CN109281886B - 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
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 (6)
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;
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;
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);
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;
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。
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:第一阈值压力为0.3-0.45Mpa;第二阈值压力为0.26-0.42Mpa。
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:所述贮箱压力传感器(3)的采样频率为1kHz;测量精度不小于2‰。
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)的通气口直径为3mm;排气电磁阀(6)的通气口直径为5mm。
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: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。
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: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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