CN109630318A - 用于液体发动机的喷注器及液体发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液体发动机的喷注器和液体发动机。其中，喷注器包括：壳体、身部、针阀和中心杆。其中壳体与针阀之间设有第一密封装置，针阀与身部之间设有第二密封装置，由壳体、针阀和身部构成的腔体被分隔成两个，从而由第一密封装置泄漏的推进剂和由第二密封装置泄漏的推进剂分别进入彼此分隔的两个腔体。本发明的实施例的喷注器，通过将中心路泄漏的推进剂和由侧路泄漏的推进剂彼此隔离，可以避免推进剂发生起火、爆炸等危险，提高了液体发动机工作的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及液体发动机技术领域，具体涉及一种用于液体发动机的喷注器及液体发动机。
背景技术
在可重复使用的液体火箭发动机中，通常需要对发动机产生的推力进行大范围调节。例如，在一些液体火箭发动机中，发动机的推力变比达到3:1以上。例如，在回收火箭的过程中，可以依靠发动机推力的不断调整，实现运载器的回收。此外，目前使用的诸如液氧煤油、液氧甲烷或液氧液氢等液体推进剂均在极低的温度下工作，为了适应这些低温推进剂的工况，迫切需要一种低温喷注器。
现有用于液体火箭发动机中的喷注器的密封效果不好。因此，一方面，在液体发动机工作时，可能会造成推进剂的泄漏。另一方面，从喷注器的不同部位泄漏的推进剂会彼此混合，从而造成喷注器起火、或爆炸，严重威胁了液体发动机的安全。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种用于液体发动机的喷注器及液体发动机。在该喷注器中，通过分别密封不同推进剂的流动通道，以及使泄露的不同推进剂进入不同的隔离腔，可以避免液体发动机发生起火、爆炸等危险。
本发明的一个方面提供了一种用于液体发动机的喷注器，包括：壳体、身部、针阀和中心杆；其中所述中心杆设置于所述壳体内，从而所述壳体内侧与所述中心杆的外侧限定供推进剂流动的第一通道；所述身部环绕所述壳体外侧设置，所述针阀设置于所述壳体与所述身部之间；其中所述针阀的远离所述壳体的一侧抵触在所述身部的内侧，且另一侧抵触在所述壳体的外侧；所述身部的内侧包括环形突起部，且所述环形突起部抵触在所述针阀的远离所述壳体侧，从而所述身部、所述壳体与所述针阀在所述环形突起部的两侧分别形成沿第一方向的第一腔体和第二腔体；所述第一腔体用于为所述针阀沿所述第一方向的运动提供空间，所述第二腔体包括用于供推进剂流动的第二通道；所述针阀的远离所述第一腔体端用于与所述第一通道和所述第二通道的出口相配合，从而在所述针阀沿所述第一方向运动时，所述第一通道的推进剂出口尺寸以及所述第二通道的推进剂出口尺寸被相应地调整，从而增加或者减小由所述第一通道和所述第二通道流出的推进剂的流量；所述针阀的靠近所述第一腔体的部分与所述壳体外侧之间设有第一密封装置，以限制所述第一通道的推进剂泄漏；所述针阀的靠近所述环形突起部的部分与所述身部的环形突起部之间设有第二密封装置，以限制所述第二通道的推进剂泄漏；所述第一腔体设置用于将通过所述第一密封装置中泄露的推进剂和通过所述第二密封装置泄漏的推进剂彼此隔离的隔离装置。
在一个实施例中，所述隔离装置沿所述第一方向设置，从而将所述第一腔体分隔为沿第二方向的第一隔离腔和第二隔离腔，从而通过所述第一密封装置泄漏的推进剂进入所述第一隔离腔，通过所述第二密封装置泄漏的推进剂进入所述第二隔离腔。
在一个实施例中，所述第一隔离腔的体积大于所述第二隔离腔的体积。
在一个实施例中，所述隔离装置包括膜盒组件，所述膜盒组件在所述第一方向上依次包括位于两侧的第一盖板、第二盖板以及连接所述第一盖板和所述第二盖板的膜盒；所述第一盖板固定连接所述壳体，所述第二盖板固定连接所述针阀的靠近所述第一腔体侧。
在一个实施例中，所述第一密封装置包括第一泛塞和第一限位块；所述第一泛塞设置在所述壳体外侧和所述针阀之间，所述第一限位块设置在所述针阀靠近所述第一腔体的端部，且所述第一限位块靠近所述针阀的一侧压盖所述第一泛塞，从而将所述第一泛塞限定在所述针阀与所述壳体之间。
在一个实施例中，所述第二密封装置包括第二泛塞和第二限位块；所述第二泛塞设置在所述突起部与所述针阀之间，所述第二限位块设置在所述突起部靠近所述第一腔体侧，并且所述第二限位块靠近所述突起部的一侧压盖所述第二泛塞，从而将所述第二泛塞限定在所述突起部与所述针阀之间。
在一个实施例中，所述第一泛塞和所述第二泛塞的至少之一包括塑料密封环和设于塑料密封环内部的弹簧。
在一个实施例中，所述针阀的远离所述第一腔体侧还用于接触所述中心杆，且所述针阀与所述中心杆之间设置密封环，以防止推进剂从所述针阀与所述中心杆之间泄漏。
在一个实施例中，所述针阀通过传力杆连接作动机构，从而所述针阀用于在作动机构的带动下，沿所述第一方向运动。
本发明的另一个方面提供了一种液体发动机，包括如上所述的喷注器。
本发明提供的喷注器及液体发动机，通过将不同推进剂的流道分别密封，以及对泄漏的不同推进剂进行隔离，提高了发动机工作的安全性。
在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明是实施例的三维结构示意图。
图2-8是图1沿A-A1方向的剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在…下”、“低”、“上方”、“在…上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
本申请下文中描述的液体发动机，可以用于火箭、导弹等航天运载器或类似产品中，本领域技术人员不得因在具体实施例中使用了火箭发动机、或导弹发动机，而将液体发动机的保护范围限制于此，本发明的喷注器和液体发动机的保护范围以权利要求为依据。
如前所述，在一些现有的液体发动机中，喷注器中不同推进剂的密封采用普通橡胶圈(例如，O型圈)。在液体发动机工作时，经由密封圈泄漏的推进剂会在喷注器内相遇，进而发生起火或爆炸等危险。此外，普通橡胶圈的最低工作温度为-55℃，不满足低温发动机的要求(一些推进剂介质温度低至-160℃以下)。
本发明的一个方面提供了一种用于液体发动机的喷注器。参见图1-图3，喷注器包括：壳体1、身部2、针阀3和中心杆4。其中中心杆4设置于壳体1内(例如，中心杆4通过锁紧螺母14与壳体1固定连接)，从而壳体1内侧与中心杆4的外侧限定供推进剂流动的第一通道II。
身部2环绕所壳体1外侧设置，针阀3设置于壳体1与身部2之间；其中针阀3的远离壳体1的一侧抵触在身部2的内侧，且另一侧抵触在壳体1的外侧。身部2的内侧包括环形突起部21，且环形突起部21抵触在针阀3的远离壳体1侧，从而身部2、壳体1与针阀3在环形突起部21的两侧分别形成沿第一方向S1的第一腔体100和第二腔体200。第一腔体100用于为针阀3沿第一方向的运动提供空间，第二腔体200包括用于供推进剂流动的第二通道。
针阀3的远离第一腔体100端用于与第一通道和第二通道的出口相配合，从而在针阀3沿第一方向S1运动时，第一通道的推进剂出口以及第二通道的推进剂出口被相应地调整，从而增加或者减小第一通道和第二通道流出的推进剂的流率。针阀3的靠近第一腔体100的部分与壳体1外侧之间设有第一密封装置8，13，以限制所述第一通道的推进剂泄漏。针阀3的靠近环形突起部21的部分与身部2的环形突起部21之间设有第二密封装置9，12，以限制第二通道的推进剂泄漏。第一腔体100还设置用于将通过第一密封装置8，13中泄露的推进剂和通过第二密封装置9，12泄漏的推进剂彼此隔离的隔离装置5。
本发明提供的喷注器，通过对第一通道和第二通道的推进剂进行分别密封，以及通过隔离装置使泄漏的不同推进剂彼此隔离，一方面，可以更好的避免推进剂泄漏，另一方面，可以有效防止泄漏的推进剂彼此混合，提高液体发动机的工作可靠性。
参见图3，在一个实施例中，隔离装置5沿第一方向S1设置，从而将第一腔体100分隔为沿第二方向S2的第一隔离腔III和第二隔离腔IV，从而通过第一密封装置8,13泄漏的推进剂进入第一隔离腔III，通过第二密封装置9,13泄漏的推进剂进入第二隔离腔IV。例如，进入III腔的中心路泄漏的推进剂可以通过B嘴排出至外界环境，且进入IV腔的侧路推进剂可以通过A嘴排出至外界环境。
如图3所示，壳体1的内侧，中心杆4的外侧以及针阀3远离第一腔体100一端共同限定中心路推进剂流动的第一通道。显然，在安装喷注器的液体发动机工作时，特别时在例如火箭发射后，火箭会有不同的飞行状态，从而中心路推进剂可能通过渗透、吸附等方式经由壳体1外侧与针阀3的内侧之间的缝隙泄漏，并进入本实施例的第一隔离腔III。同样地，在第二通道流动的推进剂可以经由针阀3远离壳体1一侧与身部2的突出部21之间的配合缝隙泄漏，并进入本实施例的第二隔离腔IV。本发明的实施例通过将泄漏的推进剂分隔为两个隔离腔，且使泄漏的不同推进剂进入不同的隔离腔体，可以避免推进剂彼此混合，提高了喷注器工作的安全性。
在上述实施例中，所述第一隔离腔III的体积大于第二隔离腔IV的体积。例如，第一隔离腔III与第二隔离腔IV的体积比在4：1-2：1之间，从而改善对不同通道流出的推进剂的隔离效果。
在一个实施例中，如图4所示，所述隔离装置5包括膜盒组件，所述膜盒组件在所述第一方向S1上依次包括位于两侧的第一盖板5-1、第二盖板5-3以及连接所述第一盖板5-1和所述第二盖板5-3的膜盒5-2。所述第一盖板5-1通过沉头螺钉18固定连接所述壳体1，所述第二盖板5-3在所述针阀3靠近所述身部2和所述第一腔体100的位置通过沉头螺钉18固定连接所述针阀3。即膜盒组件沿与壳体1的轴线大致相同的方向(也大致与S1方向一致)设置，从而将第一腔体100分为彼此隔离的两个部分。例如，第一盖板5-1通过沉头螺钉18固定连接至壳体1的内端面，第二盖板5-3通过沉头螺钉18固定连接至针阀3靠近第一腔体100一端。
在该实施例中，例如，膜盒组件的膜盒5-2为沿第一方向S1可折叠的结构(例如，膜盒可以为柔性薄膜结构)，从而在针阀3带动膜盒组件运动时，膜盒5-2可以被拉伸或被折叠，且不会限制或阻碍针阀的运动。例如，膜盒可以为防水、防酸、耐低温及防氧化材料制备。例如，膜盒5-2为双层材料或多层材料。进一步地，双层或多层材料的最外侧两层可以根据其接触的推进剂而彼此不同，以能更好的隔离对应腔体中的推进剂为原则。例如，为了进一步改善膜盒组件对不同推进剂的隔离效果，可以沿第二方向并列地设置2-4个膜盒组件，从而通过对泄漏的推进剂进行多级隔离，更好的防止不同推进剂彼此混合。
参见图5，在上述实施例中，例如，针阀3包括具有筒状结构的针部31和以及在筒状针部31的一端向外突出的环形配合部32。身部2的内侧包括环形突出部21，该环形突出部2用于周向地抵接在筒装针部31的外周，且针阀3的环形配合部32靠近针部31一侧用于抵触在身部2的环形突出部21的靠近第一腔体100侧，从而环形突出部21限定针阀3运动的一个极限位置。具体而言，针阀3的两个运动极限位置的其中之一是身部2的环形突出部21靠近第一腔体100侧所在的端面位置。当针阀3按如图5所示的位置向下方运动时，针阀3被环形突出部21的端面所阻挡，从而针阀3到达其运动下限位置。当针阀3按图中所示从下到上的位置运动时，针阀3的环形配合部32被壳体1的沿第一方向S1的内端面所阻挡，从而针阀3运动到其上限位置。例如，针阀3在两个极限位置之间运动时，针阀3的端部可以对侧路推进剂出口和中心路推进剂出口的推进剂流率进行充分的调节(例如，可以通过针阀端部对两路推进剂出口的遮挡面积来调节推进剂的出口流率)。
参见图6，例如，在一个实施例中，第一密封装置包括第一泛塞13和第一限位块8。所述第一泛塞13设置在所述壳体1外侧和所述针阀3之间，所述第一限位块13设置在所述针阀3靠近所述第一腔体100的端部，且所述第一限位块13靠近所述针阀3的一侧压盖所述第一泛塞13，从而将所述第一泛塞13限定在所述针阀3与所述壳体1之间。例如，第一泛塞13为环形结构，其匹配地设置在壳体1的外侧与针阀3的配合缝隙之间，从而阻止从中心推进剂通道流动的推进剂从壳体1与针阀3之间的配合缝隙间溢出。本发明的实施例，通过泛塞与压盖配合的方式，可以最大程度的减少中心路推进剂的溢出，改善密封效果。
在该实施例中，例如，第一泛塞13包括塑料密封环，以及设于塑料密封环内部的弹簧。这种泛塞结构属于蓄能弹性密封圈。例如，这种范围可以实现在-196℃环境中可靠密封，从而更好的满足第一泛塞在超低温环境下对推进剂的可靠密封。第一泛塞13在第一方向上的长度，例如可以为针阀3在该方向上长度的1/20-1/10，从而更好的对中心路推进剂的密封。
继续参见图6，在一个实施例中，所述第二密封装置包括第二泛塞12和第二限位块9。所述第二泛塞12设置在所述突起部21与所述针阀3之间。所述第二限位块12设置在所述突起部21靠近所述第一腔体100一侧，并且所述第二限位块靠12近所述突起部21的一侧压盖所述第二泛塞9，从而将所述第二泛塞12限定在所述突起部21与所述针阀3之间。例如，第二泛塞12为环形结构，其匹配的设置在突起部21靠近针阀侧与针阀3的配合缝隙之间，从而阻止从侧路推进剂通道流动的推进剂从壳体1与针阀3之间的配合缝隙间溢出。本发明的实施例，通过泛塞与压盖配合的方式，可以最大程度的减少中心路推进剂的溢出，改善密封效果。
在该实施例中，例如，第二泛塞12包括塑料密封环，以及设于塑料密封环内部的弹簧。这种泛塞结构属于蓄能弹性密封圈。例如，这种材料可以实现在-196℃环境中可靠密封，从而更好的满足泛塞在超低温环境下对推进剂的可靠密封。第二泛塞12在第一方向上的长度，例如可以为针阀3在该方向上长度的1/20-1/15，从而可以在节省成本的前提下，更好的实现对中心路推进剂的密封。
例如，图6中还包括多个其它密封环。具体地，针阀3的靠近身部2内侧(非环形突出部21)与身部2之间设置密封环17，如图所示，盒模组件5的第二盖板5-3压盖在密封环17之上，从而限定密封环17的位置。壳体1内侧与盒模组件5的第一盖板5-1之间设置密封环15。壳体1的端部与传力杆6接触位置设置压盖7和泛塞11，从而阻止泄漏到第一腔体100中的推进剂从传力杆6和壳体1接触的部分溢出。壳体1与身部2的连接部分设置密封环16，从而避免泄漏到第一腔体100的推进剂从壳体1与身部2的配合间隙之间漏出。
参见图7，在一个实施例中，所述针阀3的远离所述第一腔体100端还用于接触所述中心杆4，且所述针阀3与所述中心杆4之间设置密封环10，以防止推进剂从所述针阀3与所述中心杆4之间泄漏。例如，可以沿针阀3与中心杆4之间的配合间隙设置多道密封环10，从而通过多道密封，更好的防止推进剂的泄漏。如图7所示，中心杆4并非未等径结构，在其推进剂流动的下游，中心杆4的内侧包括弧形导流结构，以与对应的壳体1的内侧一同构成向的推进剂流道，从而中心路推进剂进入第一通道后，沿如图7中箭头所示的方向从第一通道流出。
参见图8，在一个实施例中，所述针阀3通过传力杆6连接作动机构，从而所述针阀3用于在作动机构的带动下沿所述第一方向运动。例如，针阀3可以对称地设置两个传力杆6，两个传力杆6的一端可以通过螺栓固定连接针阀3，且另一端连接外部作动机构(图中未示意)。在作动机构的带动下，传力杆6可以带动针阀3沿第一方向S1上下运动，从而可以同时实现对中心路推进剂的流量和侧路推进剂的流量调节。
在该实施例中，例如，外部作动机构可以为液压机构、气压机构或电压驱动机构。
本发明的另一个方面提供了一种液体发动机，包括如上所述的喷注器。本发明的液体发动机，由于包括本发明各个实施例中的喷注器，因此，也具有相应的技术效果。
例如，本发明实施例的液体发动机，可以应用于各类运载器，包括但不限于火箭、导弹等，且根据不同实施例的喷注器而具有相应地技术效果。
本发明的上述实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于液体发动机的喷注器，其特征在于，包括：壳体、身部、针阀和中心杆；
其中所述中心杆设置于所述壳体内，从而所述壳体内侧与所述中心杆的外侧限定供推进剂流动的第一通道；
所述身部环绕所述壳体外侧设置，所述针阀设置于所述壳体与所述身部之间；其中所述针阀的远离所述壳体的一侧抵触在所述身部的内侧，且另一侧抵触在所述壳体的外侧；
所述身部的内侧包括环形突起部，且所述环形突起部抵触在所述针阀的远离所述壳体侧，从而所述身部、所述壳体与所述针阀在所述环形突起部的两侧分别形成沿第一方向的第一腔体和第二腔体；所述第一腔体用于为所述针阀沿所述第一方向的运动提供空间，所述第二腔体包括用于供推进剂流动的第二通道；
所述针阀的远离所述第一腔体端用于与所述第一通道和所述第二通道的出口相配合，从而在所述针阀沿所述第一方向运动时，所述第一通道的推进剂出口以及所述第二通道的推进剂出口被相应地调整，从而增加或者减小所述第一通道和所述第二通道的推进剂的流率；
所述针阀的靠近所述第一腔体的部分与所述壳体外侧之间设有第一密封装置，以限制所述第一通道的推进剂泄漏；所述针阀的靠近所述环形突起部的部分与所述身部的环形突起部之间设有第二密封装置，以限制所述第二通道的推进剂泄漏；
所述第一腔体内设置用于将通过所述第一密封装置中泄露的推进剂和通过所述第二密封装置泄漏的推进剂彼此隔离的隔离装置。
2.根据权利要求1所述的喷注器，其特征在于，所述隔离装置沿所述第一方向设置，从而将所述第一腔体分隔为沿第二方向的第一隔离腔和第二隔离腔，从而通过所述第一密封装置泄漏的推进剂进入所述第一隔离腔，且通过所述第二密封装置泄漏的推进剂进入所述第二隔离腔。
3.根据权利要求2所述的喷注器，其特征在于，所述第一隔离腔的体积大于所述第二隔离腔的体积。
4.根据权利要求1所述的喷注器，其特征在于，所述隔离装置包括膜盒组件，所述膜盒组件在所述第一方向上依次包括位于两侧的第一盖板、第二盖板以及连接所述第一盖板和所述第二盖板的膜盒；所述第一盖板固定连接所述壳体，所述第二盖板固定连接在所述针阀靠近所述第一腔体侧，所述膜盒在所述第一方向可变形。
5.根据权利要求1所述的喷注器，其特征在于，所述第一密封装置包括第一泛塞和第一限位块；所述第一泛塞设置在所述壳体外侧和所述针阀之间，所述第一限位块设置在所述针阀的靠近所述第一腔体端，且所述第一限位块靠近所述针阀的一侧压盖所述第一泛塞，从而将所述第一泛塞限定在所述针阀与所述壳体之间。
6.根据权利要求5所述的喷注器，其特征在于，所述第二密封装置包括第二泛塞和第二限位块；所述第二泛塞设置在所述突起部与所述针阀之间，所述第二限位块设置在所述突起部靠近所述第一腔体侧，并且所述第二限位块靠近所述突起部的一侧压盖所述第二泛塞，从而将所述第二泛塞限定在所述突起部与所述针阀之间。
7.根据权利要求6所述的喷注器，其特征在于，所述第一泛塞和所述第二泛塞的至少之一包括塑料密封环和设于塑料密封环内的弹簧。
8.根据权利要求1-6任一项所述的喷注器，其特征在于，所述针阀的远离所述第一腔体侧还用于接触所述中心杆，且所述针阀与所述中心杆之间设置密封环，以防止推进剂从所述针阀与所述中心杆之间泄漏。
9.根据权利要求1-6任一项所述的喷注器，其特征在于，所述针阀通过传力杆连接作动机构，从而所述针阀用于在作动机构的带动下沿所述第一方向运动。
10.一种液体发动机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的喷注器。
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