CN111608821B - 一种推进剂输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于推进剂输送技术领域，提供了一种推进剂输送系统，包括贮箱和控制阀；贮箱设有贮箱气腔和贮箱液腔；控制阀包括壳体、阀杆、弹性件、及驱动装置；壳体设有安装腔、具有出液口及进液口的阀门液腔，阀门液腔内设有位于进液口和出液口之间的第一阀口，进液口与贮箱液腔连通；阀杆包括活动设置于安装腔并与壳体形成阀门气腔的盖板、活动设置于第一阀口的第一阀芯，阀门气腔与贮箱气腔连通；阀门气腔内气压大于额定值时，阀门气腔内气体驱动盖板带动第一阀芯运动以减小第一阀口的开度。本发明提供的推进剂输送系统的控制阀在贮箱气腔内气压大于额定值时可自动减小第一阀口的开度，从而保证推进剂的正常流速，防止发动机损坏失效。

Description

一种推进剂输送系统

技术领域

本发明涉及推进剂输送技术领域，具体涉及一种推进剂输送系统。

背景技术

航天器的发动机在正常工作时，需要通过推进剂输送系统向发动机输送某一额定流速的推进剂，而推进剂流速直接受贮箱气腔内气压的影响；当贮箱气腔内气压升高时，从贮箱液腔流出推进剂的流速增大；贮箱气腔内气压减小时，贮箱液腔流出推进剂的流速减小。

现有技术中，推进剂输送系统中贮箱的贮箱液腔中的推进剂进入控制阀，并从控制阀输出给发动机；当贮箱气腔内气压大于额定值时，从贮箱液腔流出推进剂的流速增大，由于控制阀在贮箱气腔内气压大于额定值时无法自动调节阀口的开度，容易因推进剂流速过大造成发动机的损坏失效。

发明内容

本发明提供一种推进剂输送系统，旨在解决现有技术的推进剂输送系统存在控制阀在贮箱气腔内气压大于额定值时无法自动调节阀口的开度，容易因推进剂流速过大造成发动机损坏失效的问题。

本发明是这样实现的，提供一种推进剂输送系统，包括贮箱和控制阀；

所述贮箱设有贮箱气腔和贮箱液腔；

所述控制阀包括壳体、活动设置于所述壳体内的阀杆、与所述阀杆连接的弹性件、及用于驱动所述阀杆运动的驱动装置；

所述壳体设有安装腔、具有出液口及进液口的阀门液腔，所述阀门液腔内设有位于所述进液口和所述出液口之间的第一阀口，所述进液口与所述贮箱液腔连通；所述阀杆包括活动设置于所述安装腔并与所述壳体形成阀门气腔的盖板、与所述盖板连接并活动设置于所述第一阀口的第一阀芯，所述阀门气腔与所述贮箱气腔连通并与所述阀门液腔相隔离；

当所述阀门气腔内气压大于额定值时，所述阀门气腔内气体驱动所述盖板带动所述第一阀芯运动以减小所述第一阀口的开度。

优选的，所述第一阀口和所述出液口之间设有第二阀口，所述阀杆还包括与所述第一阀芯连接并用于打开或关闭所述第二阀口的第二阀芯；

当所述阀门气腔内气压小于一临界值时，所述阀杆在所述弹性件作用下运动到对应位置，以使所述第二阀芯关闭所述第二阀口。

优选的，所述推进剂输送系统还包括：

减压阀，所述减压阀的进口与进气管连接，所述减压阀的出口通过管路分别与所述贮箱气腔和所述阀门气腔连通。

优选的，所述驱动装置为电磁铁。

优选的，所述电磁铁包括固定于所述壳体的电磁铁外壳、活动设置于所述电磁铁外壳内的动铁芯、以及设于所述电磁铁外壳内用于驱动所述动铁芯运动的线圈组件，所述动铁芯伸入所述阀门液腔内并用于驱动所述阀杆运动。

优选的，所述阀杆包括连接所述盖板和所述第一阀芯的连杆；所述壳体还设有连通所述安装腔和所述阀门液腔的连通孔，所述连杆活动设置于所述连通孔。

优选的，所述连杆与所述连通孔的内壁之间设有第一密封圈。

优选的，所述盖板的一端面与所述壳体形成一活动腔，所述弹性件设于所述活动腔并与所述盖板连接。

优选的，所述壳体还设有连通所述活动腔和外界的通气孔。

优选的，所述盖板与所述安装腔的内壁之间设有第二密封圈。

本发明提供的推进剂输送系统具有以下技术效果：

1、通过在控制阀的壳体内设置阀杆，阀杆上的盖板设于壳体的安装腔并与壳体形成阀门气腔，且阀杆的第一阀芯活动设置于第一阀口，阀门气腔与贮箱气腔连通；利用阀门气腔与贮箱气腔气压相等的特点，当贮箱气腔内气压大于额定值时，阀门气腔内气压也会大于额定值，阀门气腔内气体驱动阀杆运动，使第一阀芯减小第一阀口的开度，实现控制阀在贮箱气腔内气压大于额定值时自动减小阀口的开度，使阀门液腔内的推进剂的流阻增大，推进剂流速降低，保证推进剂的正常流速，确保发动机的正常工作，防止发动机因推进剂流速过大而损坏失效。

2、通过在阀杆上设置第二阀芯，并在第一阀口和出液口之间设有第二阀口，第二阀芯用于打开或关闭第二阀口；当阀门气腔内气压从额定值下降至小于一临界值时，弹性件驱动阀杆运动至第二阀芯关闭第二阀口，使推进剂输送系统停止工作，从而在贮箱气腔气压过低时对发动机进行保护。

附图说明

图1为本发明实施例提供的推进剂输送系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的推进剂输送系统的控制阀的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的推进剂输送系统中控制阀的壳体的结构示意图。

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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的推进剂输送系统通过在控制阀的壳体内设置阀杆，阀杆上的盖板活动设置于壳体的安装腔并与壳体形成阀门气腔，阀杆的第一阀芯活动设置于第一阀口，阀门气腔与贮箱气腔连通；当贮箱气腔内气压大于额定值时，阀门气腔内气体会驱动阀杆运动，使第一阀芯减小第一阀口的开度，从而使阀门液腔内的推进剂的流阻增大，使推进剂流速降低，保证推进剂的正常流速，确保发动机正常工作，防止发动机因推进剂流速过大损坏失效。

请参照图1-图3，本发明实施例提供一种推进剂输送系统，包括贮箱1和控制阀2；贮箱1设有贮箱气腔11和贮箱液腔12；控制阀2包括壳体21、活动设置于壳体21内的阀杆22、与阀杆22连接的弹性件23、及用于驱动阀杆22运动的驱动装置。

壳体21设有安装腔211、设有出液口212及进液口213的阀门液腔214，阀门液腔214内设有位于进液口213和出液口212之间的第一阀口215，进液口213与贮箱液腔12连通并与阀门液腔214相隔离。

阀杆22包括活动设置于安装腔211并与壳体21形成阀门气腔2111的盖板221、以及与盖板221连接的第一阀芯222，第一阀芯222活动设置于第一阀口215并用于调节第一阀口215的开度，阀门气腔2111与贮箱气腔11连通。

当阀门气腔2111内气压大于额定值时，阀门气腔2111内气体驱动盖板221带动第一阀芯222运动以减小第一阀口215的开度。其中，额定值根据实际应用进行设置。

本发明实施例中，贮箱气腔11与进气管路连接，进气管路向贮箱气腔11内通入低压气体，出液口212通过管路与发动机连接。贮箱气腔11内低压气体将贮箱液腔12内的推进剂挤入阀门液腔214，推进剂进入阀门液腔214并从出液口212输出给发动机，以给发动机工作提供所需的推进剂。

作为本发明的一个实施例，推进剂输送系统还包括：

减压阀3，减压阀3的进口与进气管4连接，减压阀3的出口通过管路分别与贮箱气腔11和阀门气腔2111连通。

本实施例中，通过设置减压阀3，将进气管4进入的高压气体减压到指定压力，确保进入贮箱气腔11的初始气压符合安全要求。

具体的，减压阀3的出口通过第一管路5与贮箱气腔11连通；减压阀3的出口通过第二管路6与阀门气腔2111连通，阀门气腔2111通过设于壳体21上的进气口2110与第二管路6连通，第一管路5和第二管路6相连通，实现贮箱气腔11和阀门气腔2111连通，使阀门气腔2111与贮箱气腔11内气压相等。其中，低压气体从减压阀3的出口一路经过第一管路5进入贮箱气腔11，一路经过第二管路6进入阀门气腔2111；贮箱气腔11内的气体挤压贮箱液腔12内的推进剂，推进剂由第三管路7进入阀门液腔214的进液口213，推进剂再从阀门液腔214的出液口212通过出液管8输出给发动机。

本发明实施例中，阀门液腔214内设有第一阀座217，第一阀口215开设于第一阀座217上。第一阀芯222呈圆台状，第一阀芯222可在第一阀口215内运动，以改变第一阀芯222与第一阀座217之间的间隙，从而调节第一阀口215的开度，进而调节从出液口212输送给发动机的推进剂流速。

本发明实施例中，在阀门气腔2111气压为额定值时，开启驱动装置，驱动装置驱动阀杆22移动到合适位置，此时推进剂处于额定流速状态，推进剂处于持续供应状态，使发动机正常工作。

当贮箱气腔11内气压大于额定值时，贮箱气腔11内气压会加快贮箱液腔12内推进剂进入阀门液腔214的流速，由于阀门气腔2111与贮箱气腔11气压相等，此时阀门气腔2111内气压也会大于额定值，阀门气腔2111内气体会驱动阀杆22运动，使第一阀芯222运动到对应位置以减小第一阀口215的开度，从而使阀门液腔214内推进剂的流阻增大，使推进剂流速降低，保证推进剂的正常流速，从而确保发动机正常工作。

当贮箱气腔11内气压继续升高，阀门气腔2111内气压同步升高，直到阀门气腔2111内气压高于某一临界值时，阀门气腔2111内气压继续驱动阀杆22运动，直到第一阀芯222关闭第一阀口215，从而阻断推进剂的流动，避免发动机因推进剂流速过大损坏失效，实现阀门气腔2111内气压过高时自动保护功能。

作为本发明的一个实施例，弹性件23为一弹簧。除此之外，弹性件23也可以设置为弹片。

本发明实施例中，阀门气腔2111内气体驱动阀杆22运动时，阀杆22会受到弹性件23的回复力。当贮箱气腔11内气压下降到额定值时，阀杆22在弹性件23的作用下又可以恢复到合适位置，又可以使推进剂处于额定流速状态，以保证推进剂持续正常供应状态。

作为本发明的一个实施例，盖板221的一端面与壳体21形成一活动腔2112，弹性件23设于活动腔2112并与盖板221连接。当驱动装置工作时，驱动装置驱动阀杆22运动到对应位置，使阀杆22移动到最合适位置，此时盖板221压缩弹性件23。

作为本发明的一个实施例，壳体21还设有连通活动腔2112和外界的通气孔2113。利用通气孔2113将活动腔2112内气体排出，避免阀门气腔2111的气体进入活动腔2112内导致气体集聚，从而避免弹性件23失效，防止控制阀2失去调节作用。

作为本发明的一个实施例，阀杆22包括连接盖板221和第一阀芯222的连杆223；壳体21还设有连通安装腔211和阀门液腔214的连通孔210，连杆223活动设置于连通孔210。

本发明实施例中，当阀杆22运动时，连杆223在连通孔210内运动，盖板221和第一阀芯222通过连杆223实现同步运动。

作为本发明的一个实施例，连杆223与连通孔210的内壁之间设有第一密封圈25。利用第一密封圈25对连杆223与连通孔210的内壁之间缝隙进行密封，使得阀门气腔2111密封性能好，防止阀门气腔2111和阀门液腔214串通。其中，也可以将连杆223与连通孔210内壁配合间隙设置成足够小，同样可以实现连杆223与连通孔210内壁之间的密封，使阀门气腔2111与阀门液腔214相隔离。

作为本发明的一个实施例，盖板221与安装腔211的内壁之间设有第二密封圈26。利用第二密封圈26对盖板221与安装腔211的内壁之间缝隙进行密封，防止阀门气腔2111内的气体从盖板221与安装腔211的内壁之间缝隙逸出。

作为本发明的一个优选实施例，驱动装置为电磁铁24，由于电磁铁24成本较低，使得整个推进剂输送系统成本较低，且便于安装。除本实施例之外，驱动装置也可以为伸缩电机。

作为本发明的一个实施例，电磁铁24包括固定于壳体21的电磁铁外壳240、活动设置于电磁铁外壳240内的动铁芯241、以及设于电磁铁外壳240内用于驱动动铁芯241运动的线圈组件242，动铁芯241伸入阀门液腔214内并用于驱动阀杆22运动。其中，电磁铁外壳240与壳体21通过一个通孔218连通，动铁芯241从通孔218伸入阀门液腔214以驱动阀杆22运动。

本实施例中，当电磁铁24内的线圈组件242通电工作时，线圈组件242驱动动铁芯241向阀杆22一侧运动，以驱动阀杆22运动到对应位置，使阀杆22移动到最合适位置，实现控制阀2的开启，推进剂处于额定流速状态，此时推进剂处于持续供应状态。当电磁铁24关闭时，动铁芯241向远离阀杆22一侧运动，动铁芯241复位。

作为本发明的一个实施例，动铁芯241与外壳240之间设有第三密封圈27。利用第三密封圈27对动铁芯241与外壳240之间缝隙进行密封，防止推进剂从阀门液腔214流入电磁铁24内部。

作为本发明的一个实施例，第一阀口215和出液口212之间设有第二阀口216，阀杆22还包括与第一阀芯222连接的第二阀芯224，第二阀芯224用于打开或关闭第二阀口216；

当阀门气腔2111内气压小于一临界值时，阀杆22在弹性件23作用下运动到对应位置，以使第二阀芯224关闭第二阀口216。其中，第一阀芯222与第二阀芯224可以通过连接杆连接，也可以直接做成一体。

本实施例中，阀门液腔214内设有第二阀座219，第二阀口216开设于第二阀座219上。第二阀芯224呈圆台状，第二阀芯224设置于第二阀口216的一侧并可进出第二阀口216，从而控制第二阀口216的开启或关闭。当第二阀芯224进入第二阀口216内，第二阀芯224将第二阀口216的开口覆盖，实现第二阀口216的关闭；当第二阀芯224从第二阀口216内移出，第二阀芯224将第二阀口216开启，实现第二阀口216的打开。

当阀门气腔2111内气压从额定值下降时，盖板221受弹性件23的弹力作用，由于阀杆22受电磁铁24的动铁芯241的限位作用，第一阀芯222和第二阀芯224仍然处于一个最适当的位置，使推进剂处于持续供应状态。当阀门气腔2111内气压继续下降至小于临界值时，电磁铁24关闭，电磁铁24的动铁芯241复位，此时阀杆22不受动铁芯241的推力作用，盖板221在弹性件23作用下向电磁铁24一侧运动，直到第二阀芯224关闭第二阀口216，从而推进剂输送系统停止工作，从而实现在贮箱气腔11内气压过低时对发动机进行保护。

其中，电磁铁24的关闭可以人工手动控制，也可以采用控制器自动控制电磁铁的关闭，如可以设置实时检测贮箱气腔11内气压的气压传感器，当气压传感器检测到贮箱气腔11内气压小于临界值时，气压传感器向控制器反馈信号，控制器接收到气压传感器的反馈信号后控制电磁铁的关闭，从而可以实现贮箱气腔11在低压情况下自动保护。

本发明提供的推进剂输送系统工作原理如下：

高压气体从进气管经过减压阀3减压到指定压力，从减压阀3的出口出来的低压气体一路经过第一管路5进入贮箱气腔11，一路经过第二管路6进入阀门气腔2111。

当阀门气腔2111内气压为额定值时，电磁铁24通电后，电磁铁24的动铁芯241带动第一阀芯222、第二阀芯224、连杆223以及盖板221同步向弹性件23一侧移动并压缩弹性件23，使第一阀芯222、第二阀芯224处于一个最适当的位置，此时第一阀口215和第二阀口216均处于打开状态，推进剂处于额定流速状态，贮箱气腔11内的气体挤压贮箱液腔12内的推进剂，推进剂由第三管路7进入阀门液腔214的进液口213，推进剂再从阀门液腔214依次经过第一阀口215、第二阀口216、出液口212、出液管8输出给发动机，推进剂处于持续供应状态。

当阀门气腔2111内气压相对额定值升高时，阀门气腔2111内的气体推动盖板221向弹性件23一侧移动，通过连杆223带动第一阀芯222、第二阀芯224一起运动，此时第一阀芯222使第一阀口215的开度变小，流阻增大，使推进剂流速降低，保证推进剂的正常流速。当阀门气腔2111内压力高于某一临界值时，第一阀芯222将第一阀口215完全闭合，阻断推进剂流动，从而保护发动机的安全。

当阀门气腔2111内气压相对额定值降低时，盖板221受到弹性件23的向电磁铁24一侧的推力，但由于电磁铁24的限位作用，第一阀芯222、第二阀芯224仍处于一个最适当的位置；当阀门气腔2111内气压继续下降至小于一临界值时，电磁铁24关闭，电磁铁24的动铁芯241复位，此时阀杆22不受动铁芯241的推力作用，盖板221在弹性件23作用下，盖板221向电磁铁24一侧运动，直到第二阀芯224关闭第二阀口216，此时阀门液腔214内的推进剂无法输出给发动机，推进剂输送系统停止工作，从而实现在贮箱气腔11内气压过低时进行保护的功能。

本发明提供的推进剂输送系统通过在控制阀的壳体内设置阀杆，阀杆上的盖板活动设置于壳体的安装腔并与壳体形成阀门气腔，且阀杆的第一阀芯活动设置于设于第一阀口，阀门气腔与贮箱气腔连通；利用阀门气腔与贮箱气腔气压相等的特点，当贮箱气腔内气压大于额定值时，阀门气腔内气压也会大于额定值，阀门气腔内气体会驱动阀杆运动，使第一阀芯减小第一阀口的开度，实现控制阀在贮箱气腔内气压大于额定值时自动减小阀口的开度，使阀门液腔内的推进剂的流阻增大，使推进剂流速降低，保证推进剂的正常流速，确保发动机的正常工作，防止发动机因推进剂流速过大而损坏失效；通过在阀杆上设置第二阀芯，并在第一阀口和出液口之间设有第二阀口，第二阀芯用于打开或关闭第二阀口；当阀门气腔内气压从额定值下降至小于一临界值时，弹性件驱动阀杆运动至第二阀芯关闭第二阀口，使推进剂输送系统停止工作，从而在贮箱气腔气压过低时对发动机进行保护。

以上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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种推进剂输送系统，其特征在于，包括贮箱和控制阀；

所述贮箱设有贮箱气腔和贮箱液腔；

所述控制阀包括壳体、活动设置于所述壳体内的阀杆、与所述阀杆连接的弹性件、及用于驱动所述阀杆运动的驱动装置；

所述壳体设有安装腔、具有出液口及进液口的阀门液腔，所述阀门液腔内设有位于所述进液口和所述出液口之间的第一阀口，所述进液口与所述贮箱液腔连通；所述阀杆包括活动设置于所述安装腔并与所述壳体形成阀门气腔的盖板、与所述盖板连接并活动设置于所述第一阀口的第一阀芯，所述阀门气腔与所述贮箱气腔连通并与所述阀门液腔相隔离；

当所述阀门气腔内气压大于额定值时，所述阀门气腔内气体驱动所述盖板带动所述第一阀芯运动以减小所述第一阀口的开度。

2.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述第一阀口和所述出液口之间设有第二阀口，所述阀杆还包括与所述第一阀芯连接并用于打开或关闭所述第二阀口的第二阀芯；

当所述阀门气腔内气压小于一临界值时，所述阀杆在所述弹性件作用下运动到对应位置，以使所述第二阀芯关闭所述第二阀口。

3.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述推进剂输送系统还包括：

减压阀，所述减压阀的进口与进气管连接，所述减压阀的出口通过管路分别与所述贮箱气腔和所述阀门气腔连通。

4.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述驱动装置为电磁铁。

5.根据权利要求4所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述电磁铁包括固定于所述壳体的电磁铁外壳、活动设置于所述电磁铁外壳内的动铁芯、以及设于所述电磁铁外壳内用于驱动所述动铁芯运动的线圈组件，所述动铁芯伸入所述阀门液腔内并用于驱动所述阀杆运动。

6.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述阀杆包括连接所述盖板和所述第一阀芯的连杆；所述壳体还设有连通所述安装腔和所述阀门液腔的连通孔，所述连杆活动设置于所述连通孔。

7.根据权利要求6所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述连杆与所述连通孔的内壁之间设有第一密封圈。

8.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述盖板的一端面与所述壳体形成一活动腔，所述弹性件设于所述活动腔并与所述盖板连接。

9.根据权利要求8所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述壳体还设有连通所述活动腔和外界的通气孔。

10.根据权利要求1所述的推进剂输送系统，其特征在于，所述盖板与所述安装腔的内壁之间设有第二密封圈。

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