CN108190047A - 航天器用液态碱金属供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航天器用液态碱金属供给装置，所述供给装置包括电机组件和存储组件；所述电机组件包括步进电机、丝杆和活塞，所述丝杆的一侧与步进电机连接，另一侧与活塞连接；所述存储组件包括上端盖、储箱壳体和工质管路，所述活塞位于所述上端盖与储箱壳体形成的储箱腔室内，所述工质管路与所述储箱腔室连通且位于活塞的下方；所述活塞的高度小于储箱壳体的高度；所述工质管路包括进液管路和出液管路。本发明通过步进电机和丝杆实现高精度定流量供给控制；丝杆和活塞的孔强结构具备更轻的重量；利用液态碱金属降温时发生相变的物理特性，在储箱壳体外侧设计有冷却回路，对储箱壳体与空心活塞之间的间隙进行相变密封。

Description

航天器用液态碱金属供给装置

技术领域

本发明涉及航天领域，尤其涉及空间飞行器电推进系统，具体地，涉及一种航天器用液态碱金属供给装置。

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，航天领域传统的供给装置没有能够适应碱金属的产品，因此，研发一种能够提供高精度液态碱金属供给的供给装置尤为重要与迫切。

发明内容

目前没有适合航天使用的液态碱金属供给装置，本发明解决了这一问题，实现供给装置长期稳定工作，具备高精度定流量供给能力且结构简单。针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种航天器用液态碱金属供给装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种航天器用液态碱金属供给装置，所述供给装置包括电机组件和存储组件；

所述电机组件包括步进电机、丝杆和活塞，所述丝杆的一侧与步进电机连接，另一侧与活塞连接；

所述存储组件包括上端盖、储箱壳体和工质管路，所述活塞位于所述上端盖与储箱壳体形成的储箱腔室内，所述工质管路与所述储箱腔室连通且位于活塞的下方；

所述活塞的高度小于储箱壳体的高度；

所述工质管路包括进液管路和出液管路。

优选地，所述上端盖位于步进电机和储箱壳体之间，且与步进电机、储箱壳体紧固连接；所述上端盖的底面全覆盖储箱壳体的开口面；

所述丝杆的一侧依次穿过上端盖、步进电机，另一侧与活塞紧固连接；

所述活塞的外壁与储箱壳体的内壁贴合。

优选地，所述丝杆为空心丝杆，所述活塞为空心活塞；

所述丝杆的内径小于活塞的内径；

所述丝杆与活塞之间通过螺栓和螺母连接。

优选地，所述丝杆通过外螺纹分别与上端盖、步进电机连接；

所述步进电机、上端盖和储箱壳体通过螺栓和螺母连接；

所述上端盖与储箱壳体的连接处设置有O形圈。

优选地，所述供给装置还包括温控组件，所述温控组件包括液冷管路、加热装置、温度传感器和引出线；

所述液冷管路、加热装置分别绕设在储箱壳体的外周；

所述温度传感器分布在活塞、储箱壳体和工质管路上；

所述引出线与分布在活塞内的温度传感器连接。

优选地，所述液冷管路位于加热装置上方；所述液冷管路绕设在活塞的外周，所述加热装置绕设在活塞的底端至储箱壳体的底端的外周。

优选地，所述活塞的底部、储箱壳体的底部分别设置有温度传感器；

所述活塞底部的温度传感器与引出线连接，所述引出线沿活塞的内腔延伸至丝杆中穿出。

优选地，所述活塞、丝杆、上端盖、储箱壳体和工质管路均采用316L不锈钢材料。

优选地，所述储箱壳体和工质管路之间采用焊接连接；所述工质管路设置在储箱壳体的底端。

本发明一种航天器用碱金属供给装置，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供给装置的相变密封，即固体碱金属无法流动特性；采用成熟的O形圈密封作为双重密封；采用316L不锈钢材料避免了碱金属对供给装置主体材料的腐蚀，采用金属相变特性避免了高温碱金属对密封材料的腐蚀；接口采用焊接连接保证工质管路高强度无泄漏特性，丝杆和活塞采用中空结构实现结构简单且重量轻。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、通过采用中空的丝杆和活塞实现结构轻量化。

2、通过采用步进电机加丝杆结构实现高精度定流量供给控制。

3、供给装置工质进出接口采用焊接管路，解决了供给装置进出口连接强度和泄露问题。

4、相变密封形式解决了供给装置活塞与储箱壳体密封问题，再配合顶端的O形密封圈实现双道密封。

5、供给装置可以稳定开启和关闭，结构合理，可靠性高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明航天器用液态碱金属供给装置的剖视图；

图中：1-步进电机；2-丝杆；3-上端盖；4-活塞；5-O形圈；6-储箱壳体；7-液冷管路；8-加热装置；9-温度传感器；10-工质管路；11-碱金属工质；12-引出线；13-螺栓；14-螺母。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供一种航天器用液态碱金属供给装置，如图1所示，所述供给装置包括电机组件和存储组件；其中，所述电机组件包括步进电机1、丝杆2和活塞4，所述丝杆2的一侧与步进电机1连接，另一侧与活塞4连接；所述存储组件包括上端盖3、储箱壳体6和工质管路10，所述活塞4位于所述上端盖3与储箱壳体6形成的储箱腔室内，所述工质管路10与所述储箱腔室连通且位于活塞4的下方；所述活塞4的高度小于储箱壳体6的高度。本发明供给装置适用于所有碱金属。

所述工质管路10包括进液管路和出液管路。本实施中，如图1所示，左侧为液态碱金属入口，通过左侧的工质管路10到达储箱壳体6内，而后通过右侧的工质管路10到达下游管路，右侧为液态碱金属出口。左右两侧工质管路10和储箱壳体6焊接。

所述上端盖3位于步进电机1和储箱壳体6之间，且与步进电机1、储箱壳体6紧固连接；所述上端盖3的底面全覆盖储箱壳体6的开口面；所述丝杆2的一侧依次穿过上端盖3、步进电机1，另一侧与活塞4紧固连接；所述活塞4的外壁与储箱壳体6的内壁贴合。

所述丝杆2为空心丝杆，所述活塞4为空心活塞，空心丝杆和空心活塞内部为中空结构，降低重量；所述丝杆2的内径小于活塞4的内径；所述丝杆2与活塞4之间通过螺栓和螺母连接。步进电机1控制空心丝杆和空心活塞上下移动，即供给装置吸入和排出动作。

所述丝杆2通过外螺纹分别与上端盖3、步进电机1连接；所述步进电机1、上端盖3和储箱壳体6通过螺栓13和螺母14连接；所述上端盖3与储箱壳体6的连接处设置有O形圈5。本实施例中，储箱壳体1和上端盖3之间有两道O形圈5。

进一步地，所述供给装置还包括温控组件，所述温控组件包括液冷管路7、加热装置8、温度传感器9和引出线12；通过这些附加组件实现了温控功能。

其中，所述液冷管路7、加热装置8分别绕设在储箱壳体6的外周；所述温度传感器9分布在活塞4、储箱壳体6和工质管路10上；所述引出线12与分布在活塞4内的温度传感器9连接。

所述液冷管路7位于加热装置8上方；所述液冷管路7绕设在活塞4的外周，所述加热装置8绕设在活塞4的底端至储箱壳体6的底端的外周。

本发明供给装置中，活塞4和储箱壳体6之间采用相变密封结构，通过液冷管路7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。同时储箱壳体6、上端盖3和空心丝杆2间的O形圈密封进一步密封，实现了双密封结构。

所述活塞4的底部、储箱壳体6的底部分别设置有温度传感器9；所述活塞4底部的温度传感器9与引出线12连接，所述引出线12沿活塞4的内腔延伸至丝杆2中穿出。

所述活塞4、丝杆2、上端盖3、储箱壳体6和工质管路10均采用316L不锈钢材料；解决了传统供给装置材料不耐液态碱金属腐蚀的问题。

所述储箱壳体6和工质管路10之间采用焊接连接，实现高强度，无泄漏；所述工质管路10设置在储箱壳体6的底端。

本发明航天器用液态碱金属供给装置主要由上部的步进电机1提供驱动力，步进电机1通过带动丝杆2和活塞4上下移动实现液态碱金属的供给。当活塞4向上移动时，储箱壳体6内部会形成真空并吸入碱金属工质11，当活塞4向下移动时，碱金属工质11会被压缩并从工质管路10中流出。通过温度传感器9、加热装置8和液冷管路7实现整个供给装置的温度调控功能和相变密封功能。步进电机1、上端盖3和储箱壳体6通过螺栓13与螺母14连接固定，丝杆2通过螺纹和步进电机1固定，丝杆2下端通过螺栓13与空心活塞4固定。在上端盖3和储箱壳体6上均设置有密封槽和对应的O形圈5实现密封。储箱壳体6下侧进出口分别和工质管路10焊接。空心活塞4底部粘贴有温度传感器9，并通过引出线12穿过活塞4和丝杆2至与外部连接。

本发明通过步进电机和空心丝杆实现高精度定流量供给控制；空心丝杆和空心活塞具备更轻的重量；利用液态碱金属降温时发生相变的物理特性，在储箱壳体外侧设计有冷却回路，对储箱壳体与空心活塞之间的间隙进行相变密封；空心活塞内部的温度传感器可精确测量液态碱金属内部温度；储箱壳体和上端盖内的O形圈实现空间环境内长期可靠密封。

本发明航天器用液态碱金属供给装置的安装方法包括如下步骤：

1、工质管路10焊接在储箱壳体6两侧；

2、丝杆2和活塞4相连，并螺接在步进电机1、上端盖3上；

3、步进电机1和上端盖3通过螺栓13和螺母14连接在储箱壳体6上部；

4、上端盖3和储箱壳体6内侧均设有密封槽，配合O形圈5一起使用，实现密封；

5、加热装置8紧贴在储箱壳体6周围，且在液冷管路7下侧，靠近碱金属工质11；

6、液冷管路7环绕在箱壳体6上侧周围，且环绕着内部的活塞4(空心活塞)；

7、温度传感器9贴在储箱壳体6、工质管路10和活塞4上，且通过引出线12穿过活塞4和丝杆3连接至外侧。

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，仅是为了便于描述发明本和简化描述，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。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述供给装置包括电机组件和存储组件；

所述电机组件包括步进电机(1)、丝杆(2)和活塞(4)，所述丝杆(2)的一侧与步进电机(1)连接，另一侧与活塞(4)连接；

所述存储组件包括上端盖(3)、储箱壳体(6)和工质管路(10)，所述活塞(4)位于所述上端盖(3)与储箱壳体(6)形成的储箱腔室内，所述工质管路(10)与所述储箱腔室连通且位于活塞(4)的下方；

所述活塞(4)的高度小于储箱壳体(6)的高度；

所述工质管路(10)包括进液管路和出液管路。

2.根据权利要求1所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述上端盖(3)位于步进电机(1)和储箱壳体(6)之间，且与步进电机(1)、储箱壳体(6)紧固连接；所述上端盖(3)的底面全覆盖储箱壳体(6)的开口面；

所述丝杆(2)的一侧依次穿过上端盖(3)、步进电机(1)，另一侧与活塞(4)紧固连接；

所述活塞(4)的外壁与储箱壳体(6)的内壁贴合。

3.根据权利要求1或2所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述丝杆(2)为空心丝杆，所述活塞(4)为空心活塞；

所述丝杆(2)的内径小于活塞(4)的内径；

所述丝杆(2)与活塞(4)之间通过螺栓和螺母连接。

4.根据权利要求2所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述丝杆(2)通过外螺纹分别与上端盖(3)、步进电机(1)连接；

所述步进电机(1)、上端盖(3)和储箱壳体(6)通过螺栓(13)和螺母(14)连接；

所述上端盖(3)与储箱壳体(6)的连接处设置有O形圈(5)。

5.根据权利要求1所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述供给装置还包括温控组件，所述温控组件包括液冷管路(7)、加热装置(8)、温度传感器(9)和引出线(12)；

所述液冷管路(7)、加热装置(8)分别绕设在储箱壳体(6)的外周；

所述温度传感器(9)分布在活塞(4)、储箱壳体(6)和工质管路(10)上；

所述引出线(12)与分布在活塞(4)内的温度传感器(9)连接。

6.根据权利要求5所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述液冷管路(7)位于加热装置(8)上方；所述液冷管路(7)绕设在活塞(4)的外周，所述加热装置(8)绕设在活塞(4)的底端至储箱壳体(6)的底端的外周。

7.根据权利要求5所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述活塞(4)的底部、储箱壳体(6)的底部分别设置有温度传感器(9)；

所述活塞(4)底部的温度传感器(9)与引出线(12)连接，所述引出线(12)沿活塞(4)的内腔延伸至丝杆(2)中穿出。

8.根据权利要求1所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述活塞(4)、丝杆(2)、上端盖(3)、储箱壳体(6)和工质管路(10)均采用316L不锈钢材料。

9.根据权利要求1所述的航天器用液态碱金属供给装置，其特征在于，所述储箱壳体(6)和工质管路(10)之间采用焊接连接；所述工质管路(10)设置在储箱壳体(6)的底端。