CN111779595A - 一种流体排放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体应急排放技术领域，具体涉及一种流体排放装置，包括：排放管，具有流体进口和流体出口;导流结构，设于所述排放管的流体出口处，具有用于引导所述排放管中的流体按照预定路径流出的导流面，以及与所述排放管的流体出口封堵的第一位置和打开至引导所述排放管中的流体沿所述导流面流出的第二位置；支撑结构，与所述导流结构对应设置，在所述导流结构处于第二位置时对其提供足以支撑导流面的作用力。本发明提供了一种避免流体排放时直接冲击地面，降低安全隐患，提高排放速度的流体排放装置。

Description

一种流体排放装置

技术领域

本发明涉及流体应急排放技术领域，具体涉及一种流体排放装置。

背景技术

纵观宇航发展史可知，人类对太空探索的步伐和低温推进剂发动机的发展基本上是一致的。从上世纪五十年代开始，大推力液氧煤油发动机、氢氧发动机技术的不断突破支撑了航天飞机、空间站等标志性航天器的发射和应用。目前，在运载火箭主动力方面，两者依然被认为是最优的能量组合。另一方面，在重复使用运载器动力上，液氧甲烷发动机以其比冲相对较高、燃烧过程不易结焦以及成本低廉、再生冷却性能好等优点脱颖而出。与此同时，低温推进剂因其沸点低、易泄漏和扩散等特点也给其大规模应用带来了很大的挑战。在火箭发射台、液体发动机试验台等低温推进剂大量应用的场合，一般设有围堰，围堰远离发射台或试验台，当发射台或试验台管路系统出现故障时，将低温推进剂快速泄入围堰内，进而保证火箭发射台或试车台等关键场所的安全。

但是，如果大量低温推进剂流经未经预冷的管路，会给管路造成很大的温度应力冲击，存在结构破坏的风险。为此，现有通过阀门控制低温推进剂通流，这种方式在有低温推进剂一侧的阀前管路为低温状态，在无低温推进剂，与环境大气接触的一侧的阀后管路则为常温状态，这样在有紧急情况需要将低温推进剂泄出时还需要花费一段时间进行阀后管路的预冷，难以实现快速泄放。另外，现有通过阀门控制的方式在开阀瞬间，高压低温推进剂高速冲击到围堰底面上时有爆燃风险，存在极大的安全隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的低温推进剂等流体排放时直接冲击地面，存在安全隐患，以及排放速度慢的缺陷，从而提供一种避免流体排放时直接冲击地面，降低安全隐患，提高排放速度的流体排放装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种流体排放装置，包括：

排放管，具有流体进口和流体出口;

导流结构，设于所述排放管的流体出口处，具有用于引导所述排放管中的流体按照预定路径流出的导流面，以及与所述排放管的流体出口封堵的第一位置和打开至引导所述排放管中的流体沿所述导流面流出的第二位置；

支撑结构，与所述导流结构对应设置，在所述导流结构处于第二位置时对其提供足以支撑导流面的作用力。

所述的流体排放装置，所述导流结构为圆锥体，所述导流面为圆锥体的锥面，且在所述导流结构处于第一位置时，圆锥体的小头端延伸至所述排放管内部。

所述的流体排放装置，在所述导流结构处于第一位置时，所述锥面与所述排放管的流体出口的接触处设有密封结构。

所述的流体排放装置，所述密封结构靠近所述圆锥体的小头端设置。

所述的流体排放装置，所述密封结构为聚四氟乙烯密封圈。

所述的流体排放装置，所述圆锥体的锥角为45°。

所述的流体排放装置，所述支撑结构为与所述导流结构连接的升降组件。

所述的流体排放装置，当所述升降组件下降至最低位置时，所述导流结构的顶端与所述排放管的流体出口平齐，所述导流结构的底端与地面平齐。

所述的流体排放装置，所述升降组件为液压升降杆。

所述的流体排放装置，所述液压升降杆包括缸体和与所述缸体伸缩连接的杆体，所述杆体的一端与所述导流结构的底面固定，所述缸体预埋在地面以下。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的流体排放装置，当需要应急排放低温推进剂等流体时，只需打开排放管的流体出口处的导流结构，使得导流结构与支撑结构接触，形成导流面，流体便可在导流面的引导下按照预定路径排出。由于导流结构直接设置在排放管的流体出口处，因此在应急排放时不用再预冷管路，加快了应急排放速度，缩短了危险源的存在时间；同时由于导流面的引导作用，流体不会直接冲击地面，避免了低温推进剂等流体直接冲击到地面上因局部汽化、升温可能引发的爆燃等危险情况，降低了安全隐患。

2.本发明提供的流体排放装置，圆锥体的导流结构，使得可以通过改变圆锥体与排放管的流体出口的相对位置，控制流体的排放流量，满足实际排放要求。

3.本发明提供的流体排放装置，锥面与排放管的流体出口的接触处密封结构的设置，保证了导流结构在处于第一位置时排放管中的密封性能，防止泄露。

4.本发明提供的流体排放装置，当升降组件下降至最低位置时，导流结构的顶端与排放管的流体出口平齐，导流结构的底端与地面平齐，此时达到最大排放流量，且仍能保证从排放管排出的流体依旧沿锥面流动，始终保持较高的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明第一种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第一位置时的示意图；

图2为本发明第一种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第二位置时的示意图;

图3为本发明第二种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第一位置时的示意图；

图4为本发明第二种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第二位置时的示意图;

图5为本发明第三种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第一位置时的示意图；

图6为本发明第三种实施方式提供的流体排放装置在导流结构处于第二位置时的示意图。

附图标记说明：

1、排放管；2、导流结构；3、支撑结构；4、导流面；5、密封结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1和2所示的流体排放装置的一种具体实施方式，本实施例中的流体为用于运载火箭的低温推进剂，例如液氢或液态甲烷，包括排放管1、导流结构2和支撑结构3。

排放管1具有流体进口和流体出口，流体出口设于排放管1的朝向地面弯折的部分。排放管1的内径根据最大泄放量确定，管内流速小于6m/s。

导流结构2设于所述排放管1的流体出口处，具有用于引导所述排放管1中的流体按照预定路径流出的导流面4，以及与所述排放管1的流体出口封堵的第一位置和打开至引导所述排放管1中的流体沿所述导流面4流出的第二位置。导流结构2位于第一位置时，低温推进剂被封堵在排放管1中；导流结构2位于第二位置时，低温推进剂沿导流面4排出排放管1。

具体的，所述导流结构2为不锈钢材质的圆锥体，所述圆锥体的锥角为45°，所述导流面4为圆锥体的锥面，且在所述导流结构2处于第一位置时，圆锥体的小头端延伸至所述排放管1内部，与排放管1的内壁紧密贴合，圆锥体的大头端正对地面设置，且大头端的横截面积大于排放管1的内径。

为保证密封性能，在所述导流结构2处于第一位置时，所述锥面与所述排放管1的流体出口的接触处设有密封结构5，且所述密封结构5靠近所述圆锥体的小头端设置，位于圆锥体高度的1/3处。具体的，所述密封结构5为聚四氟乙烯密封圈。

支撑结构3与所述导流结构2对应设置，在所述导流结构2处于第二位置时对其提供足以支撑导流面4的作用力。所述支撑结构3为与所述导流结构2连接的升降组件。随着升降组件的下降，导流结构2与排放管1的流体出口之间的流体通道容积逐渐增大，流体排放量增大，当所述升降组件下降至最低位置时，如图2所示，所述导流结构2的顶端与所述排放管1的流体出口平齐，且正对排放管1的轴线，以保证从流体出口排出的流体可以沿锥面均匀排出；所述导流结构2的底端与地面平齐，此时达到最大排放量。

具体的，所述升降组件为液压升降杆。所述液压升降杆包括缸体和与所述缸体伸缩连接的杆体，所述杆体的一端与所述导流结构2的底面固定，所述缸体预埋在地面以下。这样当杆体完全回缩至缸体中时，整个液压升降杆均位于地面以下，从而保证导流结构2的底端刚好与地面接触，不会出现沿导流面4排出的流体再次流动到液压升降杆下方的情况。为保证安全性，液压升降杆可通过远程控制实现升降，升起时对密封圈的压紧力大于排放管1中的流体压力，可保证密封性。

在不需要对排放管1中的低温推进剂进行排放时，通过液压升降杆将圆锥体的导流结构2的小头端顶入排放管1，并利用聚四氟乙烯密封圈实现二者的密封。当需要对排放管1中的低温推进剂进行排放时，只需驱动液压升降杆缓慢下降，使得导流结构2的锥面与排放管1的流体出口之间形成流体通道，低温推进剂就可以沿着倾斜的锥面以相对较缓的速度流出，并流向地面，从而避免了高压、高速的低温推进剂直接冲击围堰底面，消除了燃爆的风险，提高了低温液体推进剂应急处理水平，为低温液体推进剂大规模安全应用提供了有力保障。当杆体完全回缩至缸体中，即导流结构2的大头端的底面与围堰底面接触时，达到最大排放流量，直至低温推进剂泄出完毕，液压升降杆再次上升至将导流结构2与排放管1的流体出口封闭的位置。

作为替代的实施方式，如图3和4所示,导流结构2为与排放管1的流体出口枢接的导流板，导流板的横截面积不小于流体出口的横截面积，当不需要排放流体时，导流板通过液压升降杆提供的支撑力与流体出口固定，以防止流体泄露；当需要排放流体时，只需液压升降杆下降到一定位置，并使得导流板绕枢接轴转动至与水平面成一定夹角，以形成可以引导流体沿预定路径流出的导流斜面的位置即可，此时由于受到液压升降杆的支撑，导流板能够稳定在当前状态。

作为替代的实施方式，如图5和6所示,当不需要排放流体时,导流板通过远程控制的阀门与流体出口固定;当需要排放流体时,通过远程控制打开阀门,导流板旋转至与水平面成一定夹角,支撑结构3为与排放管1的流体出口具有一定的距离的支撑杆，当导流板转动至形成导流斜面的位置时，支撑杆刚好支撑在导流板的下方形成稳定支撑。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种流体排放装置，其特征在于，包括：

排放管（1），具有流体进口和流体出口;

导流结构（2），设于所述排放管（1）的流体出口处，具有用于引导所述排放管（1）中的流体按照预定路径流出的导流面（4），以及与所述排放管（1）的流体出口封堵的第一位置和打开至引导所述排放管（1）中的流体沿所述导流面（4）流出的第二位置；

支撑结构（3），与所述导流结构（2）对应设置，在所述导流结构（2）处于第二位置时对其提供足以支撑导流面（4）的作用力。

2.根据权利要求1所述的流体排放装置，其特征在于，所述导流结构（2）为圆锥体，所述导流面（4）为圆锥体的锥面，且在所述导流结构（2）处于第一位置时，圆锥体的小头端延伸至所述排放管（1）内部。

3.根据权利要求2所述的流体排放装置，其特征在于，在所述导流结构（2）处于第一位置时，所述锥面与所述排放管（1）的流体出口的接触处设有密封结构（5）。

4.根据权利要求3所述的流体排放装置，其特征在于，所述密封结构（5）靠近所述圆锥体的小头端设置。

5.根据权利要求3所述的流体排放装置，其特征在于，所述密封结构（5）为聚四氟乙烯密封圈。

6.根据权利要求2-5任一项所述的流体排放装置，其特征在于，所述圆锥体的锥角为45°。

7.根据权利要求1-5任一项所述的流体排放装置，其特征在于，所述支撑结构（3）为与所述导流结构（2）连接的升降组件。

8.根据权利要求7所述的流体排放装置，其特征在于，当所述升降组件下降至最低位置时，所述导流结构（2）的顶端与所述排放管（1）的流体出口平齐，所述导流结构（2）的底端与地面平齐。

9.根据权利要求8所述的流体排放装置，其特征在于，所述升降组件为液压升降杆。

10.根据权利要求9所述的流体排放装置，其特征在于，所述液压升降杆包括缸体和与所述缸体伸缩连接的杆体，所述杆体的一端与所述导流结构（2）的底面固定，所述缸体预埋在地面以下。

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