CN110081211B - 一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀。包括上壳体，上壳体连接下壳体，上壳体和下壳体之间设有主阀芯，主阀芯外侧壁与下壳体内侧壁之间设有弹簧一，主阀芯中设有定压差阀芯，定压差阀芯旁设有弹簧二，弹簧二旁设有堵头，堵头与主阀芯连接。本发明单向阀在小流量状态时主阀即处于全开状态，避开了传统单向阀由于开度对压差过于敏感容易产生的振荡区；当流量增大时，采用定压差变节流孔设计结构，避免了单向阀主阀芯进料端与出料端的压力差过高增加。

Description

一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀

技术领域

本发明涉及卫星姿轨控制领域，特别是一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀。

背景技术

卫星姿轨控动力系统目前有三大类，即固体发动机、电推进发动机和液体推进剂动力系统。在液体发动机推进剂供给系统中，一般是应用高压空气推动带隔膜的贮箱，使贮箱隔膜另一侧的推进剂达到希望的压力供给发动机。为了提高卫星姿轨推进剂供给系统的安全性，现在大多数航天卫星都在贮箱的进口装一个仅供气体单向流动的单向阀，以避免万一贮箱隔膜破裂时推进剂进入气体增压侧导致系统发生事故，目前卫星姿轨控动力系统采用的单向阀均为弹簧挡板式单向阀，由于结构自身特性导致，极易在小流量时发生自身的振荡现象，如果这个振荡频率与贮箱的隔膜固有频率相同，可能引起贮箱共振导致隔膜损坏而发生事故。为了避免这种振荡的发生，有的在单向阀中设置一个隔离活塞，活塞中间安装一个节流板，由于活塞面较大，从而在活塞两端产生一个微小的压差时即可将单向阀克服弹簧力推向最大开放位置，从而避免在小流量时振荡现象，但是由于节流板上的节流孔为定截面，当姿轨控动力系统发动机工作数量增加时，由于流通截面恒定，导致在单向阀两端的压力损失增加，从而影响发动机的推力，所以目前的单向阀仅适用于推进剂流量范围较窄的姿轨控动力系统上。

随着航天技术的日益发展，需要对卫星的快速变轨及对姿态的精准控制，同一套姿轨控动力系统推动的发动机数量越来越多，其流量范围越来越大，目前的单向阀无法满足这种需要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀。本发明具有适用流量范围宽，且流量增大流阻恒定的优点。

本发明的技术方案：一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，包括上壳体，上壳体连接下壳体，上壳体和下壳体之间设有主阀芯，主阀芯外侧壁与下壳体内侧壁之间设有弹簧一，主阀芯中设有定压差阀芯，定压差阀芯旁设有弹簧二，弹簧二旁设有堵头，堵头与主阀芯连接。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述主阀芯进料端与上壳体内壁之间设有进料腔一，进料腔一连接进料腔二；主阀芯内部设有主阀芯进料腔；主阀芯上设有进料孔，主阀芯进料腔经进料孔与进料腔二连通；主阀芯内部在主阀芯进料腔旁开设有定压差阀芯安装腔；主阀芯外侧壁与下壳体内侧壁之间为弹簧一安装腔；主阀芯上设有出料孔，出料孔连通定压差阀芯安装腔与弹簧一安装腔；主阀芯出料端设有堵头连接腔。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述定压差阀芯的中心设有定压差阀芯节流孔；定压差阀芯内部在靠近进料端设有定压差阀芯进料腔；定压差阀芯侧壁开设有定压差阀芯出料孔，定压差阀芯出料孔与定压差阀芯进料腔连通；定压差阀芯出料端开设有弹簧二安装槽一。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述堵头进料端设有弹簧二安装槽二；堵头中心设有堵头出料通道；堵头出料端与下壳体内壁之间为出料腔。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述主阀芯进料端设有挡板，挡板外沿套有挡圈。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述上壳体中心设有进料通道。

前述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀中，所述下壳体中心设有出料通道；下壳体与上壳体连接处设有密封圈。

与现有技术相比，本发明的具有如下的有益效果：

1、本发明将目前的隔离活塞上的定节流孔设计成随流量增大其流通截面也增大的变截面节流孔，如此本发明在小流量或流量显著增大情况下其流阻恒定，并使单向阀完全打开，确保单向阀从小流量到大流量的所有工况下均能稳定工作，大幅地增大了单向阀的流量覆盖范围。

2、本发明当姿轨控系统推进剂在最小流量状态工作时，由于单向阀内的定压差阀芯的弹簧预紧力较大，定压差阀芯处于关闭状态，此时的推进剂从定压差阀芯中心的小孔流过，在主阀芯的上下游产生一个微小压差。由于主阀芯的受力面积较大且主阀芯弹簧刚度较小，在主阀芯的上下游产生微小压差即可将主阀芯推到全开状态，避免了单向阀在小流量时的震荡现象。

3. 随着推进剂流量的增加，定压差阀芯上下游的压差也随之增加，这个压差的增加值使定压差阀芯克服其弹簧力向右运动，阀芯上的过流槽与主阀芯上的过流孔接通，使部分推进剂通过该通道流过，增加了流通面积，从而限制了这个压差的增加值的过高增长。

3、本发明当姿轨控系统推进剂在最大流量状态工作时，通过设置单向阀内的定压差阀芯上的过流槽与主阀芯上的过流孔所形成的的节流面积和定压差阀芯的弹簧的刚度系数，使单向阀主阀芯进料端与出料端的压力差不大于设计要求值。

综上所述：本发明单向阀在小流量状态时主阀即处于全开状态，避开了传统单向阀由于开度对压差过于敏感容易产生的振荡区；当流量增大时，采用了定压差变节流孔设计，避免了单向阀主阀芯进料端与出料端的压力差升高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A的截面结构示意图；

图3是图2中a区域的结构放大示意图；

图4是图2中b区域的结构放大示意图；

图5是主阀芯的截面结构示意图；

图6是定压差阀芯的截面结构示意图；

图7是堵头的截面结构示意图；

图8是上壳体的截面结构示意图；

图9是下壳体的截面结构示意图；

图10是本发明在小流量工作状态的结构示意图；

图11是本发明的大流量工作状态的结构示意图。

附图中的标记为：1-上壳体，2-下壳体，3-主阀芯，4-弹簧一，5-定压差阀芯，6-弹簧二，7-堵头，8-进料腔一，9-进料腔二，10-主阀芯进料腔，11-进料孔，12-定压差阀芯安装腔，13-弹簧一安装腔，14-出料孔，15-堵头连接腔，16-定压差阀芯节流孔，17-定压差阀芯进料腔，18-定压差阀芯出料孔，19-弹簧二安装槽一，20-弹簧二安装槽二，21-堵头出料通道，22-出料腔，23-挡板，24-挡圈，25-进料通道，26-环形抵圈，27-出料通道，28-密封圈，29-限流盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。对于未特别注明的结构，均为本领域的常规现有技术。

实施例。一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，构成如图1-9所示，包括上壳体1，上壳体1连接下壳体2，上壳体1和下壳体2之间设有主阀芯3，主阀芯3外侧壁与下壳体2内侧壁之间设有弹簧一4，主阀芯3中设有定压差阀芯5，定压差阀芯5旁设有弹簧二6，弹簧二6旁设有堵头7，堵头7与主阀芯3连接。

本发明的单向导通是指推进剂只能够从上壳体1进入，再从下壳体2流出；供给的推进剂无法从下壳体2中向上壳体1回流。本发明在使用时不仅可由弹簧一4实现常规流量时的单向供给。而且本发明通过在主阀芯3中设计了定压差阀芯5、弹簧二6和堵头7，定压差阀芯5在工作状态时，单向阀流量越大，可变节流孔流通截面越大，使主阀芯进料端与出料端的压差始终保持在一个恒定值内，保证了在进料流量大或小时均能够正常工作，从而实现了大幅度增大流量的适应范围。

所述主阀芯3进料端与上壳体1内壁之间设有进料腔一8，进料腔一8连接进料腔二9；主阀芯3内部设有主阀芯进料腔10；主阀芯3上设有进料孔11，主阀芯进料腔10经进料孔11与进料腔二9连通；主阀芯3内部在主阀芯进料腔10旁开设有定压差阀芯安装腔12；主阀芯3外侧壁与下壳体2内侧壁之间为弹簧一安装腔13；主阀芯3上设有出料孔14，出料孔14连通定压差阀芯安装腔12与弹簧一安装腔13；主阀芯3出料端设有堵头连接腔15。

所述定压差阀芯5的中心设有定压差阀芯节流孔16；定压差阀芯5内部在靠近进料端设有定压差阀芯进料腔17；定压差阀芯5侧壁开设有定压差阀芯出料孔18，定压差阀芯出料孔18与定压差阀芯进料腔17连通；定压差阀芯5出料端开设有弹簧二安装槽一19。

所述堵头7进料端设有弹簧二安装槽二20；堵头7中心设有堵头出料通道21；堵头7出料端与下壳体2内壁之间为出料腔22。

本发明的具体工作过程是：在小流量时，推进剂从上壳体1中进入，进料的压力推压主阀芯3，使弹簧一4压缩，从而推进剂从上壳体1与主阀芯3形成的缝隙处进入，顺序经进料腔一8、进料腔二9、进料孔11、主阀芯进料腔10、定压差阀芯进料腔17、定压差阀芯节流孔16、弹簧二安装槽一19、弹簧二安装槽二20和堵头出料通道21后从下壳体2中流出，此过程部件的工作状态可见图10。而在流量较大时，推进剂顺序从经进料腔一8、进料腔二9、进料孔11、主阀芯进料腔10、定压差阀芯进料腔17后，由于流入定压差阀芯进料腔17的流量大于流出定压差阀芯进料腔17的流量，使定压差阀芯进料腔17的压力增大，进而液动力克服弹簧二6的弹簧力，定压差阀芯向出料端移动，打开并不断加大可变节流孔的通流截面，直至液动力与弹簧二6的弹簧力平衡，这时定压差阀芯出料孔18就会与出料孔14接通，从而推进剂不仅可以从流量小时的路径流出，还可以从定压差阀芯进料腔17顺序流经定压差阀芯出料孔18、出料孔14、弹簧一安装腔13和出料腔22，再从下壳体2中流出，此过程部件的工作状态可见图11。此过程定压差阀芯5的上、下游压力结合弹簧二6的弹簧力处于力平衡状态，且随进料流量的大小，定压差阀芯5在定压差阀芯安装腔12中的位置会有动态变化，即根据流量的大小，定压差阀芯出料孔18与出料孔14的接通口面积会有相应的变化。

所述主阀芯3进料端设有挡板23，挡板23外沿套有挡圈24。挡板23与挡圈24的设置使主阀芯3与上壳体1的接触点可更好的贴合。

所述上壳体1中心设有进料通道25。因弹簧一4的弹力，主阀芯3的进料端会与上壳体贴合，从而实现单向控制，在主阀芯3进料端设有挡圈24，可更好的实现此功能，并在工作时为进料腔一8留出空间。

所述下壳体2中心设有出料通道27；下壳体2与上壳体1连接处设有密封圈28。密封圈28保证上壳体1和下壳体2的密封性。

Claims (6)

1.一种用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：包括上壳体(1)，上壳体(1)连接下壳体(2)，上壳体(1)和下壳体(2)之间设有主阀芯(3)，主阀芯(3)外侧壁与下壳体(2)内侧壁之间设有弹簧一(4)，主阀芯(3)中设有定压差阀芯(5)，定压差阀芯(5)旁设有弹簧二(6)，弹簧二(6)旁设有堵头(7)，堵头(7)与主阀芯(3)连接；所述主阀芯(3)进料端与上壳体(1)内壁之间设有进料腔一(8)，进料腔一(8)连接进料腔二(9)；主阀芯(3)内部设有主阀芯进料腔(10)；主阀芯(3)上设有进料孔(11)，主阀芯进料腔(10)经进料孔(11)与进料腔二(9)连通；主阀芯(3)内部在主阀芯进料腔(10)旁开设有定压差阀芯安装腔(12)；主阀芯(3)外侧壁与下壳体(2)内侧壁之间为弹簧一安装腔(13)；主阀芯(3)上设有出料孔(14)，出料孔(14)连通定压差阀芯安装腔(12)与弹簧一安装腔(13)；主阀芯(3)出料端设有堵头连接腔(15)。

2.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：所述定压差阀芯(5)的中心设有定压差阀芯节流孔(16)；定压差阀芯(5)内部在靠近进料端设有定压差阀芯进料腔(17)；定压差阀芯(5)侧壁开设有定压差阀芯出料孔(18)，定压差阀芯出料孔(18)与定压差阀芯进料腔(17)连通；定压差阀芯(5)出料端开设有弹簧二安装槽一(19)。

3.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：所述堵头(7)进料端设有弹簧二安装槽二(20)；堵头(7)中心设有堵头出料通道(21)；堵头(7)出料端与下壳体(2)内壁之间为出料腔(22)。

4.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：所述主阀芯(3)进料端设有挡板(23)，挡板(23)外沿套有挡圈(24)。

5.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：所述上壳体(1)中心设有进料通道(25)。

6.根据权利要求1所述的用于卫星姿轨控推进剂供给系统的单向阀，其特征在于：所述下壳体(2)中心设有出料通道(27)；下壳体(2)与上壳体(1)连接处设有密封圈(28)。

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