CN110052109A - 一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置 - Google Patents

一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置 Download PDF

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李永
陈磊
李文
刘镇星
宋飞
李新光
周旭冉
梁红义
周超
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Abstract

本发明涉及一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，包括排气管1、分离孔2、上壳体3、挂钩4、导流板5、蓄叶片6、下壳体7、出流孔8、进口管9。本发明利用微重力下锐角和多孔结构蓄留液体原理，设计板式液体蓄流结构和板式导流结构，同时基于表面张力形成阻力建立泡破点原理，在出口设计气液分离结构，该装置的进口连接推进剂贮箱的气口，实现微重力下推进剂贮箱加注过程的液体蓄留和气液分离。

Description

一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置
技术领域
本发明涉及一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，属于航天技术领域。
背景技术
目前卫星在轨加注技术在我国仍处于研制阶段，推进剂贮箱的气液分离装置是在轨加注系统的核心技术。我国用于在轨加注系统的气液分离装置还没有成熟的产品应用记录。目前在地面上针对气液分离主要采用离心式气液分离技术完成，离心式气液分离技术主要采用旋转部件或设计螺旋流道实现，在旋转部件转速较低或螺旋流道流量较小时无法实现分离功能，存在一定的缺陷。卫星推进剂贮箱在轨加注时需实现微重力环境下无夹液排气，而微重力下的气液处于混合状态，实现无夹液的排气就必须解决微重力下气液分离问题。微重力下气液分离主要依靠表面张力或离心力。因此，用于在轨加注气液分离装置是实现卫星在轨加注的关键。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，利用微重力下锐角和多孔结构蓄留液体原理，设计板式液体蓄流结构和板式导流结构，同时基于表面张力形成阻力建立泡破点原理，在出口设计气液分离结构，该装置的进口连接推进剂贮箱的气口，实现微重力下推进剂贮箱加注过程的液体蓄留和气液分离。
本发明的技术解决方案是：一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，包括：排气管、分离孔、上壳体、导流板、蓄叶片、下壳体、出流孔、进口管；
所述上壳体与下壳体固定连接，构成密封的内部腔体；
所述排气管从上壳体伸入所述内部腔体中且与上壳体固定连接，排气管在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个分离孔；
所述进口管从下壳体伸入所述内部腔体中且与下壳体固定连接，进口管在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个出流孔；
所述导流板和蓄叶片均位于内部腔体中，且均与下壳体固定连接，所述导流板与蓄叶片插接固定在进口管上。
进一步地，所述分离孔为等直径圆孔或者锥形孔，圆孔直径或者锥形孔的最大截面直径不超过0.03mm。
进一步地，所述分离孔轴向间距不大于1mm。
进一步地，所述分离孔在排气管处于内部腔体中部分的管壁上沿轴向均布8～12层，每层沿周向均布10～15个。
进一步地，所述排气管的外径为8mm，内径为4mm。
进一步地，所述蓄叶片为片状，其内侧边缘线与进口管轴向平行，且插接在进口管上，蓄叶片外侧边缘线为直线段，与进口管轴向之间存在预设夹角a；蓄叶片顶部边缘线包括平直段和圆弧段，底部边缘线与下壳体内型面贴合且固定连接。
进一步地，所述蓄叶片上均布直径为3mm的圆孔，相邻圆孔之间的间隔为5mm。
进一步地，进口管上均匀插接8个蓄叶片，所述预设夹角a为15°。
进一步地，所述出流孔在进口管处于内部腔体中部分的管壁上沿轴向均布4层，每层沿周向均布4个，且每个出流孔的直径不大于2mm。
进一步地，所述导流板为C型结构，从与进口管插接固定的一端到另一端的宽度逐渐减小，且底部边缘线与下壳体内型面贴合且固定连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1)空间在轨加注用气液分离装置利用表面张力作用可以实现流量不大于10L/min时气液混合介质的气液分离功能，可以有效分离液体的容积不大于1L，可实现无夹液的排气。
2)本发明排气管上沿管轴向设置8-12层，周向均布10-15个分离孔，分离孔的最大直径不超过0.01～0.03mm，可以实现泡破点大于1200kPa，有效的防止液体从出口的小孔处流出。
3)本发明进口管上沿轴向设置4层周向均布4个直径为2mm的出流孔，使进入进口管的气液混合介质能顺利经过蓄叶片。
4)本发明采用板式管理装置，设计8个蓄叶片和8个导流板结构，蓄叶片上均布间隔5mm直径为3mm的圆孔，蓄叶片的顶部采用左侧水平右侧凸起结构，右侧斜边与轴线夹角为15°，导流板为C型结构，导流板从从下端到上端宽度逐渐减小，此结构可以保证气体向排气管附近汇聚。
附图说明
图1为本发明一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置示意图；
图2为本发明排气管结构图；
图3为本发明蓄叶片结构图；
图4为本发明导流板结构图；
图5为本发明挂钩结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进行进一步说明。
一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，其特征在于，包括：排气管1、分离孔2、上壳体3、导流板5、蓄叶片6、下壳体7、出流孔8、进口管9；所述上壳体3与下壳体7固定连接，构成密封的内部腔体；所述排气管1从上壳体3伸入所述内部腔体中且与上壳体3固定连接，排气管1在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个分离孔2；所述进口管9从下壳体7伸入所述内部腔体中且与下壳体7固定连接，进口管9在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个出流孔8；所述导流板5和蓄叶片6均位于内部腔体中，且均与下壳体7固定连接，所述导流板5与蓄叶片6插接固定在进口管9上。
本发明气液分离装置在推进剂贮箱在轨加注过程排气时，气液混合介质从所述进口管9上设置的出流孔8流入所述蓄叶片6区域，所述液体在所述蓄叶片6和导流板5作用下汇集和蓄留，气体继续通过排气管1排出，排气管1上设置直径几十微米级的小孔结构分离孔2，对液体形成泡破点，分离气体中的液体并顺利通过排气管1排出气体。微重力环境中液体受表面张力作用在蓄叶片6周围汇集，当液体量较多时，液体会沿导流板5继续汇集在上壳体3和下壳体7壁面附近处，诱使气体向装置的中间区域汇集，该结构可以保证出流孔8始终联通气体区域，顺利排出气体。该结构简单，气液分离效率高，可靠性高。
实施例
如图1所示，一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，其特征在于，包括：排气管1、分离孔2、上壳体3、挂钩4、导流板5、蓄叶片6、下壳体7、出流孔8、进口管9。排气管1与上壳体3采用焊接形式固定一起，排气管1上沿管轴向加工分离孔2结构。挂钩4与上壳体3通过焊接固定。导流板5、蓄叶片6通过焊接形式与下壳体焊接固定，并且导流板5与蓄叶片6采用插接形式固定在进口管9上。进口管9上设置出流孔8结构。
如图2所示，为本发明排气管1结构示意图，其中，排气管1上沿管轴向设置8-12层，周向均布10-15个分离孔2，排气管的外径为8mm，内径为4mm，分离孔2的长度为2mm，分离孔2可使用等直径圆孔或者锥形孔形状，分离孔2的最大直径不超过0.01～0.03mm，分离孔2是保证排气管1形成泡破点的关键结构，分离孔2轴向间距为1mm。可以实现泡破点大于1200kPa，有效的防止液体从出口的小孔处流出。
如图3所示，为本发明蓄叶片6结构示意图，所述气液分离装置上均布8个蓄叶片6，所述蓄叶片6上均布间隔5mm直径D2为3mm的圆孔，蓄叶片6的顶部采用左侧水平右侧凸起结构，右侧斜边与轴线夹角A为15°，蓄叶片6的底部曲线与椭圆壳体曲线一致，便于结构焊接在一起。蓄叶片高度H4为35mm，圆孔间距H3和L2为5mm。
如图4所示，为本发明导流板5结构示意图，所述气液分离装置上均布8个导流板5，所述导流板5为C型结构，导流板5从从下端到上端宽度逐渐减小，此结构可以保证气体向排气管1附近汇聚，导流板高度H为10～15mm，顶部盖度H1为1mm，宽度B为10mm，半径R为10mm。
如图5所示，为本发明挂钩4结构示意图，述气液分离装置上设置4个挂钩4结构，便于装置安装在卫星框架结构上，挂钩4的安装孔为M2的螺纹孔，挂钩与上壳体3焊接固定。本发明气液分离装置上设置4个挂钩结构，便于装置安装在卫星框架结构上，挂钩的安装孔为M2的螺纹孔，挂钩与上壳体焊接固定。
本发明的工作原理如下：
推进剂贮箱在轨加注过程排气时，气液混合介质从所述进口管9上设置的出流孔8流入所述蓄叶片6区域，所述液体在所述蓄叶片6和导流板5作用下汇集和蓄留，气体继续通过排气管1排出，排气管1上设置直径几十微米级的小孔结构分离孔2，对液体形成泡破点，分离气体中的液体并顺利通过排气管1排出气体。
本发明利用微重力下锐角和多孔结构蓄留液体原理，设计板式液体蓄流结构和板式导流结构，同时基于表面张力形成阻力建立泡破点原理，在排气口1设计气液分离结构，该装置的进口管9连接推进剂贮箱的气口，实现微重力下推进剂贮箱加注过程的液体蓄留和气液分离。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，其特征在于，包括：排气管(1)、分离孔(2)、上壳体(3)、导流板(5)、蓄叶片(6)、下壳体(7)、出流孔(8)、进口管(9)；
所述上壳体(3)与下壳体(7)固定连接，构成密封的内部腔体；
所述排气管(1)从上壳体(3)伸入所述内部腔体中且与上壳体(3)固定连接，排气管(1)在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个分离孔(2)；
所述进口管(9)从下壳体(7)伸入所述内部腔体中且与下壳体(7)固定连接，进口管(9)在内部腔体中的部分的管壁上加工有多个出流孔(8)；
所述导流板(5)和蓄叶片(6)均位于内部腔体中，且均与下壳体(7)固定连接，所述导流板(5)与蓄叶片(6)插接固定在进口管(9)上。
2.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述分离孔(2)为等直径圆孔或者锥形孔，圆孔直径或者锥形孔的最大截面直径不超过0.03mm。
3.根据权利要求2所述的气液分离装置，其特征在于：所述分离孔(2)轴向间距不大于1mm。
4.根据权利要求2所述的气液分离装置，其特征在于：所述分离孔(2)在排气管(1)处于内部腔体中部分的管壁上沿轴向均布8～12层，每层沿周向均布10～15个。
5.根据权利要求1～4任一项所述的气液分离装置，其特征在于：所述排气管(1)的外径为8mm，内径为4mm。
6.根据权利要求1～4任一项所述的气液分离装置，其特征在于：所述蓄叶片(6)为片状，其内侧边缘线与进口管(9)轴向平行，且插接在进口管(9)上，蓄叶片(6)外侧边缘线为直线段，与进口管(9)轴向之间存在预设夹角a；蓄叶片(6)顶部边缘线包括平直段和圆弧段，底部边缘线与下壳体(7)内型面贴合且固定连接。
7.根据权利要求6所述的气液分离装置，其特征在于：所述蓄叶片(6)上均布直径为3mm的圆孔，相邻圆孔之间的间隔为5mm。
8.根据权利要求6所述的气液分离装置，其特征在于：进口管(9)上均匀插接8个蓄叶片(6)，所述预设夹角a为15°。
9.根据权利要求1～4任一项所述的气液分离装置，其特征在于：所述出流孔(8)在进口管(9)处于内部腔体中部分的管壁上沿轴向均布4层，每层沿周向均布4个，且每个出流孔(8)的直径不大于2mm。
10.根据权利要求1～4任一项所述的气液分离装置，其特征在于：所述导流板(5)为C型结构，从与进口管(9)插接固定的一端到另一端的宽度逐渐减小，且底部边缘线与下壳体(7)内型面贴合且固定连接。
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