CN112178255B - 一种防爆器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防爆器及其组装方法，可以阻止系统下游由于爆炸产生的爆轰波向上游传播。下游系统中出现爆炸时，爆轰波和高压介质传回时直接作用于膜片，使得膜片破裂打开并推动活塞运动，打开排放口并释放限位销，向外排出下游介质，单向阀阀芯在弹簧力的作用下关闭，阻止介质继续流向下游，同时，部分爆轰波和回火反向通过吸能器能量衰减，最终被阻火器吸收剩余能量，阻止爆轰波继续反向向上游系统传播。该防爆器结构功能集成度高，同时实现爆轰波的快速排放、回火能量的吸收和阻挡，以及上下游介质通道的切断，防爆能力强，能够极大程度提高易燃易爆燃料输送系统的安全性。

Description

一种防爆器及其组装方法
技术领域
本发明属于液体火箭发动机系统领域，涉及一种防爆器及其组装方法。
背景技术
常用的液体火箭发动机采用燃料和氧化剂组合的双组元推进剂，用来产生发动机推力，双组元系统需要准确计算和匹配两种组元的推进剂量，以期望它们同时被用尽减少残余，提高推进剂使用率，同时双组元系统中，燃料和氧化剂需要采用两套独立的储存和供应系统，增加了很多系统干重。而单组元推进剂(或预混合双组元推进剂)因为只需要携带一种推进剂，很好的避免了双组元系统的问题，成为被关注的热点。单组元发动机系统面临的问题是，通常高能单组元推进剂通常为预混合双组元推进剂，使用预混合双组元推进剂的发动机系统具有结构简单、干重小的优点，却也因为预混合双组元推进剂通常为易燃易爆介质，若系统某处发生燃烧或爆炸，回火和爆轰波会迅速传至上游，若导致推进剂贮箱发生爆炸，则会面临灾难性的后果。因此，回火和爆轰波传递至推进剂贮箱引发的更大的灾难性后果，成为了阻止预混合双组元推进剂广泛应用的重要原因。
如何提供一种全新的防爆，有效阻值回火和爆轰波向上游传递，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提供了一种防爆器及其组装方法，可用于使用预混合双组元推进剂的发动机系统中，也可用于易燃易爆燃料供应输送系统，能够有效阻止回火和爆轰波的传递，极大提高了系统的安全性。
为达到上述目的，本发明提供了一种防爆器，包括：阀体，介质通道，排放口，单向阀阀芯、膜片、传动活塞、限位销以及复位部件；
阀体设置介质通道；介质经入口进入防爆器结构内的介质通道，经所述单向阀阀芯后由出口排放；所述限位销用于限位所述单向阀阀芯；所述膜片固定在介质通道与排放口之间，所述传动活塞封闭所述介质通道与所述排放口之间的通路并限位所述限位销；
当发生爆炸后，爆轰波和高压介质经出口进入所述防爆阀体，使得所述膜片破裂后，推动所述传动活塞运动，使得所述排放口与所述介质通道连通；释放所述限位销，使得所述单向阀阀芯在复位部件的带动下封闭所述介质通道。
进一步地，还包括用于吸收爆轰波能量的吸能器和防止回火的阻火器，设置在所述出口与所述单向阀阀芯之间。
进一步地，所述介质通道包括入口段、转向段、出口段以及活塞段；所述入口段一端设置入口，内设置所述单向阀阀芯；所述转向段连接至所述出口段中部和所述入口段的另一端；所述出口段一端为出口，另一端设置所述膜片；所述活塞段一端连接至所述出口段的另一端，内部设置传动活塞，所述活塞段的另一端设置缓冲垫，所述活塞段的一侧设置所述排放口，另一侧设置限位销孔，放置所述限位销；所述活塞段的轴向长度大于所述传动活塞的轴向长度。
进一步地，所述膜片通过压环限位在所述出口段的另一端，所述膜片设置密封件。
进一步地，所述传动活塞为圆柱体中部设置环槽，所述传动活塞直径与所述活塞段的内径匹配，所述传动活塞一端设置密封圈，阻断所述出口段以及所述排放口之间的介质通路；所述传动活塞另一端限位所述限位销；当所述传动活塞运动后，所述出口段以及所述排放口之间形成介质通路，所述环槽连通限位销孔，解除对限位销的限位。
进一步地，还包括内部中空的接管嘴，一端为入口；所述单向阀阀芯内部为中空，阀座设置在所述入口段的另一端；所述单向阀阀芯由所述接管嘴封堵在所述入口段内，介质经入口进入所述单向阀阀芯的内部，再经所述单向阀阀芯和阀座之间的空隙进入所述入口段和阀座之间的空隙。
进一步地，所述复位部件为弹簧，一端由所述单向阀阀芯内部的台阶面限位，另一端由所述接管嘴的另一端限位。
进一步地，所述单向阀阀芯的侧向设置凹槽，所述限位销插入所述凹槽对所述单向阀阀芯进行限位。
进一步地，所述吸能器、阻火器经堵塞封堵在所述转向段内；介质经所述入口段进入所述堵塞内部的通路进入所述阻火器，经所述吸能器与所述转向段之间的周向空隙进入所述出口段。
本发明另一方面提供一种所述的防爆器的组装方法，包括如下步骤：
将所述膜片密封设置在所述出口段，并通过压环固定；将传动活塞设置在所述活塞段靠近所述压环的一端密封，将缓冲垫放置在所述活塞段的另一端并通过堵头封堵；限位销放入限位销孔，套设密封件；所述单向阀阀芯插入入口段，限位销插入所述单向阀阀芯将所述单向阀阀芯限位在开启状态；将吸能器和防止回火的阻火器依次放入所述转向段，并经堵塞限位，吸能器与所述转向段之间留有介质通过的空隙。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明防爆器功能集成度高，同时实现爆轰波的快速排放、回火能量的吸收和阻挡，以及上下游介质通道的切断，防爆能力强，能够极大程度提高使用易爆介质系统的安全性。
(2)本发明设置吸能器进行爆轰波能量衰减，设置阻火器吸收剩余能量，充分阻止了爆轰波继续反向向上游系统传播。
(3)本发明设置了缓冲垫减小活塞在爆轰波的冲击下对阀体的冲击。
(4)本发明通过设置转向段，减小了体积，满足设备对于体积限制；本发明组装方便，膜片的更换简单便捷。
附图说明
图1是本发明实施例所述的防爆器结构示意图；
图中：1、阀体；2、吸能器；3、阻火器；4、密封件；5、堵塞；6、密封件；7、密封件；8、膜片；9、密封件；10、压环；11、密封件；12、传动活塞；13、缓冲垫；14、堵头；15、单向阀阀芯；16、弹簧；17、密封件；18、限位销；19、堵盖；20、密封件；21、密封件；22、接管嘴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1所示，本发明提一方面供了一种防爆器，包括阀体1、介质通道、排放口、吸能器2、阻火器3、单向阀阀芯15、膜片8、传动活塞12和限位销18、弹簧16等零组件。
阀体1，内部设置介质通道，包括入口段、转向段、出口段以及活塞段。在一个实施例中所述入口段为水平孔，所述出口段以及活塞段为平行与入口段的另一水平孔，转向段为垂直孔，连接在两个水平孔之间。应当理解的是，为了减小结构的体积，本发明设置转向段连接位于不同高度的入口段和出口段，具体的设置方向不限于垂直。
单向阀阀芯15、弹簧16、接管嘴22依次装入口段，单向阀阀芯15被限位销17固定在打开位置，弹簧16一端与单向阀阀芯15上的安装孔贴紧，另一端与接管嘴22端面贴紧，入口段底端设置有单向阀阀座，接管嘴22与阀体1之间设置密封件21进行密封。单向阀阀芯15的阀芯外径和入口段内径匹配，只能轴向运动，限位销18释放后，阀芯在弹簧力的作用下向左运动，直到阀座和阀芯密封面贴合。阀座和阀体为一体结构。
吸能器2、阻火器3和堵塞5依次装入转向段中，吸能器2与部分与孔底贴紧定位，部分留有空隙作为介质通路，吸能器2通过阶梯面限位。阻火器3与吸能器2贴紧，堵塞5与吸能器2贴紧，通过堵塞5和阀体1上的螺纹拧紧，堵塞5上的通道两侧分别设置密封件4和密封件6进行密封，通过内部通道连通入口和出口，形成介质流通的第一通道。介质经入口进入所述单向阀阀芯15的内部，经再经所述单向阀阀芯15和阀座之间的空隙进入所述入口段和阀座之间的空隙；随后，介质经所述入口段进入所述堵塞5内部的通路进入所述阻火器3，经所述吸能器2与所述转向段之间的周向空隙进入所述出口段，由出口排出。
出口段以及活塞段同轴设置。膜片8、压环10经活塞段放入所述出口段，膜片8和阀体1之间设置密封件7，膜片8与压环10之间设置密封件9，并通过压环10与阀体1上的螺纹拧紧。
传动活塞12、缓冲垫13和堵头14依次装入与活塞段，传动活塞12靠近压环10一侧与阀体1之间设置密封件11进行密封，阀体1上设置有排放孔，形成介质排放的第二通道，缓冲垫13一侧与阀体1贴紧，另一侧与堵头14贴紧，通过堵头14与阀体1上的螺纹拧紧。传动活塞12安装到位后，依靠密封圈的摩擦力保持位置。传动活塞12设置环槽，活塞段及入口段之间设置有限位销18安装孔，通过传动活塞12右侧直径较大的外圆对限位销18一端进行限位，限位销18另一端深入单向阀阀芯15上的限位销18安装孔内，限位销18与阀体1之间设置密封件17进行密封，将单向阀阀芯15固定在打开状态。系统下游发生回火和爆炸时，爆轰波从出口反向进入防爆器，直接作用于膜片8，当膜片8承受介质压力高于破裂压力时膜片8打开，并推动传动活塞12运动，打开排放口排出下游介质，并释放限位销18，单向阀阀芯15在弹簧力的作用下关闭，阻止介质继续流向下游，部分反向进入防爆器的爆轰波和回火进入第一通道下游，通过吸能器2能量衰减，最终被阻火器3吸收剩余能量，不能继续向上游传播。
系统下游发生回火和爆炸时，爆轰波及高压介质从出口反向进入防爆器，直接作用于膜片8，当膜片8承受介质压力高于破裂压力时膜片8打开，并推动传动活塞12运动，打开排放口排出下游介质，释放限位销18，入口段的介质压力作用在限位销18下端，推动它向上运动，单向阀阀芯15在弹簧力的作用下关闭，阻止介质继续流向下游，部分反向进入防爆器的爆轰波和回火进入第一通道下游，通过吸能器2能量衰减，最终被阻火器3吸收剩余能量，不能继续向上游传播。
本发明另一方面提供一种所述防爆器结构的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述膜片8密封设置在所述出口段，并通过压环10固定；将传动活塞12设置在所述活塞段靠近所述压环10的一端密封，将缓冲垫13放置在所述活塞段的另一端并通过堵头14封堵；限位销18放入限位销孔，套设密封件；所述单向阀阀芯15插入入口段，限位销18插入所述单向阀阀芯15将所述单向阀阀芯15限位在开启状态；将吸能器2和防止回火的阻火器3依次放入所述转向段，并经堵塞5限位，吸能器2所述转向段之间留有介质通过的空隙。
膜片一次性使用，系统发生爆炸后，膜片破裂，下次使用防爆器时需要更换膜片。更换流程为，首先旋出堵头14，取出传动活塞12，旋出压环10，拉出待更换膜片8；将新的膜片8安装密封件7后，通过压环10固定；传动活塞12、缓冲垫13和堵头14依次装入与活塞段。更换过程简单。
由上述流程可以看出本发明的安装和膜片更换流程均简单易行。
综上所述，本发明提供了一种防爆器结构及其组装方法，可以阻止系统下游由于爆炸产生的爆轰波向上游传播。下游系统中出现爆炸时，爆轰波传回时直接作用于膜片，使得膜片破裂打开并推动活塞运动，打开排放口并释放限位销，向外排出下游介质，单向阀阀芯在弹簧力的作用下关闭，阻止介质继续流向下游，同时，部分爆轰波和回火反向通过吸能器能量衰减，最终被阻火器吸收剩余能量，阻止爆轰波继续反向向上游系统传播。该防爆器结构功能集成度高，同时实现爆轰波的快速排放、回火能量的吸收和阻挡，以及上下游介质通道的切断，防爆能力强，能够极大程度提高易燃易爆燃料输送系统的安全性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种防爆器，其特征在于，包括：阀体，介质通道，排放口，单向阀阀芯(15)、膜片(8)、传动活塞(12)、限位销(18)以及复位部件；
阀体设置介质通道；介质经入口进入防爆器结构内的介质通道，经所述单向阀阀芯(15)后由出口排放；所述限位销(18)用于限位所述单向阀阀芯(15)；所述膜片(8)固定在介质通道与排放口之间，所述传动活塞(12)封闭所述介质通道与所述排放口之间的通路并限位所述限位销(18)；
当发生爆炸后，爆轰波和高压介质经出口进入所述防爆阀体，使得所述膜片(8)破裂后，推动所述传动活塞(12)运动，使得所述排放口与所述介质通道连通；释放所述限位销(18)，使得所述单向阀阀芯(15)在复位部件的带动下封闭所述介质通道；
还包括用于吸收爆轰波能量的吸能器(2)和防止回火的阻火器(3)，设置在所述出口与所述单向阀阀芯(15)之间；
所述介质通道包括入口段、转向段、出口段以及活塞段；所述入口段一端设置入口，内设置所述单向阀阀芯(15)；所述转向段连接至所述出口段中部和所述入口段的另一端；所述出口段一端为出口，另一端设置所述膜片(8)；所述活塞段一端连接至所述出口段的另一端，内部设置传动活塞(12)，所述活塞段的另一端设置缓冲垫(13)，所述活塞段的一侧设置所述排放口，另一侧设置限位销孔，放置所述限位销(18)；所述活塞段的轴向长度大于所述传动活塞(12)的轴向长度。
2.根据权利要求1所述的防爆器，其特征在于，所述膜片(8)通过压环(10)限位在所述出口段的另一端，所述膜片(8)设置密封件。
3.根据权利要求2所述的防爆器，其特征在于，所述传动活塞(12)为圆柱体中部设置环槽，所述传动活塞(12)直径与所述活塞段的内径匹配，所述传动活塞(12)一端设置密封圈，阻断所述出口段以及所述排放口之间的介质通路；所述传动活塞(12)另一端限位所述限位销(18)；当所述传动活塞(12)运动后，所述出口段以及所述排放口之间形成介质通路，所述环槽连通限位销孔，解除对限位销(18)的限位。
4.根据权利要求3所述的防爆器，其特征在于，还包括内部中空的接管嘴(22)，一端为入口；所述单向阀阀芯(15)内部为中空，阀座设置在所述入口段的另一端；所述单向阀阀芯(15)由所述接管嘴(22)封堵在所述入口段内，介质经入口进入所述单向阀阀芯(15)的内部，再经所述单向阀阀芯(15)和阀座之间的空隙进入所述入口段和阀座之间的空隙。
5.根据权利要求4所述的防爆器，其特征在于，所述复位部件为弹簧，一端由所述单向阀阀芯(15)内部的台阶面限位，另一端由所述接管嘴(22)的另一端限位。
6.根据权利要求5所述的防爆器，其特征在于，所述单向阀阀芯(15)的侧向设置凹槽，所述限位销(18)插入所述凹槽对所述单向阀阀芯(15)进行限位。
7.根据权利要求4所述的防爆器，其特征在于，所述吸能器(2)、阻火器(3)经堵塞(5)封堵在所述转向段内；介质经所述入口段进入所述堵塞(5)内部的通路进入所述阻火器(3)，经所述吸能器(2)与所述转向段之间的周向空隙进入所述出口段。
8.一种权利要求7所述的防爆器的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所述膜片(8)密封设置在所述出口段，并通过压环(10)固定；将传动活塞(12)设置在所述活塞段靠近所述压环(10)的一端密封，将缓冲垫(13)放置在所述活塞段的另一端并通过堵头(14)封堵；限位销(18)放入限位销孔，套设密封件；所述单向阀阀芯(15)插入入口段，限位销(18)插入所述单向阀阀芯(15)将所述单向阀阀芯(15)限位在开启状态；将吸能器(2)和防止回火的阻火器(3)依次放入所述转向段，并经堵塞(5)限位，吸能器(2)与所述转向段之间留有介质通过的空隙。
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