CN110748438B - 一种液体火箭发动机的阀门机构及火箭发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体火箭发动机的阀门机构及火箭发动机，包含作动筒、推力组件、阀主体和固定盖，所述阀主体在所述活门向所述作动筒运动的极限位置具有限位端面，用以对所述活门进行限位；所述活门的两端分别设有第一限位结构和第二限位结构；第一密封圈在所述活门的靠近所述作动筒侧设置在所述活门与所述限位端面之间，用以限制液体介质从所述活门与所述阀主体间泄漏；所述第一限位结构位于靠近所述固定盖端，所述第二限位结构位于靠近所述作动筒端，所述第一限位结构和所述第二限位结构用以减小所述活门两端与所述阀主体和所述固定盖的接触面积，实现对所述活门，所述阀主体和所述固定盖的保护，增加使用寿命，密封严谨。

Description

一种液体火箭发动机的阀门机构及火箭发动机

技术领域

本发明涉及液体火箭领域，特别涉及一种液体火箭发动机的阀门机构及火箭发动机。

背景技术

随着航天产业的快速发展，火箭领域所涉及的各项技术也实现了突飞猛进。阀门是实现液体火箭发动机启动和关机的重要部件。低温液体火箭发动机的介质为超低温推进剂，介质温区通常在20K～120K左右，压力在10MPa以上。阀门操作气通常为压力20MPa左右的高压气。

目前国内现役低温液体火箭发动机使用的液体推进剂除了液氢和液氧等之外，国内一些在研的液体火箭型号还采用了液态甲烷作为推进剂。阀门通常通过其内部活门运动实现阀门的开关，在运动过程中，阀门内部的活门机构可以与阀门内壁直接接触。活门机构的频繁运动会造成活门机构与阀门内壁出现破损，影响阀门的使用。此外，阀门内部密封性差，可以导致经阀门的液体介质泄漏，造成资源浪费。

亟需提供一种适用于低温环境、且具有状态保持功能的阀门结构，以通过减少活门与阀主体内壁的接触面积，保证阀门的安全运行，增加其使用寿命，同时通过增设密封结构，可以减少液体介质的损失，节约成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液体火箭发动机的阀门机构。该阀门结构可以很好的适应低温液体火箭发动机，可以减少活门与阀主体内壁的接触面积，保证阀门的安全运行，增加其使用寿命，同时密封严谨，可以减少液体介质的损失，节约成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液体火箭发动机的阀门机构，包含作动筒、推力组件、阀主体和固定盖，所述推力组件的一端通过底座设置在所述作动筒内，另一端用于推动所述阀主体内设的活门沿其内部通道运动，以使所述阀主体的介质入口和介质出口连通或关闭；所述固定盖从远离所述作动筒侧与所述阀主体固定连接，且所述弹性件压缩地设置在所述活门和所述固定盖之间且所述弹性件的两端分别连接所述活门和所述固定盖；

所述阀主体在所述活门向所述作动筒运动的极限位置具有限位端面，用以对所述活门进行限位；

所述活门的两端分别设有第一限位结构和第二限位结构；第一密封圈在所述活门的靠近所述作动筒侧设置在所述活门与所述限位端面之间，用以限制液体介质从所述活门与所述阀主体间泄漏；所述第一限位结构位于靠近所述固定盖端，所述第二限位结构位于靠近所述作动筒端，所述第一限位结构和所述第二限位结构用以减小所述活门两端与所述阀主体和所述固定盖的接触面积，实现对所述活门，所述阀主体和所述固定盖的保护。

进一步的，所述第一限位结构为凸起结构，所述第二限位结构为台阶结构。

进一步的，位于所述固定盖上且靠近所述活门的一侧间隔地设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述阀主体远离所述作动筒侧的端面面对，所述第二环形凹槽与所述活门远离所述作动筒的端部面对，所述第一环形凹槽上设有第二密封圈，所述第二环形凹槽设有第三密封圈。

进一步的，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽为以所述固定盖中心为圆心的同心结构，且在径向方向上，所述第一环形凹槽位于所述第二环形凹槽的外侧。

进一步的，所述活门靠近所述作动筒侧的外壁周向地设有导流切面。

进一步的，所述弹性件为弹簧；所述活门靠近所述固定盖端设有内凹部，所述内凹部向远离所述固定盖一侧下凹，所述弹簧一端连接所述内凹部的底部。

进一步的，沿所述阀主体轴线的第一方向所述弹簧被压缩到极限位置时，所述弹簧两端连接直线的距离等于所述内凹部靠近所述活门中心一端至所述内凹部远离所述活门中心一端的距离。

进一步的，所述活门上设有配合所述第一密封圈的环形凹槽。

进一步的，沿第一方向所述固定盖设有泄气口，所述泄气口位于所述固定盖的远离所述推力组件一端，所述泄气口的开口方向与所述介质入口的开口方向相互垂直。

本发明的另一个部分提供了一种火箭发动机，包括如上所述液体火箭发动机的阀门机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种液体火箭发动机的阀门机构由作动筒、推力组件、阀主体和固定盖组成，所述推力组件的一端通过底座设置在所述作动筒内，另一端用于推动所述阀主体内设的活门沿其内部通道运动，以使所述阀主体的介质入口和介质出口连通或关闭；所述固定盖从远离所述作动筒侧与所述阀主体固定连接，且所述弹性件压缩地设置在所述活门和所述固定盖之间且所述弹性件的两端分别连接所述活门和所述固定盖。

由于所述阀主体在所述活门向所述作动筒运动的极限位置具有限位端面，用以对所述活门进行限位；所述活门的两端分别设有第一限位结构和第二限位结构；所述第一限位结构位于靠近所述固定盖端，所述第二限位结构位于靠近所述作动筒端，所述第一限位结构和所述第二限位结构用以减小所述活门两端与所述阀主体和所述固定盖的接触面积，进而减小所述活门与所述阀主体接触的位置的接触应力，实现对所述活门，所述阀主体和所述固定盖的保护，增加阀门的使用寿命。由于第一密封圈在所述活门的靠近所述作动筒侧设置在所述活门与所述限位端面之间，用以限制液体介质从所述活门与所述阀主体间泄漏，减少液体介质的损失，节约成本。

附图说明

附图1为本发明阀门结构的剖面图；

附图2为本发明推力组件主视图；

附图3为本发明阀主体、活门和固定盖的剖面图；

附图4为本发明第二限位结构的放大图；

附图5为本发明阀主体的结构示意图；

附图6为本发明固定盖的主视图；

附图7为本发明活门的的结构示意图；

附图8为本发明第二密封圈的立体图；

附图9为本发明推力组件与活门连接的结构示意图。

附图标记说明：

1作动筒 2推力组件

3阀主体 4外壳

5弹簧 6固定盖

7活门 8介质入口

9介质出口 10第一限位结构

11第二限位结构 12第一密封圈

13第一环形凹槽 14第二环形凹槽

15第二密封圈 16第三密封圈

17导流切面 18内凹部

19泄气口 20凹槽

21限位端面 22底座

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

请参阅图1,图2，图3，图5和图6所示，本发明的实施例提供了一种液体火箭发动机的阀门机构，包含作动筒1、推力组件2、阀主体3和固定盖6，推力组件2的一端通过底座22设置在作动筒1内，另一端用于推动阀主体3内设的活门沿其内部通道运动，以使阀主体3的介质入口8和介质出口9连通或关闭；固定盖6从远离作动筒1侧与阀主体3固定连接，且弹性件压缩地设置在活门7和固定盖6之间且弹性件的两端分别连接活门7和固定盖6。

阀主体3在活门7向作动筒1运动的极限位置具有限位端面21，用以对活门7进行限位。

活门7的两端分别设有第一限位结构10和第二限位结构11；第一密封圈12在活门7的靠近作动筒1侧设置在活门7与限位端面21之间，用以限制液体介质从活门7与阀主体3间泄漏；第一限位结构10位于靠近固定盖6端，第二限位结构11位于靠近作动筒1端，第一限位结构10和第二限位结构11用以减小活门7两端与阀主体3和固定盖6的接触面积，实现对活门7，阀主体3和固定盖6的保护。

具体的说：该种液体火箭发动机的阀门机构由作动筒1、推力组件2、阀主体3和固定盖6组成，推力组件2的一端通过底座22设置在作动筒1内，另一端用于推动阀主体3内设的活门沿其内部通道运动，以使阀主体3的介质入口8和介质出口9连通或关闭；固定盖6从远离作动筒1侧与阀主体3固定连接，且弹性件压缩地设置在活门7和固定盖6之间且弹性件的两端分别连接活门7和固定盖6。

由于阀主体3在活门7向作动筒1运动的极限位置具有限位端面21，用以对活门7进行限位；活门7的两端分别设有第一限位结构10和第二限位结构11；第一限位结构10位于靠近固定盖6端，第二限位结构11位于靠近作动筒1端，第一限位结构10和第二限位结构11用以减小活门7两端与阀主体3和固定盖6的接触面积，其中，第一限位结构10位于靠近固定盖6端，例如第一限位结构10可以为从活门7靠近作动筒1侧的凸起结构；第二限位结构11位于靠近作动筒1端，例如第二限位结构11可以为从活门7靠近固定盖6侧向固定盖6的台阶结构。第一限位结构10和第二限位结构11用以避免活门7两端与阀主体3和固定盖6直接接触，进而减少接触面积，可以降低破损，实现对活门7，阀主体3和固定盖6的保护。

例如，第一密封圈12位于靠近活门7的靠近作动筒1侧(例如，第一密封圈12设置在阀主体3内壁与活门7之间)，用以限制液体介质从介质入口8经通道流入作动筒1，减少液体介质的损失，节约成本，整个结构可以有效保护所述活门与所述阀主体，增加阀门的使用寿命。

需要说明的是，如图1，图6，图7和图8所示，为了使得固定盖6与外壳4之间的密封更加严谨，避免液体介质从固定盖6与外壳4之间的缝隙处流出，在位于固定盖6上且靠近活门7的一侧设有第一环形凹槽13，且第一环形凹槽13上设有第二密封圈15，可以避免液体介质从缝隙流出。

如图1，图3，图6和图7所示，为了配合第一限位结构10对活门7进行限位，在位于固定盖6上且靠近活门7的一侧设有第二环形凹槽14，第二环形凹槽14设有第三密封圈16。例如，使第一限位结构10远离活门7的一侧刚好进入第二环形凹槽14，进而可以实现对活门7的限位，同时由于第三密封圈16的存在，可以起到缓冲作用，避免第一限位结构10与固定盖6直接接触，有效保证活门7和固定盖6的完好，有利于整个阀门的安全使用。

需要注意的是，在本实施方式中，如图6所示，第一环形凹槽13和第二环形凹槽14为以固定盖6中心为圆心的同心结构，且在径向方向上，第一环形凹槽13位于第二环形凹槽14的外侧。此外，可以根据实际需要在固定盖6设置多个不同直径的环形凹槽，在环形凹槽上设有密封圈，使得密封更加严谨，缓冲效果更加明显。

在本实施方式中，如图1，图7和图9所示，为了方便液体介质快速流出通道，在活门7靠近作动筒1侧的外壁周向地设有导流切面17。由于导流切面17的存在，使得活门7与外壳4内壁之间存在间隙，方便液体介质沿间隙流出。

需要提及的是，例如:导流切面17的外形为长方形。此外，推力组件2与活门7可以采用拉钩球面接触连接，可自动找正，弥补推力组件2在工作过程中的偏心导致的阀门密封的不稳定。

需要提及的是，在本实施方式中，例如弹性件为弹簧5，如图1，图7和图9所示，为了方便弹簧5固定，同时降低阀门的重量，在活门7靠近固定盖6端设有内凹部18，内凹部18向远离固定盖6一侧下凹。弹簧5的一端连接内凹部18的底部，另一端连接固定盖6靠近活门7一侧，内凹部18可以有效固定弹簧5，并保证弹簧5压缩和伸展方向沿直线运行。为了保护活门7与固定盖6，例如：沿阀主体3轴线的第一方向弹簧5被压缩到极限位置时，弹簧5两端连接直线的距离等于内凹部18靠近活门7中心一端至内凹部18远离活门7中心一端的距离。

在本实施方式中，如图1和图7所示，为了固定第一密封圈12，避免其产生位移移动，例如,活门7上设有配合第一密封圈12的凹槽20。阀主体3设有用以与活门7配合限位的内壁，即阀主体3从固定盖6到作动筒1的方向上具有大直径部分和小直径部分，活门7的直径大于该小直径部分的直径。凹槽20为设置在活门7靠近作动筒1侧的环形凹槽，该环形凹槽与阀主体3的环形端面彼此面对，且在径向方向上位于第二限位结构11的内侧，以限制液体介质从活门7与阀主体的环形端面之间泄漏。

另外，为了及时排除壳内部的气体和液体介质，如图1和图5所示，在沿第一方向固定盖6设有泄气口19，泄气口19位于固定盖6的远离推力组件2一端，泄气口19的开口方向与介质入口8的开口方向相互垂直。

需要提及的是，第一密封圈12，第二密封圈15和密封胶圈16为相对软密封材料。其可采用软金属或非金属，如：软金属铟、铝、铜、银等，非金属四氟、橡胶、组合件结合。例如，工艺可以采用热压、冷压、镶嵌等。本发明采用2位3通阀，双向气控控制，入口、出口可实现功能性互换，冗余设计，使用方便，可靠性高。

本发明的另一个部分提供了一种火箭发动机，包括如上所述液体火箭发动机的阀门机构。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：包含作动筒、推力组件、阀主体和固定盖，所述推力组件的一端通过底座设置在所述作动筒内，另一端用于推动所述阀主体内设的活门沿其内部通道运动，以使所述阀主体的介质入口和介质出口连通或关闭；所述固定盖从远离所述作动筒侧与所述阀主体固定连接，且弹性件压缩地设置在所述活门和所述固定盖之间且所述弹性件的两端分别连接所述活门和所述固定盖；

所述阀主体在所述活门向所述作动筒运动的极限位置具有限位端面，用以对所述活门进行限位；

所述活门的两端分别设有第一限位结构和第二限位结构；第一密封圈在所述活门的靠近所述作动筒侧设置在所述活门与所述限位端面之间，用以限制液体介质从所述活门与所述阀主体间泄漏；所述第一限位结构位于靠近所述固定盖端，所述第二限位结构位于靠近所述作动筒端，所述第一限位结构和所述第二限位结构用以减小所述活门两端与所述阀主体和所述固定盖的接触面积，实现对所述活门，所述阀主体和所述固定盖的保护，所述第一限位结构为凸起结构，所述第二限位结构为台阶结构。

2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：位于所述固定盖上且靠近所述活门的一侧间隔地设有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述阀主体远离所述作动筒侧的端面面对，所述第二环形凹槽与所述活门远离所述作动筒的端部面对，所述第一环形凹槽上设有第二密封圈，所述第二环形凹槽设有第三密封圈。

3.根据权利要求2所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽为以所述固定盖中心为圆心的同心结构，且在径向方向上，所述第一环形凹槽位于所述第二环形凹槽的外侧。

4.根据权利要求1所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：所述活门靠近所述作动筒侧的外壁周向地设有导流切面。

5.根据权利要求1所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：所述弹性件为弹簧；所述活门靠近所述固定盖端设有内凹部，所述内凹部向远离所述固定盖一侧下凹，所述弹簧一端连接所述内凹部的底部。

6.根据权利要求5所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：沿所述阀主体轴线的第一方向所述弹簧被压缩到极限位置时，所述弹簧两端连接直线的距离等于所述内凹部靠近所述活门中心一端至所述内凹部远离所述活门中心一端的距离。

7.根据权利要求1所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：所述活门上设有配合所述第一密封圈的环形凹槽。

8.根据权利要求1所述的液体火箭发动机的阀门机构，其特征在于：沿第一方向所述固定盖设有泄气口，所述泄气口位于所述固定盖的远离所述推力组件一端，所述泄气口的开口方向与所述介质入口的开口方向相互垂直。

9.一种火箭发动机，其特征在于：包含权利要求1-8任意一项所述液体火箭发动机的阀门机构。