CN109281886A - 一种电控式低温保险阀 - Google Patents

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Abstract

一种电控式低温保险阀，涉及运载火箭增压输送系统设计领域；包括主阀、气体贮箱、贮箱压力传感器、综合控制器、进气电磁阀、2个排气电磁阀；其中，主阀水平放置；气体贮箱设置在主阀的下方，且气体贮箱与主阀连通；贮箱压力传感器设置在气体贮箱的外壁处，实现对气体贮箱压力的测量；综合控制器与贮箱压力传感器连通；进气电磁阀和2个排气电磁阀均与综合控制器连通，通过综合控制器实现对进气电磁阀和2个排气电磁阀的开关控制；进气电磁阀与主阀连通；2个排气电磁阀串联后与主阀连通；本发明通过电控部分与机械部分设置不同的开启压力，实现贮箱压力的冗余控制。

Description

一种电控式低温保险阀
技术领域
本发明涉及一种运载火箭增压输送系统设计领域，特别是一种电控式低温保险阀。
背景技术
保险阀作为运载火箭增压输送系统的重要单机，起到保证贮箱承压安全的作用，同时辅助维持发动机涡轮泵入口压力。各在役运载火箭增压输送系统所使用的保险阀都是机械结构，是飞行有动作的Ⅱ类单点故障产品。
现役运载火箭增压输送系统所用保险阀都为先导式结构，即由主阀和指挥阀组成，通过指挥阀启闭调节主阀背压腔压力，从而实现主阀启闭。多年使用中发现指挥阀导向配合副、敏感元件为结构薄弱环节。导向配合间隙较小，易受多余物污染引起卡滞故障；敏感元件分为膜片、焊接波纹管两种，膜片疲劳寿命较低，影响阀门工作寿命；焊接波纹管生产工艺复杂，周期长，造价高，影响产品交付进度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种电控式低温保险阀，通过电控部分与机械部分设置不同的开启压力，实现贮箱压力的冗余控制。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种电控式低温保险阀，包括主阀、气体贮箱、贮箱压力传感器、综合控制器、进气电磁阀、2个排气电磁阀；其中，主阀水平放置；气体贮箱设置在主阀的下方，且气体贮箱与主阀连通；气体贮箱通过排气入口向主阀排气；贮箱压力传感器设置在气体贮箱的外壁处，实现对气体贮箱压力的测量；综合控制器与贮箱压力传感器连通；进气电磁阀和2个排气电磁阀均与综合控制器连通，通过综合控制器实现对进气电磁阀和2个排气电磁阀的开关控制；进气电磁阀与主阀连通；2个排气电磁阀串联后与主阀连通。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述的主阀包括外壳、波纹管、回位弹簧和活阀；其中，外壳为水平放置的中空壳体结构；外壳的轴向一端设置有排气出口，实现气流的排出；外壳的轴向另一端密封；波纹管同轴水平固定安装在外壳内部；活阀水平固定安装在外壳的轴线处；且波纹管、活阀的大头端和外壳轴向密封端的内壁围成背压腔；回位弹簧套装在活阀的壁杆外壁处，实现推动活阀沿水平轴向运动。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述外壳在底端外壁处设置有第一出气口；外壳在轴向密封端分别设置有进气口和第二出气口。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述进气电磁阀的一端与第一出气口连通；进气电磁阀的另一端与进气口连通；2个串联的排气电磁阀一端与第二出气口连通；2个串联的排气电磁阀的另一端设置有开口，将排出的气体排放至大气中。
在上述的一种电控式低温保险阀，保险阀的工作过程为：
正常工作状态下，背压腔内部压力与气体贮箱的压力相同；活阀处于关闭状态；
当气体贮箱的压力升高，气体贮箱的压力大于背压腔内部压力时，活阀在外部气压推动下沿轴向波纹管方向移动，活阀打开；气体贮箱的气体通过入口流入外壳，并通过排气出口流出；当气体贮箱的压力升高到第一阈值压力时，贮箱压力传感器发送信号至综合控制器；综合控制器控制进气电磁阀打开；将气体贮箱的气体依次通过第一出气口、进气电磁阀和进气口输出至背压腔内；增大背压腔的压力直至与气体贮箱的压力相同，活阀在回位弹簧的复位弹力作用下，重新闭合；
当贮箱压力传感器测得气体贮箱的压力减小至第二阈值压力时，发出信号至综合控制器；综合控制器控制2个串联的排气电磁阀打开，将背压腔内部气体排放至大气中，将背压腔的压力调整至与气体贮箱压力相同。
在上述的一种电控式低温保险阀，第一阈值压力为0.3-0.45Mpa；第二阈值压力为0.26-0.42Mpa。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述贮箱压力传感器的采样频率为1kHz；测量精度不小于2‰。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述进气电磁阀的通气口直径为3mm；排气电磁阀的通气口直径为5mm。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述回位弹簧采用恒弹合金材料；所述波纹管采用不锈钢材料。
在上述的一种电控式低温保险阀，所述活阀的杆壁贴附氟塑料材料或聚酰亚胺材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用多层成型波纹管作为敏感元件，实现了阀门性能与产品成本的优化；
(2)本发明采用了机械式指挥阀与电控系统联合控制主阀启闭，实现贮箱压力冗余控制，部分消除单点故障模式；
(3)本发明采用了深低温高频电磁阀满足液氢、液氮温区下阀门的快速响应，保证主阀背压腔压力控制精度；
(4)本发明采用模糊PID控制算法实现贮箱压力信号、电磁阀启闭的反馈与调节，确保主阀背压腔压力控制精度。
附图说明
图1为本发明低温保险阀示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种电控式低温保险阀，通过综合控制器4、进气电磁阀5、和2个排气电磁阀6；控制主阀1的背压腔15压力；实现主阀1背压腔15的充、放气，从而实现活阀14的启闭。
如图1所示为低温保险阀示意图，由图可知，一种电控式低温保险阀，包括主阀1、气体贮箱2、贮箱压力传感器3、综合控制器4、进气电磁阀5、2个排气电磁阀6；其中，主阀1水平放置；气体贮箱2设置在主阀1的下方，且气体贮箱2与主阀1连通；气体贮箱2通过排气入口向主阀1排气；贮箱压力传感器3设置在气体贮箱2的外壁处，实现对气体贮箱2压力的测量；综合控制器4与贮箱压力传感器3连通；进气电磁阀5和2个排气电磁阀6均与综合控制器4连通，通过综合控制器4实现对进气电磁阀5和2个排气电磁阀6的开关控制；进气电磁阀5与主阀1连通；2个排气电磁阀6串联后与主阀1连通。
其中，主阀1包括外壳11、波纹管12、回位弹簧13和活阀14；其中，外壳11为水平放置的中空壳体结构；外壳11的轴向一端设置有排气出口，实现气流的排出；外壳11的轴向另一端密封；波纹管12同轴水平固定安装在外壳11内部；活阀14水平固定安装在外壳11的轴线处；且波纹管12、活阀14的大头端和外壳11轴向密封端的内壁围成背压腔15；回位弹簧13套装在活阀14的壁杆外壁处，实现推动活阀14沿水平轴向运动。
外壳11在底端外壁处设置有第一出气口111；外壳11在轴向密封端分别设置有进气口112和第二出气口113。进气电磁阀5的一端与第一出气口111连通；进气电磁阀5的另一端与进气口112连通；2个串联的排气电磁阀6一端与第二出气口113连通；2个串联的排气电磁阀6的另一端设置有开口，将排出的气体排放至大气中。
贮箱压力传感器3的采样频率为1kHz；测量精度不小于2‰。进气电磁阀5的通气口直径为3mm；排气电磁阀6的通气口直径为5mm。回位弹簧13采用恒弹合金材料；所述波纹管12采用不锈钢材料。活阀14的杆壁贴附氟塑料材料或聚酰亚胺材料。
保险阀的工作过程为：
正常工作状态下，背压腔15内部压力与气体贮箱2的压力相同；活阀14处于关闭状态；
当气体贮箱2的压力升高，气体贮箱2的压力大于背压腔15内部压力时，活阀14在外部气压推动下沿轴向波纹管12方向移动，活阀14打开；气体贮箱2的气体通过入口流入外壳11，并通过排气出口流出；当气体贮箱2的压力升高到第一阈值压力时，第一阈值压力为0.3-0.45Mpa；贮箱压力传感器3发送信号至综合控制器4；综合控制器4控制进气电磁阀5打开；将气体贮箱2的气体依次通过第一出气口111、进气电磁阀5和进气口112输出至背压腔15内；增大背压腔15的压力直至与气体贮箱2的压力相同，活阀14在回位弹簧13的复位弹力作用下，重新闭合；
当贮箱压力传感器3测得气体贮箱2的压力减小至第二阈值压力时，第二阈值压力为0.26-0.42Mpa；发出信号至综合控制器4；综合控制器4控制2个串联的排气电磁阀6打开，将背压腔15内部气体排放至大气中，将背压腔15的压力调整至与气体贮箱2压力相同。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种电控式低温保险阀，其特征在于：包括主阀(1)、气体贮箱(2)、贮箱压力传感器(3)、综合控制器(4)、进气电磁阀(5)、2个排气电磁阀(6)；其中，主阀(1)水平放置；气体贮箱(2)设置在主阀(1)的下方，且气体贮箱(2)与主阀(1)连通；气体贮箱(2)通过排气入口向主阀(1)排气；贮箱压力传感器(3)设置在气体贮箱(2)的外壁处，实现对气体贮箱(2)压力的测量；综合控制器(4)与贮箱压力传感器(3)连通；进气电磁阀(5)和2个排气电磁阀(6)均与综合控制器(4)连通，通过综合控制器(4)实现对进气电磁阀(5)和2个排气电磁阀(6)的开关控制；进气电磁阀(5)与主阀(1)连通；2个排气电磁阀(6)串联后与主阀(1)连通。
2.根据权利要求1所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述的主阀(1)包括外壳(11)、波纹管(12)、回位弹簧(13)和活阀(14)；其中，外壳(11)为水平放置的中空壳体结构；外壳(11)的轴向一端设置有排气出口，实现气流的排出；外壳(11)的轴向另一端密封；波纹管(12)同轴水平固定安装在外壳(11)内部；活阀(14)水平固定安装在外壳(11)的轴线处；且波纹管(12)、活阀(14)的大头端和外壳(11)轴向密封端的内壁围成背压腔(15)；回位弹簧(13)套装在活阀(14)的壁杆外壁处，实现推动活阀(14)沿水平轴向运动。
3.根据权利要求2所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述外壳(11)在底端外壁处设置有第一出气口(111)；外壳(11)在轴向密封端分别设置有进气口(112)和第二出气口(113)。
4.根据权利要求3所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述进气电磁阀(5)的一端与第一出气口(111)连通；进气电磁阀(5)的另一端与进气口(112)连通；2个串联的排气电磁阀(6)一端与第二出气口(113)连通；2个串联的排气电磁阀(6)的另一端设置有开口，将排出的气体排放至大气中。
5.根据权利要求4所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：保险阀的工作过程为：
正常工作状态下，背压腔(15)内部压力与气体贮箱(2)的压力相同；活阀(14)处于关闭状态；
当气体贮箱(2)的压力升高，气体贮箱(2)的压力大于背压腔(15)内部压力时，活阀(14)在外部气压推动下沿轴向波纹管(12)方向移动，活阀(14)打开；气体贮箱(2)的气体通过入口流入外壳(11)，并通过排气出口流出；当气体贮箱(2)的压力升高到第一阈值压力时，贮箱压力传感器(3)发送信号至综合控制器(4)；综合控制器(4)控制进气电磁阀(5)打开；将气体贮箱(2)的气体依次通过第一出气口(111)、进气电磁阀(5)和进气口(112)输出至背压腔(15)内；增大背压腔(15)的压力直至与气体贮箱(2)的压力相同，活阀(14)在回位弹簧(13)的复位弹力作用下，重新闭合；
当贮箱压力传感器(3)测得气体贮箱(2)的压力减小至第二阈值压力时，发出信号至综合控制器(4)；综合控制器(4)控制2个串联的排气电磁阀(6)打开，将背压腔(15)内部气体排放至大气中，将背压腔(15)的压力调整至与气体贮箱(2)压力相同。
6.根据权利要求5所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：第一阈值压力为0.3-0.45Mpa；第二阈值压力为0.26-0.42Mpa。
7.根据权利要求6所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述贮箱压力传感器(3)的采样频率为1kHz；测量精度不小于2‰。
8.根据权利要求7所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述进气电磁阀(5)的通气口直径为3mm；排气电磁阀(6)的通气口直径为5mm。
9.根据权利要求8所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述回位弹簧(13)采用恒弹合金材料；所述波纹管(12)采用不锈钢材料。
10.根据权利要求9所述的一种电控式低温保险阀，其特征在于：所述活阀(14)的杆壁贴附氟塑料材料或聚酰亚胺材料。
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