CN111911808B - 一种集成化减压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成化减压装置，包括：第一高压自锁阀、第二高压自锁阀、第三高压自锁阀、减压阀I、减压阀II、减压阀III、单向阀I、单向阀II、入口多通元件I、入口多通元件II、出口多通元件、出口三通元件、导管、底板、第二外套螺母II、第一箍带I、第二箍带I、第三箍带I、箍带II、第一箍带III、第二箍带III、箍带IV、第一压力传感器I、第二压力传感器I、压力传感器II和压力传感器III。本发明将各路用于减压的部件集成，实现了将两路高压气体分别减压至各路所需压力并分流实现四路气体供应，使得该装置具有功能集成性高、重量较小、使用维护更为方便的优点。

Description

一种集成化减压装置

技术领域

本发明属于航天推进系统中气体介质输送技术领域，尤其涉及一种集成化减压装置。

背景技术

在航天器推进系统中，气体介质主要用于推进剂贮箱增压、发动机气控阀门做动控制、发动机起动涡轮起旋吹风等，以上三类用途对气体介质压力要求各异，因此需要三路不同压力的气源供应。气体介质一般以高压状态储存于容器中，除发动机起动涡轮起旋吹风外路，其余两路所需的气体压力均比较低，因此需要对储存于高压容器中的气体介质进行减压，以满足两路对供应气体的压力需求。

现有的减压措施一般为各路分别设置减压部件进行减压，这使得减压部件布局比较分散，总结构质量较大，且使用维护不便。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种集成化减压装置，该装置将各路用于减压的部件集成，实现了将两路高压气体分别减压至各路所需压力并分流实现四路气体供应，使得该装置具有功能集成性高、重量较小、使用维护更为方便的优点。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种集成化减压装置，包括：第一高压自锁阀、第二高压自锁阀、第三高压自锁阀、减压阀I、减压阀II、减压阀III、单向阀I、单向阀II、入口多通元件I、入口多通元件II、出口多通元件、出口三通元件、导管、底板、第二外套螺母II、第一箍带I、第二箍带I、第三箍带I、箍带II、第一箍带III、第二箍带III、箍带IV、第一压力传感器I、第二压力传感器I、压力传感器II和压力传感器III；其中，所述入口多通元件I、第一高压自锁阀、导管、减压阀I、减压阀II以及所述出口多通元件顺次连接，形成减压通道I；其中，所述入口多通元件I与所述第一高压自锁阀相连接；所述导管的一端与所述第一高压自锁阀相连接，所述导管的另一端与所述减压阀I相连接；所述减压阀I与所述减压阀II相连接；所述减压阀II与所述出口多通元件相连接；所述单向阀I、单向阀II以及所述压力传感器II均与所述出口多通元件相连接；所述第一压力传感器I与所述入口多通元件I相连接；所述入口多通元件II、第二高压自锁阀、减压阀III以及所述出口三通元件顺次连接，形成减压通道II；其中，所述入口多通元件II与所述第二高压自锁阀相连接；所述第二高压自锁阀通过所述第二外套螺母II与所述减压阀III相连接；所述减压阀III与所述出口三通元件相连接；所述入口多通元件II与所述第三高压自锁阀相连接；所述第二压力传感器I与所述入口多通元件II相连接；所述压力传感器III与所述出口三通元件相连接；所述第一高压自锁阀通过所述第一箍带I固定于所述底板上，所述第二高压自锁阀通过所述第二箍带I固定于所述底板上，所述第三高压自锁阀通过所述第三箍带I固定于所述底板上；所述减压阀I通过所述箍带II、第一箍带III和第二箍带III固定于所述底板上；所述减压阀III通过所述箍带IV固定于所述底板上；所述入口多通元件I、入口多通元件II、出口多通元件以及所述减压阀II均通过所述螺栓和所述垫圈固定于所述底板上。

上述集成化减压装置中，单向阀I的出口压力P₁为：P₁＝P₀-Δp_g1-Δp_j1-Δp_j2-Δp_dg-Δp_d1；其中，P₀为入口多通元件I的高压气体初始压力，Δp_g1为第一高压自锁阀的压力降，Δp_j1为减压阀I的压力降，Δp_j2为减压阀II的压力降，Δp_dg为导管的压力降，Δp_d1为单向阀I的压力降。

上述集成化减压装置中，单向阀II的出口压力P₂为：

P₂＝P₀-Δp_g1-Δp_j1-Δp_j2-Δp_dg-Δp_d2；其中，P₀为入口多通元件I的高压气体初始压力，Δp_g1为第一高压自锁阀的压力降，Δp_j1为减压阀I的压力降，Δp_j2为减压阀II的压力降，Δp_dg为导管的压力降，Δp_d2为单向阀II的压力降。

上述集成化减压装置中，单出口三通元件的出口压力P₃为：P₃＝P₀₁-Δp_g2-Δp_j3；其中，P₀₁为入口多通元件II的高压气体初始压力，Δp_g2为第二高压自锁阀的压力降，Δp_j3为减压阀III的压力降。

上述集成化减压装置中，第三高压自锁阀的出口压力P₄为：P₄＝P₀₁-Δp_g3；其中，P₀₁为入口多通元件II的高压气体初始压力，Δp_g3为第三高压自锁阀的压力降。

上述集成化减压装置中，还包括：第一外套螺母I；其中，所述入口多通元件I通过第一外套螺母I与所述第一高压自锁阀相连接。

上述集成化减压装置中，还包括：第二外套螺母I；其中，所述减压阀I通过第二外套螺母I与所述减压阀II相连接。

上述集成化减压装置中，还包括：第三外套螺母I；其中，所述减压阀II通过第三外套螺母I与所述述出口多通元件相连接。

上述集成化减压装置中，还包括：第四外套螺母I；其中，所述入口多通元件II通过所述第四外套螺母I与所述第三高压自锁阀相连接。

上述集成化减压装置中，还包括：第一外套螺母II；其中，所述入口多通元件II通过所述第一外套螺母II与所述第二高压自锁阀相连接。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明集成了对高压气源的供应通断控制、减压、分流以及压力测量等功能，具有更高的功能密度；

(2)本发明可对两路高压气源进行分别减压，并提供四路不同压力输出，系统集成度高；

(3)本发明部件间采用直接连接，采用的导管较少，布局具有较高紧凑性，使得整个装置的体积和质量均得到了有效控制；

(4)本发明所有部件均匀布置于一块矩形金属底板同侧，减压装置中所有部件布置均与金属底板的主边线平行，形状规则且模块化程度高便于安装；

(5)本发明对于需要大幅减压的通道，装置中串联设置了两台减压阀，压力输出更为稳定；

(6)本发明减压装置中各部件间连接部位以及对外接口均采用液体动力系统中广泛采用的台阶式密封，技术成熟度高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的集成化减压装置的主视图；

图2是本发明实施例提供的集成化减压装置的立体图；

图3是本发明实施例提供的各气路通道及对外接口示意图；

图4为本发明实施例提供的部件间台阶式连接装配示意图；

图5为本发明实施例提供的部件与底板间箍带固定方式示意图；

图6为本发明实施例提供的部件与底板间螺栓固定方式示意图

图7为本发明实施例提供的减压阀的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的集成化减压装置的主视图；图2是本发明实施例提供的集成化减压装置的立体图。如图1和图2所示，该集成化减压装置包括：第一高压自锁阀110、第二高压自锁阀120、第三高压自锁阀130、减压阀I2、减压阀II3、减压阀III4、单向阀I5、单向阀II6、入口多通元件I7、入口多通元件II8、出口多通元件9、出口三通元件10、导管11、底板12、第一外套螺母I131、第二外套螺母I132、第三外套螺母I133、第四外套螺母I134、第五外套螺母I135、第一外套螺母II141、第二外套螺母II142、第一箍带I151、第二箍带I152、第三箍带I153、箍带II16、第一箍带III171、第二箍带III172、箍带IV18、第一压力传感器I191、第二压力传感器I192、压力传感器II20和压力传感器III21；其中，

所述入口多通元件I7、第一高压自锁阀110、导管11、减压阀I2、减压阀II3以及所述出口多通元件9顺次连接，形成减压通道I如图3所示；其中，所述入口多通元件I7通过第一外套螺母I131与所述第一高压自锁阀110相连接；所述导管11的一端与所述第一高压自锁阀110相连接，所述导管11的另一端与所述减压阀I2相连接；所述减压阀I2通过第二外套螺母I132与所述减压阀II3相连接；所述减压阀II3通过第三外套螺母I133与所述述出口多通元件9相连接；所述单向阀I5、单向阀II6以及所述压力传感器II20均与所述出口多通元件9相连接；所述第一压力传感器I191与所述入口多通元件I7相连接。

所述入口多通元件II8、第二高压自锁阀120、减压阀III4以及所述出口三通元件10顺次连接，形成减压通道II如图3所示；其中，所述入口多通元件II8通过所述第四外套螺母I134与所述第二高压自锁阀120相连接；所述第二高压自锁阀120通过所述第一外套螺母II141与所述减压阀III4连接，所述减压阀III4通过所述第二外套螺母II142与所述出口三通元件10连接；所述入口多通元件II8通过所述第五外套螺母I135与所述第三高压自锁阀130相连接，形成高压隔离通道；所述第二压力传感器I192与所述入口多通元件II8相连接；所述压力传感器III21与所述出口三通元件10相连接。

如图5所示，第一高压自锁阀110通过所述第一箍带I151固定于所述底板12上，所述第二高压自锁阀120通过所述第二箍带I152固定于所述底板12上，所述第三高压自锁阀130通过所述第三箍带I153固定于所述底板12上；所述减压阀I2通过所述箍带II16、第一箍带III171和第二箍带III172固定于所述底板12上；所述减压阀III4通过所述箍带IV18固定于所述底板12上；所述入口多通元件I7、入口多通元件II8、出口多通元件9以及所述减压阀II3均通过所述螺栓23和所述垫圈24固定于所述底板12上。

假设进入口多通元件I7和入口多通元件II8的高压气体初始压力为P₀和P₀₁，减压通道I的出口I和出口II的压力分别为P₁和P₂，减压通道II的出口的压力为P₃，高压隔离通道出口压力为P₄，则：

其中，Δp_g1为第一高压自锁阀110的压力降，Δp_g2为第二高压自锁阀120的压力降，Δp_g3为第三高压自锁阀130的压力降，Δp_j1为减压阀I2的压力降，Δp_j2为减压阀II3的压力降，Δp_j3为减压阀III4的压力降，Δp_dg为导管11的压力降，Δp_d1为单向阀I5的压力降，Δp_d2为单向阀II6的压力降。

需要说明的是，由于Δp_d1≠Δp_d2，则P₁≠P₂。因此通过该减压装置，可将两路高压气体输出为4路的压力不等的供应气，并提供给下游系统。

系统中各主要组件的功能如下：高压自锁阀的功能为用于隔离高压气体并控制高压气体的通断；减压阀的功能为用于将高压气体压力降低到某一规定值并稳定输出，是各路减压通道的主要功能组件；单向阀的功能为防止下游气体反流。

减压通道I用于实现大范围减压并分路供应，因此该通道中设置了两台减压阀串联工作；减压通道II用于实现较小范围减压，因此设置了一台减压阀；高压隔离通道主要用于高压大流量气体的直接供应，因此未设置减压阀。

从以上各式中可以看出，在该装置设计过程中，最大程度上采用了组件直连的方式，控制了导管的数量，可使得导管压力降Δp_dg的影响降低到最小，使得各路减压阀的作用得到最大发挥。

如图7所示，各路减压通道中，减压阀是实现减压和稳压功能的核心组件，其活动系统的力平衡方程为：

p_iA_p+F_2c+K₂h+p_oA_ef+K_dh-p_oA_p-(F_1c-K₁h)-p_aA_ef＝0 (2)

式中，p_i为减压阀进口压力，p_o为减压阀出口压力，p_a为环境压力，A_p为同时受到减压阀的进、出口压力作用的阀芯面积，A_ef为膜片有效面积，F_1c为阀芯处于关闭位置时的基准弹簧力，F_2c为阀芯处于关闭位置时的回位弹簧力，h为阀芯的开度，K₁为基准弹簧的刚度，K₂为回位弹簧的刚度，K_d为膜片的刚度。

令

ΔF_c＝F_1c-F_2c

K_t＝K₁+K₂+K_d

则依据(2)式，可得

从(3)式可以看出，只有h、p_i为变量，只要保持K_th-p_iA_p为常数，即通过开度h的变化来抵消p_i的变化，就可以保持p_o大致稳定。

减压阀的压力降可以表示为

入口多通元件I7、第一高压自锁阀110、导管11、减压阀I2、减压阀II3以及所述出口多通元件9顺次连接，形成减压通道I。该通道中，串联设置了两台减压阀，可获得更大的减压效果，且压力输出更为稳定。

所述入口多通元件II8、高压自锁阀1、减压阀III4以及所述出口三通元件10顺次连接，形成减压通道II。

以上各气路通道具体如图3所示。以上设置，使得本发明集成了对高压气源的供应通断控制、减压、分流以及压力测量等功能；本发明可对两路高压气源进行分别减压，并提供四路不同压力输出，系统集成度高，具有更高的功能密度；部件间采用直接连接，采用的导管较少，布局具有较高紧凑性，使得整个装置的体积和质量均得到了有效控制。

在所述的以上所有连接的部位，均使用了台阶型密封方案，其通过软金属密封垫22实现连接，具体地，如图4所示。这种连接与密封形式液体动力系统中广泛采用，具有较高的成熟度和可靠性。

入口多通元件I7、入口多通元件II8、出口多通元件9以及所述减压阀II3通过所述螺栓23和所述垫片24固定于所述底板12上，具体地，如图6所示。

减压装置与外界的固定通过位于底板上的四个固定孔实现，如图3所示。所有部件均匀布置于一块矩形金属底板同侧，减压装置中所有部件布置均与金属底板的主边线平行，形状规则且模块化程度高便于安装和测试。

本实施例集成了对高压气源的供应通断控制、减压、分流以及压力测量等功能，具有更高的功能密度；本实施例可对两路高压气源进行分别减压，并提供四路不同压力输出，系统集成度高；部件间采用直接连接，采用的导管较少，布局具有较高紧凑性，使得整个装置的体积和质量均得到了有效控制；所有部件均匀布置于一块矩形金属底板同侧，减压装置中所有部件布置均与金属底板的主边线平行，形状规则且模块化程度高便于安装；对于需要大幅减压的通道，装置中串联设置了两台减压阀，压力输出更为稳定；减压装置中各部件间连接部位以及对外接口均采用液体动力系统中广泛采用的台阶式密封，技术成熟度高；减压装置对外接口均布置于装置外围或者上端，开敞性佳，便于装配后与外部管路对接。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成化减压装置，其特征在于包括：第一高压自锁阀(110)、第二高压自锁阀(120)、第三高压自锁阀(130)、减压阀I(2)、减压阀II(3)、减压阀III(4)、单向阀I(5)、单向阀II(6)、入口多通元件I(7)、入口多通元件II(8)、出口多通元件(9)、出口三通元件(10)、导管(11)、底板(12)、第二外套螺母II(142)、第一箍带I(151)、第二箍带I(152)、第三箍带I(153)、箍带II(16)、第一箍带III(171)、第二箍带III(172)、箍带IV(18)、第一压力传感器I(191)、第二压力传感器I(192)、压力传感器II(20)和压力传感器III(21)；其中，

所述入口多通元件I(7)、第一高压自锁阀(110)、导管(11)、减压阀I(2)、减压阀II(3)以及所述出口多通元件(9)顺次连接，形成减压通道I；其中，

所述入口多通元件I(7)与所述第一高压自锁阀(110)相连接；所述导管(11)的一端与所述第一高压自锁阀(110)相连接，所述导管(11)的另一端与所述减压阀I(2)相连接；所述减压阀I(2)与所述减压阀II(3)相连接；所述减压阀II(3)与所述出口多通元件(9)相连接；

所述单向阀I(5)、单向阀II(6)以及所述压力传感器II(20)均与所述出口多通元件(9)相连接；

所述第一压力传感器I(191)与所述入口多通元件I(7)相连接；

所述入口多通元件II(8)、第二高压自锁阀(120)、减压阀III(4)以及所述出口三通元件(10)顺次连接，形成减压通道II；其中，

所述入口多通元件II(8)与所述第二高压自锁阀(120)相连接；所述第二高压自锁阀(120)通过所述第二外套螺母II(142)与所述减压阀III(4)相连接；所述减压阀III(4)与所述出口三通元件(10)相连接；

所述入口多通元件II(8)与所述第三高压自锁阀(130)相连接；

所述第二压力传感器I(192)与所述入口多通元件II(8)相连接；

所述压力传感器III(21)与所述出口三通元件(10)相连接；

所述第一高压自锁阀(110)通过所述第一箍带I(151)固定于所述底板(12)上，所述第二高压自锁阀(120)通过所述第二箍带I(152)固定于所述底板(12)上，所述第三高压自锁阀(130)通过所述第三箍带I(153)固定于所述底板(12)上；

所述减压阀I(2)通过所述箍带II(16)、第一箍带III(171)和第二箍带III(172)固定于所述底板(12)上；

所述减压阀III(4)通过所述箍带IV(18)固定于所述底板(12)上；

所述入口多通元件I(7)、入口多通元件II(8)、出口多通元件(9)以及所述减压阀II(3)均通过螺栓(23)和垫圈(24)固定于所述底板(12)上。

2.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于：单向阀I(5)的出口压力P₁为：P₁＝P₀-Δp_g1-Δp_j1-Δp_j2-Δp_dg-Δp_d1；

其中，P₀为入口多通元件I(7)的高压气体初始压力，Δp_g1为第一高压自锁阀(110)的压力降，Δp_j1为减压阀I(2)的压力降，Δp_j2为减压阀II(3)的压力降，Δp_dg为导管(11)的压力降，Δp_d1为单向阀I(5)的压力降。

3.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于：单向阀II(6)的出口压力P₂为：P₂＝P₀-Δp_g1-Δp_j1-Δp_j2-Δp_dg-Δp_d2；

其中，P₀为入口多通元件I(7)的高压气体初始压力，Δp_g1为第一高压自锁阀(110)的压力降，Δp_j1为减压阀I(2)的压力降，Δp_j2为减压阀II(3)的压力降，Δp_dg为导管(11)的压力降，Δp_d2为单向阀II(6)的压力降。

4.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于：单出口三通元件(10)的出口压力P₃为：P₃＝P₀₁-Δp_g2-Δp_j3；

其中，P₀₁为入口多通元件II(8)的高压气体初始压力，Δp_g2为第二高压自锁阀(120)的压力降，Δp_j3为减压阀III(4)的压力降。

5.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于：第三高压自锁阀(130)的出口压力P₄为：P₄＝P₀₁-Δp_g3；

其中，P₀₁为入口多通元件II(8)的高压气体初始压力，Δp_g3为第三高压自锁阀(130)的压力降。

6.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于还包括：第一外套螺母I(131)；其中，所述入口多通元件I(7)通过第一外套螺母I(131)与所述第一高压自锁阀(110)相连接。

7.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于还包括：第二外套螺母I(132)；其中，所述减压阀I(2)通过第二外套螺母I(132)与所述减压阀II(3)相连接。

8.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于还包括：第三外套螺母I(133)；其中，所述减压阀II(3)通过第三外套螺母I(133)与所述出口多通元件(9)相连接。

9.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于还包括：第四外套螺母I(134)；其中，所述入口多通元件II(8)通过所述第四外套螺母I(134)与所述第三高压自锁阀(130)相连接。

10.根据权利要求1所述的集成化减压装置，其特征在于还包括：第一外套螺母II(141)；其中，所述入口多通元件II(8)通过所述第一外套螺母II(141)与所述第二高压自锁阀(120)相连接。

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