CN105465409B - 电磁先导气控两位三通阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁先导气控两位三通阀，包括副阀、气筒(7)和主阀，副阀是两位三通电磁阀，包括副阀体、副阀座(8)、副阀芯(9)、电磁组件(11)和副阀弹簧(10)；副阀弹簧(10)、副阀芯(9)和副阀座(8)自上至下依次设置在副阀体内，副阀弹簧(10)处于压缩状态；所述气筒(7)的一端为气体进口(16)，所述主阀为两位三通阀，包括主阀体(3)和设置在主阀体内的主阀杆和腔室；主阀杆上套接有自右向左依次套接有活塞(31)、排放阀芯(5)和主阀芯(4)，活塞能够在所述腔室内做往复运动。本发明具有压力高、流量大、体积小、响应快等优点，实现了发动机的快速起动和停机，并减少了发动机关机时的后效冲量。

Description

电磁先导气控两位三通阀

技术领域

本发明涉及一种电磁先导气控的两位三通阀结构，适用于流量大、压力高、响应快、多次起动的上面级发动机推进系统。该阀门可用于多星发射通用上面级、战略导弹多弹头分导上面级推进系统中。

背景技术

为使我国火箭具备多星发射能力，满足不同轨道的多星部署，适应多种轨道的发射任务，需要研制一种低成本、高性能的多次起动上面级。

XX-XX发动机是应用于二代导航工程一箭多星发射上面级推进系统。现有的阀门存在体积大、重量大、响应慢以及缺少排放功能等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种压力高、流量大、响应快、重量轻、带排放功能的多次动作的电磁先导气控两位三通阀。

本发明的技术方案如下：

电磁先导气控两位三通阀，其特殊之处在于：包括副阀、气筒7和主阀，

所述副阀是两位三通电磁阀，包括副阀体、副阀座8、副阀芯9、电磁组件11和副阀弹簧10；副阀弹簧10、副阀芯9和副阀座8自上至下依次设置在副阀体内，副阀弹簧10处于压缩状态；电磁组件11固定副阀体上，位于副阀芯的外侧；副阀芯的外侧壁上设有气体排泄通道，副阀弹簧上方的副阀体开设有气体排放口17，副阀座上设有气体通孔18，副阀座的外侧壁设有与所述气体排泄通道相连通的第一环形槽19，副阀体上设有第二环形槽20，第二环形槽与第一环形槽通过多个第一通道相连通；若副阀芯离开副阀座，气体通孔与第一环形槽相连通；

所述气筒7的侧壁或底部设有一通孔，通孔为气体进口16，气筒的筒口为气体出口，气体出口与所述气体通孔连通；

所述主阀为两位三通阀，包括主阀体3和设置在主阀体内的主阀杆和腔室；主阀杆上套接有自右向左依次套接有活塞31、排放阀芯5和主阀芯4，活塞能够在所述腔室内做往复运动，活塞外侧与主阀体之间为动密封连接，所述第二环形槽与所述腔室连通；主阀杆的左端与主阀体之间设有主弹簧，主弹簧处于压缩状态；

主阀芯的主阀座位于主阀芯的右侧，排放阀芯的排放阀座位于排放阀芯的左侧；

主阀芯处的主阀体上设有推进剂入口13，主阀芯用于控制推进剂入口的开关；主阀芯和排放阀芯之间的主阀体上设有推进剂出口15；排放阀芯处的主阀体上设有推进剂排放口14，排放阀芯用于控制推进剂排放口的开关。

上述气筒呈L状，包括横向段和竖向段，副阀体的下端嵌入所述竖向段，竖向段左侧的气筒上设有第二通道，所述第二环形槽通过第二通道与所述腔室连通。

上述第二环形槽与第一环形槽的位置高度相等，与气体通孔18正对的副阀芯上、以及与气体排放口正对的副阀芯上均设有凹槽，每个凹槽内均设有密封部件。

上述活塞右端外侧与主阀体之间设有密封圈12，密封圈的右侧为动密封环6，动密封环上设有沿圆周均布的多个压力平衡孔21，每个压力平衡孔与密封圈的中部正对。

上述主阀芯的外周设有两个环形台阶，两个环形台阶分别为第一环形台阶22和第二环形台阶23，第一环形台阶的外径小于第二环形台阶的外径；主阀芯的外周套接有第一弹性环24，第一弹性环的右端靠近主阀座，左端与第一环形台阶接触；主阀芯上还套接有第一压环25，第一压环套接在第一弹性环和部分主阀芯上，第一压环与主阀芯之间滚边锁紧，第一压环的内壁设有第三环形台阶，第三环形台阶与第二环形台阶接触。

第一环形台阶上以及与第一弹性环内壁接触的主阀芯均设有环形槽，所述环形槽内均填充有所述第一弹性环。

上述第一压环与第一弹性环及主阀芯之间过盈配合。

主阀芯左侧的主阀杆上还套接一圆盘26，圆盘与住阀体内壁接触，圆盘上设有2-3个个圆周均布的泄荷孔。

上述排放排放阀芯与主阀芯的结构相同，位置相对，具体为：

所述排放阀芯的外周设有两个环形台阶，两个环形台阶分别为第四环形台阶和第五环形台阶，第四环形台阶的外径小于第五环形台阶的外径；排放阀芯的外周套接有第二弹性环，第二弹性环的左端靠近排放阀座，右端与第四环形台阶接触；排放阀芯上还套接有第二压环，第二压环套接在第二弹性环和部分排放阀芯上，第二压环与排放阀芯之间滚边密封，第二压环的内壁设有第六环形台阶，第六环形台阶与第五环形台阶接触；

第四环形台阶上以及与第二弹性环内壁接触的排放阀芯均设有环形槽，所述环形槽内均填充有所述第二弹性环。

上述主阀还包括堵头1，主阀体的左端为开口，堵头安装在所述开口内，所述主弹簧设置在所述圆盘26与堵头1之间。

本发明具有以下技术效果：

本发明的主阀采用了电磁先导气控两位三通结构，实现了发动机的多次快速起动和关机，减少了结构质量、提高了阀门的响应速度；排放阀芯处设置了推进剂排放口，该推进剂排放口在发动机关机时与推力室相通，阀后至推力室之间的推进剂能快速的从该推进剂排放口排空，从而减少了发动机关机时的后效冲量。

本发明两位三通阀的主阀芯4和排放阀芯5采用了滚边锁紧结构，使得金属与非金属材料的镶嵌更加牢靠、紧密，提高了阀芯的承压能力和耐低温性能。

本发明采用了双阀芯对称安装技术(排放排放阀芯与主阀芯的结构相同，位置相对)，减少了结构质量、提高了阀门的响应速度。

本发明的活塞与腔室内壁之间采用了分体式动密封结构，有利于密封圈的安装；动密封环上设有沿圆周均布的多个通孔，每个通孔与密封圈的中部正对，因而动密封环上的通孔有平衡压力的作用，消除了密封圈起动时的翻滚现象，提高了多次动作的工作可靠性。

本发明具有压力高、流量大、体积小、响应快等优点，可作为上面级发动机系统的关机控制阀，同时也适用于大流量、高压力、流阻要求高的工况。

经计算分析、地面试车试验及上天飞行试验研究表明本发明工作可靠，性能稳定，工作压力、工作流量及响应时间可以满足具体任务需求。本发明可在液体火箭发动机、多星发射上面级系统、战略导弹多弹头分导发动机推进系统中推广应用。

附图说明

图1是本发明电磁先导气控两位三通阀的结构简图。

图2是图1的左视图。

图3是本发明排放阀芯结构示意图。

图4本发明动密封环结构示意图。

具体实施方式

为了实现发动机多次起动和关机，减小发动机质量，提高发动机的响应速度，必须设计一种全新的带关机排放功能的控制阀。该阀门需具备可多次重复工作，工作压力范围0～11MPa，工作流量范围0～1.5kg/s，流阻小于0.3MPa，控制气压力7～12MPa，响应时间小于50ms的主要性能。

如图1所示电磁先导气控两位三通阀结构，是本发明的一个优选实施例由堵头1、主弹簧2、主阀体3、主阀芯4、排放阀芯5、动密封环6、气筒7、副阀座8、副阀芯9、副阀弹簧10、电磁组件11及密封圈12等组成。

将本发明应用于某上面级发动机系统的实施实例如下：

在某液体上面级泵压式发动机系统研制中，为了适应发动机系统的工作要求，对控制阀提出可多次重复工作，液路工作压力范围0～11MPa，工作流量范围0～1.5kg/s，流阻小于0.3MPa，控制气压力7～12MPa，响应时间小于50ms，结构质量不大于750g的主要性能要求。为了适应发动机的快响应，该阀门需有关机后排放功能，能够快速排放阀门与推力室之间的推进剂，以减小发动机关机时的后效冲量。经计算分析、地面试车试验及上天飞行试验研究表明，本发明工作可靠，性能稳定，工作压力、工作流量及响应时间可以满足具体任务需求。本发明可在液体火箭发动机、多星发射上面级系统、战略导弹多弹头分导发动机推进系统中推广应用。

尽管对本实施例的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，但是本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离权利要求所界定的范围的情况下进行各种增补、改进和更换，因此，本发明是广泛的。

本发明采用电磁先导阀驱动两位三通阀的结构，先导电磁阀采用小型化设计，并采用高电压起动(27V)、低电压(17V)维持的驱动方式，提高了阀门响应速度，并降低了结构质量及所需携带的能源。两位三通阀采用了双阀芯同轴对称安装技术，简化了流道结构，减少了结构质量、提高了阀门的响应速度；采用了两位三通结构，在发动机关机时能将阀后至推力室之间的推进剂快速排空，有效减少了关机时的后效冲量。该产品的工作方式为通电打开、断电关闭。未通电时，主阀芯在主弹簧力和入口介质力的共同作用下被密封在阀体进口端的阀座上，排放阀芯脱离排放端阀座，电磁阀的副阀芯在其弹簧力作用下被密封在进气端阀座上，控制气体和推进剂处于切断状态。当电磁阀通电时，电磁阀的副阀芯在电磁吸力作用下被密封在排气端阀座上，电磁阀打开，控制气体进入两位三通阀控制腔，由于动密封环上设有沿圆周均布的多个压力平衡孔，因此消除了密封圈起动时的翻滚现象，确保了动密封胶圈的工作可靠性，排放阀芯在气体压力作用下将排放路密封，主阀芯离开阀座，打开推进剂通道。当电磁阀断电时，电磁吸力消失，电磁阀的副阀芯在其弹簧力作用下落回进气端阀座，控制气体被切断，两位三通阀控制气腔内的气体沿电磁阀的排泄通道排出，主阀芯在主弹簧力和入口介质力的共同作用下落回阀体阀座上，切断推进剂通路，排放阀芯离开阀座，打开排放通道。

Claims (10)

1.电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：包括副阀、气筒(7)和主阀，

所述副阀是两位三通电磁阀，包括副阀体、副阀座(8)、副阀芯(9)、电磁组件(11)和副阀弹簧(10)；副阀弹簧(10)、副阀芯(9)和副阀座(8)自上至下依次设置在副阀体内，副阀弹簧(10)处于压缩状态；电磁组件(11)固定副阀体上，位于副阀芯的外侧；副阀芯的外侧壁上设有气体排泄通道，副阀弹簧上方的副阀体开设有气体排放口(17)，副阀座上设有气体通孔(18)，副阀座的外侧壁设有与所述气体排泄通道相连通的第一环形槽(19)，副阀体上设有第二环形槽(20)，第二环形槽与第一环形槽通过多个第一通道相连通；若副阀芯离开副阀座，气体通孔与第一环形槽相连通；

所述气筒(7)的侧壁或底部设有一通孔，通孔为气体进口(16)，气筒的筒口为气体出口，气体出口与所述气体通孔连通；

所述主阀为两位三通阀，包括主阀体(3)和设置在主阀体内的主阀杆和腔室；主阀杆上套接有自右向左依次套接有活塞(31)、排放阀芯(5)和主阀芯(4)，活塞能够在所述腔室内做往复运动，活塞外侧与主阀体之间为动密封连接，所述第二环形槽与所述腔室连通；主阀杆的左端与主阀体之间设有主弹簧(2)，主弹簧处于压缩状态；

主阀芯的主阀座位于主阀芯的右侧，排放阀芯的排放阀座位于排放阀芯的左侧；

主阀芯处的主阀体上设有推进剂入口(13)，主阀芯用于控制推进剂入口的开关；主阀芯和排放阀芯之间的主阀体上设有推进剂出口(15)；排放阀芯处的主阀体上设有推进剂排放口(14)，排放阀芯用于控制推进剂排放口的开关。

2.根据权利要求1所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述气筒呈L状，包括横向段和竖向段，副阀体的下端嵌入所述竖向段，竖向段左侧的气筒上设有第二通道，所述第二环形槽通过第二通道与所述腔室连通。

3.根据权利要求2所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述第二环形槽与第一环形槽的位置高度相等，与气体通孔(18)正对的副阀芯上、以及与气体排放口正对的副阀芯上均设有凹槽，每个凹槽内均设有密封部件。

4.根据权利要求3所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述活塞右端外侧与主阀体之间设有密封圈(12)，密封圈的右侧为动密封环(6)，动密封环上设有沿圆周均布的多个压力平衡孔(21)，每个压力平衡孔与密封圈的中部正对。

5.根据权利要求1至4任一所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述主阀芯的外周设有两个环形台阶，两个环形台阶分别为第一环形台阶(22)和第二环形台阶(23)，第一环形台阶的外径小于第二环形台阶的外径；主阀芯的外周套接有第一弹性环(24)，第一弹性环的右端靠近主阀座，左端与第一环形台阶接触；主阀芯上还套接有第一压环(25)，第一压环套接在第一弹性环和部分主阀芯上，第一压环与主阀芯之间滚边锁紧，第一压环的内壁设有第三环形台阶，第三环形台阶与第二环形台阶接触。

6.根据权利要求5所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：第一环形台阶上以及与第一弹性环内壁接触的主阀芯均设有环形槽，所述环形槽内均填充有所述第一弹性环。

7.根据权利要求6所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述第一压环与第一弹性环及主阀芯之间过盈配合。

8.根据权利要求7所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：主阀芯左侧的主阀杆上还套接一圆盘(26)，圆盘与住阀体内壁接触，圆盘上设有2-3个圆周均布的泄荷孔。

9.根据权利要求8所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述排放阀芯与主阀芯的结构相同，位置相对。

10.根据权利要求9所述的电磁先导气控两位三通阀，其特征在于：所述主阀还包括堵头(1)，主阀体的左端为开口，堵头安装在所述开口内，所述主弹簧设置在所述圆盘(26)与堵头(1)之间。