CN107477191B - 一种航天器用液态碱金属阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种航天器用液态碱金属阀，包括电机组件、阀芯组件、温控组件和阀门主体，所述电机组件包括电机、支架，阀芯组件包括球头和阀杆，所述阀门主体包括阀体、支撑板和柔性石墨密封环，所述温控组件包括液冷管路、加热装置和温度传感器，阀体左右两侧焊接有焊接接管嘴，阀体的外壁上设有液冷管路、加热装置和温度传感器，所述阀芯组件安装在阀体内，且球头和阀杆通过球铰连接，阀体顶部通过支架安装有电机，所述阀杆上端与电机的转轴端相连，用于控制阀杆和球头实现上下移动，从而实现阀门启闭，所述支撑板和支架通过螺栓和螺母安装在阀体的顶部，且支撑板和支架之间有两道柔性石墨密封环。本发明结构简单，实现了阀门长期稳定的工作。

Description

一种航天器用液态碱金属阀
技术领域
本发明涉及航天领域，具体涉及一种航天器用液态碱金属阀。
背景技术
液态碱金属作为一种易电离的工质，具有高效率低耗能的特点，十分适合作为未来空间飞行器电推进系统中的推进剂。由于碱金属化学性质活泼，易于其它物质反应，航天领域传统的阀门没有能够适应碱金属的产品，因此，研发一种能够控制液态碱金属流动通断的阀门尤为重要与迫切。
发明内容
为解决上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种航天器用液态碱金属阀，结构简单，实现了阀门长期稳定的工作。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种航天器用液态碱金属阀，包括电机组件、阀芯组件、温控组件和阀门主体，所述电机组件包括电机、支架，所述阀芯组件包括球头和阀杆，所述阀门主体包括阀体、支撑板和柔性石墨密封环，所述温控组件包括液冷管路、加热装置和温度传感器，阀体左右两侧焊接有焊接接管嘴，使得液态碱金属阀具备反复拆卸能力，易于安装和使用，阀体的外壁上设有液冷管路、加热装置和温度传感器，所述阀芯组件安装在阀体内，且球头和阀杆通过球铰连接，阀体顶部通过支架安装有电机，所述阀杆上端与电机的转轴端相连，用于控制阀杆和球头实现上下移动，从而实现阀门启闭，所述支撑板和支架通过螺栓和螺母安装在阀体的顶部，且支撑板和支架之间有两道柔性石墨密封环，解决了液态碱金属对常规密封材料的腐蚀性和橡胶材料不耐高温的问题。
优选地，该金属阀的阀体阀座为一体化结构，阀座采用金属密封面，直接集成在阀体上，精简了结构。
优选地，所述球头采用60度球头，和阀体之间采用金属硬密封。
优选地，该金属阀利用液态碱金属的相变物理特性，高温时液态碱金属为液体，电机控制球头实现高温下阀门的开启关闭能力；低温时液态碱金属为固体，液态碱金属无流动能力，实现自密封功能，同时球头和阀体间的金属硬密封同样生效，实现了双密封结构。
优选地，所述阀杆和阀体之间采用相变密封结构，通过液冷管路实现液态碱金属相变，柔软的固态的液态碱金属具备密封和自润滑能力。
优选地，所述阀体、球头、阀杆、支撑板、支架、焊接接管嘴均采用316L不锈钢材料，解决了传统阀门材料不耐液态碱金属腐蚀的问题。
优选地，该金属阀门适用于所有碱金属，所述加热装置紧贴在阀体周围；液冷管路环绕在阀体周围，且与加热装置交错布置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过采用阀体阀座一体化结构实现结构精简化；球头和阀杆通过球铰连接，使得球头与阀座之间密封时具备自定位功能，通过电机控制球头和阀杆上下运动，从而实现了阀门的稳定开启和关闭，结构合理，可靠性高；阀门工质进出接口采用焊接管嘴，解决了阀门难以反复拆装的问题；采用相变密封使得阀门具备无限次的开关数，无阀门寿命问题。
附图说明
图1为本发明实施例一种航天器用液态碱金属阀的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供了一种航天器用液态碱金属阀，包括电机组件、阀芯组件、温控组件和阀门主体，所述电机组件包括电机7、支架6，所述阀芯组件包括球头2和阀杆3，所述阀门主体包括阀体1、支撑板4和柔性石墨密封环5，所述温控组件包括液冷管路11、加热装置12和温度传感器13，所述加热装置12紧贴在阀体1周围；液冷管路11环绕在阀体1周围，且与加热装置12交错布置，阀体1左右两侧焊接有焊接接管嘴10，使得液态碱金属阀具备反复拆卸能力，易于安装和使用，阀体1的外壁上设有液冷管路11、加热装置12和温度传感器13，所述阀芯组件安装在阀体1内，且球头2和阀杆3通过球铰连接，阀体1顶部通过支架6安装有电机7，所述阀杆3上端与电机7的转轴端相连，用于控制阀杆3和球头2实现上下移动，从而实现阀门启闭，所述支撑板4和支架6通过螺栓8和螺母9安装在阀体1的顶部，且支撑板4和支架6之间有两道柔性石墨密封环5。解决了液态碱金属对常规密封材料的腐蚀性和橡胶材料不耐高温的问题。
该金属阀的阀体阀座为一体化结构，阀座采用金属密封面，直接集成在阀体1上，精简了结构。所述球头2采用60度球头，和阀体之间采用金属硬密封。该金属阀利用液态碱金属的相变物理特性，高温时液态碱金属为液体，电机控制球头2实现高温下阀门的开启关闭能力；低温时液态碱金属为固体，液态碱金属无流动能力，实现自密封功能，同时球头2和阀体1间的金属硬密封同样生效，实现了双密封结构。所述阀杆3和阀体1之间采用相变密封结构，通过液冷管路11实现液态碱金属相变，柔软的固态的液态碱金属具备密封和自润滑能力；所述阀体1、球头2、阀杆3、支撑板4、支架6、焊接接管嘴10均采用316L不锈钢材料，解决了传统阀门材料不耐液态碱金属腐蚀的问题。该金属阀门适用于所有碱金属。
本具体实施的航天器用液态碱金属阀门，左侧为液态碱金属入口，液态碱金属通过左侧的焊接接管嘴10到达阀体1，而后通过球头2到达右侧焊接接管嘴10，右侧为液态碱金属出口，通过液冷管路、加热装置和温度传感器实现空间环境的温度控制功能，通过不同温度下碱金属的相变特性实现了阀门的开关，即固体碱金属无法流动，液态碱金属可流动特性；采用成熟的球头阀座密封结构实现液态碱金属的阀门开关特性；采用316L不锈钢材料避免了碱金属对阀门主体材料的腐蚀，采用柔性石墨密封环和金属相变特性避免了高温碱金属对密封材料的腐蚀；接口采用焊接接管嘴使得阀门易于拆卸，阀体上集成阀座使得结构简单可靠，成本低。
本具体实施通过以下步骤完成装配：
1、焊接接管嘴10焊接在阀体1两侧；
2、球头2球角连接到阀杆3上；
3、支撑板4和支架6通过螺栓8和螺母9连接在阀体1上部；
4、支撑板4和支架6内侧均设有密封槽，配合柔性石墨密封环5一起使用，实现密封；
5、加热装置12紧贴在阀体1周围；
6、液冷管路11环绕在阀体1周围，且与加热装置12交错布置；
7、温度传感器13贴在阀体1上；
8、电机7固定在支架6上，并和阀杆3相连。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种航天器用液态碱金属阀，包括电机组件、阀芯组件、温控组件和阀门主体，其特征在于，所述电机组件包括电机、支架，所述阀芯组件包括球头和阀杆，所述阀门主体包括阀体、支撑板和柔性石墨密封环，所述温控组件包括液冷管路、加热装置和温度传感器，阀体左右两侧焊接有焊接接管嘴，阀体的外壁上设有液冷管路、加热装置和温度传感器，所述阀芯组件安装在阀体内，且球头和阀杆通过球铰连接，阀体顶部通过支架安装有电机，所述阀杆上端与电机的转轴端相连，用于控制阀杆和球头实现上下移动，从而实现阀门启闭，所述支撑板和支架通过螺栓和螺母安装在阀体的顶部，且支撑板和支架之间有两道柔性石墨密封环。
2.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：该金属阀的阀体阀座为一体化结构，阀座采用金属密封面，直接集成在阀体上。
3.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：所述球头采用60度球头，和阀体之间采用金属硬密封。
4.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：该金属阀利用液态碱金属的相变物理特性，高温时液态碱金属为液体，电机控制球头实现高温下阀门的开启关闭能力；低温时液态碱金属为固体，液态碱金属无流动能力，实现自密封功能，同时球头和阀体间的金属硬密封同样生效，实现了双密封结构。
5.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：所述阀杆和阀体之间采用相变密封结构，通过液冷管路实现液态碱金属相变，柔软的固态的液态碱金属具备密封和自润滑能力。
6.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：所述阀体、球头、阀杆、支撑板、支架、焊接接管嘴均采用316L不锈钢材料。
7.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：该金属阀门适用于所有碱金属。
8.如权利要求1所述的一种航天器用液态碱金属阀，其特征在于：所述加热装置紧贴在阀体周围；液冷管路环绕在阀体周围，且与加热装置交错布置。
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