CN109519425B - 一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，涉及载人航天压力容器技术领域。该并联式多膜盒蓄能器，采用多个膜盒集成在一个蓄能器内同时工作，能够防止单个膜盒失效后蓄能器无法工作的情况，并且通过膜盒位置传感器，实时监测各个膜盒的位置情况以判断蓄能器的工质量，并且通过多个传感器之间的对比，可以判断单个膜盒的性能和失效情况。本发明将多个膜盒进行集成在一个蓄能器内，相比安装多个单独的单膜盒蓄能器，能够节省体积、减少接口，在航天设备内部的空间布置、信号线布置等方面更有优势，更加适用于航天领域。
Description
技术领域
本发明涉及载人航天压力容器技术领域，尤其涉及一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器。
背景技术
目前，在载人航天领域，需要使用的设备中有许多都是带有液体工质工作的。这些设备在使用时，即使进行过检漏等操作，在运行期间，也会出现微量的工质损失，这些微量的损失长期累积后，会对设备造成性能影响，而载人航天一般在轨运行的时间都在十年以上，因此需要有相应的措施进行液体补充。
一般情况下，在这些设备内，布置有蓄能器，蓄能器内只有单个膜盒。蓄能器连接在液体系统内，下方为液体和液体系统连通，上方为预先充好的一定压力的气体，气体和液体通过膜盒隔离。当设备液体损失时，气体压力驱动膜盒运动将膜盒内的液体压入设备的液体系统内。此外，当温度发生变化时，液体发生体积变化，会推动膜盒运动承受液体体积的变化量，避免出现体积变化损坏设备的情况。
在载人航天领域，为保证设备内部的液体工质尽可能占满空腔，一般采用先对空腔抽真空再使用压力将液体压入空腔的加注方法。这种方法的加注效果良好，但是在抽真空过程中，会使蓄能器的膜盒运动到底部极限位置，加注以后再反弹会正常位置。此外，为达到更换的吹除、检漏效果，设备还会采用抽真空-吹除、抽真空-检漏的操作。航天设备在发射前的各个阶段的试验过程中经历多次加注、检漏、吹除工作，蓄能器也要承受多次的抽真空，膜盒多次欲动到底部再回弹，对膜盒的性能和寿命有一定的影响，膜盒可能会出现运动到蓄能器底部后无法回弹或者回弹效果变差的现象，导致蓄能器失效，从而影响整个航天设备的液体系统无法满足长期运行的需求。
为了避免使用一个蓄能器影响航天设备的正常使用，一般可以在同一个设备内布置多个蓄能器，但是，同储液量下的设备总体积会增加，并且需要多个和设备液体系统的液体接口，同时蓄能器的气侧加压接口、信号采集接口成倍增加，空间布置更加复杂、占用体积更多、线缆的走线布置更加复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，包括：壳体，所述壳体内设置有多个并联的独立运行的膜盒，每个膜盒均与一个膜盒位置传感器连接，所述膜盒位置传感器实时监测膜盒位置，并将膜盒位置信号发送至控制端；
所述壳体的顶端开设所述有信号采集供电接口和充气接口，所述壳体的底端开设有液体连接接口，所述壳体内腔的上部充填有气体，所述壳体的内腔的下部充填有液体，且气体和液体通过所述膜盒隔开。
优选地，所述膜盒位置传感器包括线缆、转筒、固定导杆、联动杆、滑动电阻和电源，所述线缆的一端与所述膜盒的顶部连接，所述线缆的另一端固定在所述转筒上，所述线缆缠绕在所述转筒的外壁上，所述固定导杆穿设在所述转筒的中心轴线上，所述转筒可沿所述固定导杆发生移动，所述联动杆的一端连接在所述转筒的外壁上，所述联动杆的另一端与所述滑动电阻接触，所述电源的两极通过导线分别与所述滑动电阻以及所述联动杆连接，形成滑动电路。
优选地，还包括电流采集器，所述电流采集器安装在所述滑动电路上，所述电流采集器通过信号线与控制端连接。
优选地，所述固定导杆的表面设置有螺旋式滑轨，所述转筒可沿所述螺旋式滑轨发生移动。
本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，采用多个膜盒集成在一个蓄能器内同时工作，能够防止单个膜盒失效后蓄能器无法工作的情况，并且通过膜盒位置传感器，实时监测各个膜盒的位置情况以判断蓄能器的工质量，并且通过多个传感器之间的对比，可以判断单个膜盒的性能和失效情况。本发明将多个膜盒进行集成在一个蓄能器内，相比安装多个单独的单膜盒蓄能器，能够节省体积、减少接口，在航天设备内部的空间布置、信号线布置等方面更有优势，更加适用于航天领域。
附图说明
图1是本发明提供的应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器的结构示意图；
图2是膜盒位置传感器的结构示意图；
图中，各符号的含义如下：
1壳体、2膜盒、3膜盒位置传感器、4信号采集供电接口、5充气接口、6液体连接接口、7线缆、8转筒、9固定导杆、10联动杆、11滑动电阻、12电源、13螺旋式滑轨、14机械安装接口、15内部机械安装支撑、16膜盒运动内壁面、17壳体外壁面、18膜盒底部固定。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，包括：壳体1，所述壳体1内设置有多个并联的独立运行的膜盒2，每个膜盒2均与一个膜盒位置传感器3连接，所述膜盒位置传感器3实时监测膜盒2位置，并将膜盒2位置信号发送至控制端；
所述壳体1的顶端开设有信号采集供电接口4和充气接口5，所述壳体1的底端开设有液体连接接口6，所述壳体1内腔的上部充填有气体，所述壳体1的内腔的下部充填有液体，且气体和液体通过所述膜盒2隔开。
上述结构的并联式多膜盒蓄能器，其工作原理为：
通过壳体底端的液体连接接口充入一定量的液体，再通过壳体顶端的充气接口充入所需压力的气体，液体和气体通过膜盒隔离。
将蓄能器底部的液体连接接口接入设备后，蓄能器下侧的液体和设备内液体连通，由于膜盒可以运动，液体侧和气体侧实现压力平衡。当设备的液体系统内发生液体损失、或者温度变化导致液体密度增大体积变小时，膜盒气侧的气体会推动膜盒往液体侧运动，使得蓄能器中的液体进入设备的液体系统中，实现蓄能器对设备液体系统的补液功能；当发生温度变化导致液体密度减小体积变大时，液体膨胀推动膜盒向气体侧运动，使得设备的液体系统中的液体进入蓄能器中，实现蓄能器对设备液体系统的储液功能。
本发明中，在蓄能器内部有多个膜盒并联工作，当其中某个膜盒发生故障，无法运动时，通过其他膜盒的运动依旧可以实现上述的补液、储液功能，保证设备的液体系统能够正常工作。
在运行过程中，可以通过顶部的信号采集供电接口实现供电和数据采集，可以实时测量膜盒位置和气体侧压力等数据。
另外，本发明中，蓄能器工作过程中，可以通过膜盒位置传感器实时监测膜盒的位置，判断其性能是否完好。从而可以及时获取蓄能器的状态，避免当蓄能器发生故障时，无法及时获知导致的设备异常。
如图2所示，在本发明的一个优选实施例中，所述膜盒位置传感器3包括线缆7、转筒8、固定导杆9、联动杆10、滑动电阻11和电源12，所述线缆7的一端与所述膜盒2的顶部连接，所述线缆7的另一端固定在所述转筒8上，所述线缆7缠绕在所述转筒8的外壁上，所述固定导杆9穿设在所述转筒8的中心轴线上，所述转筒8可沿所述固定导杆9发生移动，所述联动杆10的一端连接在所述转筒8的外壁上，所述联动杆10的另一端与所述滑动电阻11接触，所述电源12的两极通过导线分别与所述滑动电阻11以及所述联动杆10连接，形成滑动电路。
上述结构的膜盒位置传感器的工作原理为：
当膜盒产生运动时，带动和膜盒顶部连接的线缆一同工作，线缆带动转筒转动，转筒在转动的同时沿着固定导杆进行直线运动，联动杆跟随转筒进行直线运动，随着联动杆的运动，接入电路的滑动电阻的阻值R发生变化，由于输入电压V不变，最终导致输出电流发生变化。通过将电流信号输出至控制端，控制端根据电流的大小可以获得膜盒的位置，进而判断膜盒性能的好坏。
比如，当设备液体系统的液体发生损失时，膜盒在气体侧的压力作用下，会向液体侧移动，即膜盒会向下移动，在膜盒的运动作用下，线缆随之拉伸下降，在线圈的带动下转筒发生转动，转动的同时，会沿着固定导杆的螺旋式滑轨往右运动，联动杆跟随线圈往右运动。随着联动杆的运动，接入电路的滑动电阻的阻值R发生变化，由于输入电压V不变，最终导致输出电流发生变化。通过采集器将电流信号输出，通过计算可以获得膜盒的位置。
本发明实施例提供的应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，还可以包括电流采集器，所述电流采集器安装在所述滑动电路上，所述电流采集器通过信号线与控制端连接。
所述固定导杆9的表面设置有螺旋式滑轨13，所述转筒8可沿所述螺旋式滑轨13发生移动。
采用上述结构，既可以保证在转筒转动的同时沿着螺旋式滑轨发生直线移动，也能够保证转筒在没有受到线缆的拉力或压力的情况下发生滑动，进而造成对膜盒位置的误判。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，采用多个膜盒集成在一个蓄能器内同时工作，能够防止单个膜盒失效后蓄能器无法工作的情况，并且通过膜盒位置传感器，实时监测各个膜盒的位置情况以判断蓄能器的工质量，并且通过多个传感器之间的对比，可以判断单个膜盒的性能和失效情况。本发明将多个膜盒进行集成在一个蓄能器内，相比安装多个单独的单膜盒蓄能器，能够节省体积、减少接口，在航天设备内部的空间布置、信号线布置等方面更有优势，更加适用于航天领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种应用于航天领域的并联式多膜盒蓄能器，其特征在于，包括：壳体，所述壳体内设置有多个并联的独立运行的膜盒，每个膜盒均与一个膜盒位置传感器连接，所述膜盒位置传感器实时监测膜盒位置，并将膜盒位置信号发送至控制端；
所述壳体的顶端开设有信号采集供电接口和充气接口，所述壳体的底端开设有液体连接接口，所述壳体内腔的上部充填有气体，所述壳体的内腔的下部充填有液体，且气体和液体通过所述膜盒隔开；
所述膜盒位置传感器包括线缆、转筒、固定导杆、联动杆、滑动电阻和电源，所述线缆的一端与所述膜盒的顶部连接，所述线缆的另一端固定在所述转筒上，所述线缆缠绕在所述转筒的外壁上，所述固定导杆穿设在所述转筒的中心轴线上，所述转筒可沿所述固定导杆发生移动，所述联动杆的一端连接在所述转筒的外壁上，所述联动杆的另一端与所述滑动电阻接触，所述电源的两极通过导线分别与所述滑动电阻以及所述联动杆连接，形成滑动电路；
还包括电流采集器，所述电流采集器安装在所述滑动电路上，所述电流采集器通过信号线与控制端连接；
所述固定导杆的表面设置有螺旋式滑轨，所述转筒可沿所述螺旋式滑轨发生移动。
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