿命短等固有缺陷，无法满足长寿命卫星的使用需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种电子减压系统，具有精度高、减压比大、重量轻、寿命长、可靠度高的优点。
本发明的技术方案是：一种电子减压系统，包括缓冲气瓶、第一压力电磁阀、第一低压压力传感器及控制单元；缓冲气瓶的进气口端连接至第一压力电磁阀的出气口端，缓冲气瓶的出气口端连接至第一低压压力传感器；第一压力电磁阀的进气口端连接至外部气源；第一低压压力传感器和第一压力电磁阀均与控制单元连接；控制单元通过采集第一低压压力传感器的压力信号，实时控制第一压力电磁阀的通断，实现电子减压。
还包括第二高压加排阀和第一高压隔离加自锁阀；第一高压隔离加自锁阀的出气口端与第一压力电磁阀的进气口端连接，第一高压隔离加自锁阀的进气口端连接至第二高压加排阀的出气口端，第二高压加排阀的进气口端连接至外部气源。
还包括高压压力传感器、第一气源通断自锁阀和第一高压加排阀；第一气源通断自锁阀的出气口端同时连接至第一高压隔离加自锁阀的进气口端以及第二高压加排阀的出气口端；第一气源通断自锁阀的进气口端同时连接至高压压力传感器以及第一高压加排阀出气口端，第一高压加排阀的进气口端连接至外部气源。
还包括低压加排阀；低压加排阀的出气口端同时连接至缓冲气瓶的出气口端以及第一低压压力传感器。
还包括第二低压压力传感器、第三低压压力传感器；第二低压压力传感器、第三低压压力传感器分别与第一低压压力传感器并联后连接至缓冲气瓶的出气口端。
还包括第二压力电磁阀；第二压力电磁阀与第一压力电磁阀并联后连接至缓冲气瓶的进气口端，同时第二压力电磁阀还与控制单元连接。
还包括第二高压加排阀、第一高压隔离加自锁阀和第二高压隔离加自锁阀；第一高压隔离加自锁阀的出气口端与第一压力电磁阀的进气口端连接，第二高压隔离加自锁阀的出气口端与第二压力电磁阀的进口端连接；第一高压隔离加自锁阀的进气口端、第二高压隔离加自锁阀的进气口端均连接至第二高压加排阀的出气口端，第二高压加排阀的进气口端连接至外部气源。
还包括高压压力传感器、第一气源通断自锁阀、第二气源通断自锁阀和第一高压加排阀；第一气源通断自锁阀的出气口端、第二气源通断自锁阀的出气口端均同时连接至第一高压隔离加自锁阀的进气口端、第二高压隔离加自锁阀的进气口端以及第二高压加排阀的出气口端；第一气源通断自锁阀的进气口端、第二气源通断自锁阀的进气口端同时连接至高压压力传感器以及第一高压加排阀出气口端，第一高压加排阀的进气口端连接至外部气源。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用电子减压系统，将系统的减压精度提高到优于2％的水平，明显高于机械减压器的平均5％的精度水平。
(2)提高了减压系统的“气源压力/输出压力”的减压比。将目前机械减压器的最高低于20的减压比提高到优于75的水平。
(3)提高了减压系统的寿命，机械减压系统在轨只在卫星变轨阶段使用，在轨使用寿命只有1年左右，最长不超过5年，电子减压系统的在轨寿命能到到15年～18年。
(4)降低了系统的重量，机械减压器每个的重量大概在1Kg左右，增加一个备份支路，质量将达到2Kg，而电子减压器在增加一个备份支路后的质量只有大概1Kg，质量降低了一倍。
(5)系统采用了模块化集成设计，减小了系统的体积，为卫星节省了宝贵的空间。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的工作原理图；
图3为本发明的控制时序图；
图4为本发明的集成化模块设计图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种电子减压系统，包括高压压力传感器1、第一高压加排阀2、第一气源通断自锁阀3，第二气源通断自锁阀4、第二高压加排阀5、第一高压隔离加自锁阀6、第二高压隔离自锁阀7、第一压力电磁阀8、第二压力电磁阀9、缓冲气瓶10、低压加排阀11、第一低压压力传感器12、第二低压压力传感器13、第三低压压力传感器14和控制单元15。
在高精度电子减压系统中，缓冲气瓶10气体入口端并联连接第一压力电磁阀8、第二压力电磁阀9；第一压力电磁阀8的气体入口端连接第一高压隔离自锁阀6，第二压力电磁阀9气体入口端连接第二高压隔离自锁阀7；第一高压隔离自锁阀6、第二高压隔离自锁阀7的气体入口端与第二高压加排阀5的气体出口端通过管路连接件并联连接；缓冲气瓶10气体出口端并联连接有第一低压压力传感器12、第二低压压力传感器13、第三低压压力传感器14和低压加排阀11；第一低压压力传感器12、第二低压压力传感器13、第三低压压力传感器14、第一压力电磁阀8和第一压力电磁阀9通过到电缆与控制单元连接，压力电磁阀、低压压力传感器和控制单元组成了高精度电子减压系统的核心部分。
高压压力传感器(1)、第一高压加排阀2、第一气源通断自锁阀3、第二气源通断自锁阀4的入口端通过管路及管路连接件并联连接到星上气源的下游，第一气源通断自锁阀3,、第二气源通断自锁阀4气体出口并联连接，形成具有冗余备份功能的气源通断单元；、第二气源通断自锁阀4的气体出口端并联连接后与第一高压隔离自锁阀6、第二高压隔离自锁阀7和第二高压加排阀5的入口并联连接后的入口相连接，形成整套高精度电子减压器系统。
图2和图3为高精度电子减压系统的工作原理及控制时序图。第一压力电磁阀8由上阀16、小气容17和下阀18组成。首先设定缓冲气瓶10所需要的压力值及公差，控制单元15采集第一低压压力传感器12，第二低压压力传感器13和采集低压压力传感器14的压力值，通过比较三个压力数值，选取2个最接近的压力值，并对这两个压力值进行平均处理，依据控制单元15采集的压力值，判断高精度电子减压系统是否工作，若依据控制单元15采集的压力值小于缓冲气瓶10设定压力的下偏差，则控制单元15发送压力电磁阀上阀16开的指令，高压气体进入小气容17，然后控制单元15发送压力电磁阀上阀16关的指令，停止1s后，控制单元15发送压力电磁阀下阀17开的指令，小气容中的高压气体进入缓冲气瓶10，使得缓冲气瓶10中的压力升高，控制单元15一直采集第一低压压力传感器12，第二低压压力传感器13和采集低压压力传感器14的压力值，判断缓冲气瓶10中的压力值是否达到缓冲气瓶10设定压力的上偏差，若没达到，则一直持续压力电磁阀上阀16和压力电磁阀下阀17的开关指令，直到缓冲气瓶10中的压力值达到设定压力的上偏差。持续上述的操作，则可保持缓冲气瓶10中的压力一直维持在设定压力值的上下偏差之内，起到了高压气体稳压输出的功能。
为了保证高精度电子减压系统的在轨可靠工作，本发明在系统关键部压力电磁阀和低压压力传感器上进行了冗余备份设计，保证在一个压力电磁阀和低压压力传感器出现问题的情况下，整个系统还能正常工作。
在高精度电子减压系统的关键部分实际完成后，从系统的安全性和测试的方便性考虑，增加了高压压力传感器1、第一高压加排阀2、第一气源通断自锁阀3,、第二气源通断自锁阀4、第二高压加排阀5、第一高压隔离加自锁阀6、第二高压隔离自锁阀7和低压加排阀11。高压压力传感器1用来对卫星上使用的气源压力进行监测；第一气源通断自锁阀3、第二气源通断自锁阀4用来完成卫星气源输送的通断控制，两个阀门的功能相同，互为备份；第一高压隔离加自锁阀6、第二高压隔离自锁阀7用来完成第一压力电磁阀8、第二压力电磁阀9和高压气体的隔离，防止高压气体直接作用于第一压力电磁阀8、第二压力电磁阀9上，导致阀门被动开启，使得低压的缓冲气瓶10与高压气源直接相同，造成危险。第一高压加排阀2、第二高压加排阀5和低压加排阀11主要用于高精度电子减压系统的地面试验及测试，第一高压加排阀2用于在卫星发射前，为卫星上的高压气源加注高压气体，低压加排阀11主要用来为缓冲气瓶10在地面加注额定压力的气体，而第二高压加排阀5主要用来作为高精度电子减压系统地面测试的气源接口使用。
在完成系统设计后，对高精度电子减压系统进行了集成化模块设计，图4为高精度电子减压系统的集成化模块布局图，通过产品的集成化模块设计，实现了系统的小型化和通用化，降低了系统的安装空间，提高了系统的可置换性，缩短了卫星的研制周期。
根据不同的使用工况，本发明所提出的高精度电子减压系统的配置可以进行适量的增减，并不只局限于图1所给出的系统配置。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (8)
1.一种电子减压系统，其特征在于：包括缓冲气瓶(10)、第一压力电磁阀(8)、第一低压压力传感器(12)及控制单元(15)；缓冲气瓶(10)的进气口端连接至第一压力电磁阀(8)的出气口端，缓冲气瓶(10)的出气口端连接至第一低压压力传感器(12)；第一压力电磁阀(8)的进气口端连接至外部气源；第一低压压力传感器(12)和第一压力电磁阀(8)均与控制单元连接；控制单元通过采集第一低压压力传感器(12)的压力信号，实时控制第一压力电磁阀(8)的通断，实现电子减压。
2.根据权利要求1所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括第二高压加排阀(5)和第一高压隔离加自锁阀(6)；第一高压隔离加自锁阀(6)的出气口端与第一压力电磁阀(8)的进气口端连接，第一高压隔离加自锁阀(6)的进气口端连接至第二高压加排阀(5)的出气口端，第二高压加排阀(5)的进气口端连接至外部气源。
3.根据权利要求2所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括高压压力传感器(1)、第一气源通断自锁阀(3)和第一高压加排阀(2)；第一气源通断自锁阀(3)的出气口端同时连接至第一高压隔离加自锁阀(6)的进气口端以及第二高压加排阀(5)的出气口端；第一气源通断自锁阀(3)的进气口端同时连接至高压压力传感器(1)以及第一高压加排阀(2)出气口端，第一高压加排阀(2)的进气口端连接至外部气源。
4.根据权利要求1所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括低压加排阀(11)；低压加排阀(11)的出气口端同时连接至缓冲气瓶(10)的出气口端以及第一低压压力传感器(12)。
5.根据权利要求1所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括第二低压压力传感器(13)、第三低压压力传感器(14)；第二低压压力传感器(13)、第三低压压力传感器(14)分别与第一低压压力传感器(12)并联后连接至缓冲气瓶(10)的出气口端。
6.根据权利要求1所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括第二压力电磁阀(9)；第二压力电磁阀(9)与第一压力电磁阀(8)并联后连接至缓冲气瓶(10)的进气口端，同时第二压力电磁阀(9)还与控制单元连接。
7.根据权利要求6所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括第二高压加排阀(5)、第一高压隔离加自锁阀(6)和第二高压隔离加自锁阀(7)；第一高压隔离加自锁阀(6)的出气口端与第一压力电磁阀(8)的进气口端连接，第二高压隔离加自锁阀(7)的出气口端与第二压力电磁阀(9)的进口端连接；第一高压隔离加自锁阀(6)的进气口端、第二高压隔离加自锁阀(7)的进气口端均连接至第二高压加排阀(5)的出气口端，第二高压加排阀(5)的进气口端连接至外部气源。
8.根据权利要求7所述的一种电子减压系统，其特征在于：还包括高压压力传感器(1)、第一气源通断自锁阀(3)、第二气源通断自锁阀(4)和第一高压加排阀(2)；第一气源通断自锁阀(3)的出气口端、第二气源通断自锁阀(4)的出气口端均同时连接至第一高压隔离加自锁阀(6)的进气口端、第二高压隔离加自锁阀(7)的进气口端以及第二高压加排阀(5)的出气口端；第一气源通断自锁阀(3)的进气口端、第二气源通断自锁阀(4)的进气口端同时连接至高压压力传感器(1)以及第一高压加排阀(2)出气口端，第一高压加排阀(2)的进气口端连接至外部气源。
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