CN112412932B - 一种航天器低温贮箱用气液分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种航天器低温贮箱用气液分离装置，包括上盖、上孔板、下孔板、出口、下盖、导流板和进口；上盖与下盖通过导流板固定连接，构成由进口到出口的封闭腔体；导流板按一定的角度安装在上盖和下盖之间，使低温推进剂经过加速产生离心运动；上盖和下盖组成的封闭腔体在进口处存在扩压结构，使进入进口的低温推进剂扩压气化；上孔板、下孔板安装在上盖的中心开孔处；上孔板、下孔板上均加工系列周期性均布小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，保证液体低温推进剂低压气化。本发明保证气液分离装置出口不会存在液体，且仅能排出气体，实现微重力下低温推进剂无夹液排气功能。

Description

一种航天器低温贮箱用气液分离装置
技术领域
本发明涉及一种航天器低温贮箱用气液分离装置，属于航天技术领域。
背景技术
低温推进剂贮箱气口无夹液排气技术是低温推进剂热力学排气系统的核心技术。微重力下的低温推进剂与气化的气体处于混合状态，解决微重力下气液分离问题是实现无夹液的排气保证低温贮箱内部压力维持恒定的关键。针对低温推进剂不仅可以依靠表面张力，同时可以利用低温推进剂的存贮分压为饱和蒸汽压特性，采用扩压手段降低分压压力，使低温推进剂低于饱和蒸汽压而气化，同时利用离心力增强低温推进剂的留存时间使其充分气化。
地面常用的气液分离方法主要依靠离心力、重力等实现气体和液体有效分离。空间航天器中的常温液体可以依靠表面张力或离心力等实现与气体分离。低温推进剂在轨长期贮存时需要在低温推进剂蒸发过程中保证贮箱内部的压力保持在稳定的范围，因此需要在贮箱排气口安装气液分离装置。
我国用于低温推进剂热力学排气系统的气液分离装置还没有成熟的产品应用记录。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种航天器低温贮箱用气液分离装置，利用扩压原理使少量进入气液分离装置的低温推进剂气化，设计导流板结构使进入气液分离装置的低温推进剂产生离心加速度，诱使液体低温推进剂长期驻留在低压区域，同时利用系列小孔产生较大阻力阻止液体流出，小孔后属于突扩结构使低温推进剂进一步扩压气化，保证气液分离装置出口不会存在液体，且仅能排出气体，实现微重力下低温推进剂无夹液排气功能。
本发明的技术解决方案是：
一种航天器低温贮箱用气液分离装置，包括上盖、上孔板、下孔板、出口、下盖、导流板和进口；
所述上盖与下盖通过导流板固定连接，构成由进口到出口的封闭腔体；
所述导流板按一定的角度安装在上盖和下盖之间，使低温推进剂经过加速产生离心运动；
所述上盖和下盖组成的封闭腔体在进口处存在扩压结构，使进入进口的低温推进剂扩压气化；
上孔板、下孔板安装在上盖的中心开孔处；
所述上孔板、下孔板上均加工系列周期性均布小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，保证液体低温推进剂低压气化。
进一步的，所述上盖和下盖组成的封闭腔体在进口处的间距为8-15mm。
进一步的，从进口到下盖中间位置按照圆弧过渡，圆弧直径为150～250mm，保证可以实现从进口到中心位置1:2～1:3的结构变化，实现压力降低至1/3～1/2，压力低于低温推进剂的饱和蒸汽压，使进入进口的液体低温推进剂气化。
进一步的，所述导流板按照一定的角度布置在上盖和下盖之间，安装角度A为30～45°。
进一步的，在安装角度范围内，诱使进入进口的低温推进剂产生离心加速度，受离心力影响向半径大的区域移动，实现低温推进剂在低压区域长期驻留，保证低温推进剂充分气化。
进一步的，所述下孔板上加工系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
进一步的，所述上孔板上加工系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，形成二次阻液功能，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
进一步的，所述上孔板与下孔板之间的间距为10～20mm，该腔体可以保证通过第一道下孔板的液体受低压影响气化。
进一步的，所述出口内径为50～60mm。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明利用扩压原理使少量进入气液分离装置的低温推进剂气化，设计导流板结构使进入气液分离装置的低温推进剂产生离心加速度，同时利用系列小孔产生较大阻力阻止液体流出，该气液分离装置安装在低温贮箱的气口位置，实现微重力下低温推进剂无夹液排气功能；可以实现流量不大于5L/min时气液混合介质的气液分离功能，可实现无夹液的排气；
(2)本发明上盖和下盖组成的封闭腔体在进口处组成扩压结构，实现压力降低至1/3～1/2，保证压力低于低温推进剂的饱和蒸汽压，使进入进口的液体低温推进剂气化；
(3)本发明导流板在上盖和下盖之间安装角度A为30～45°，可以诱使进入进口的低温推进剂产生离心加速度，液体推进剂在加速过程中动能增加，压力会降低，同时液体密度大，受离心力影响向半径大的区域移动，实现低温推进剂在低压区域长期驻留的目的，保证低温推进剂充分气化；
(4)本发明下孔板和下孔板有系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化；
(5)本发明上孔板与下孔板之间的间距为10～20mm，该腔体可以保证通过下孔板的液体受低压影响气化。
附图说明
图1为本发明一种航天器低温贮箱用气液分离装置示意图；
图2为本发明导流板结构图；
图3为本发明下孔板结构图；
图4为本发明上孔板结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进行进一步说明。
一种航天器低温贮箱用气液分离装置，如图1所示，包括：上盖1、上孔板2、下孔板3、出口4、下盖5、导流板6、进口7；所述上盖1与下盖5通过导流板6固定连接，构成由进口7到出口4的封闭腔体；所述导流板6按一定的角度安装在上盖1和下盖5之间，使低温推进剂经过加速产生离心运动；所述上盖1和下盖5组成的封闭腔体在进口7处存在扩压结构，使少量进入进口7的低温推进剂扩压气化；所述下孔板3上加工系列周期性均布的小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。所述上孔板2上加工系列周期性均布的小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，形成二次阻液功能，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，保证液体低温推进剂低压气化。
本发明气液分离装置在低温推进剂实现排气时，气液混合介质从所述进口7流入上盖1和下盖5之间的区域，由于扩压结构液体处于低压区域，进而发生气化，同时液体经过导流板6后产生离心加速度，使液体能够长期驻留在低压区域，使液体低温推进剂充分气化。所述的上孔板2和下孔板3上设置周期性的小孔，增加液体流过上孔板2和下孔板3的阻力，同时在经过上孔板2和下孔板3后各设计扩压结构，进一步产生低压区，优势液体推进剂气化为气态，保证贮箱出口排气不夹液。
实施例
如图1所示，一种用于卫星推进剂贮箱的气液分离装置，包括：上盖1、上孔板2、下孔板3、出口4、下盖5、导流板6、进口7；所述上盖1与下盖5通过导流板6固定连接，构成由进口7到出口4的封闭腔体；所述导流板6按一定的角度安装在上盖1和下盖5之间，使低温推进剂经过加速产生离心运动；所述上盖1和下盖5组成的封闭腔体在进口7处存在扩压结构，使少量进入进口7的低温推进剂扩压气化；所述下孔板3上加工系列周期性均布的小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。所述上孔板2上加工系列周期性均布的小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，形成二次阻液功能，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，保证液体低温推进剂低压气化。
如图2所示，为本发明导流板6结构示意图，所述导流板6在上盖1和下盖5之间，安装角度A为30～45°，可以诱使进入进口的低温推进剂产生离心加速度，液体推进剂在加速过程中动能增加，压力会降低，同时液体密度大，受离心力影响向半径大的区域移动，实现低温推进剂在低压区域长期驻留的目的，保证低温推进剂充分气化。
如图3所示，为本发明下孔板3结构示意图，所述下孔板3上有系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
如图4所示，为本发明上孔板2结构示意图，所述上孔板2上加工系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，形成二次阻液功能，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
本发明的工作原理如下：
利用扩压原理使少量进入气口1的液态低温推进剂气化，设计导流板6结构使进入气液分离装置的低温推进剂产生离心加速度，诱使液体低温推进剂长期驻留在低压区域，同时利用系列上孔板2和下孔板3上的小孔产生较大阻力阻止液体流出，小孔后属于设计突扩结构使低温推进剂进一步扩压气化，保证气液分离装置出口4不会存在液体，且仅能排出气体，实现微重力下低温推进剂无夹液排气功能。
本发明利用饱和蒸汽压环境下的液态低温推进剂经过扩压气化为气态，同时设计导流板6产生离心加速度诱使密度高的液体低温推进剂长期驻留在低压区域实现完全气化，同时利用上孔板2和下孔板3上的小孔形成阻力建立泡破点原理，并利用小孔后的扩压结构进一步气化液体低温推进剂，实现微重力下低温推进剂贮箱热力学排气过程的无夹液排气。
本发明利用扩压原理使少量进入气液分离装置的低温推进剂气化，设计导流板结构使进入气液分离装置的低温推进剂产生离心加速度，同时利用系列小孔产生较大阻力阻止液体流出，该气液分离装置安装在低温贮箱的气口位置，实现微重力下低温推进剂无夹液排气功能；可以实现流量不大于5L/min时气液混合介质的气液分离功能，可实现无夹液的排气。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种航天器低温贮箱用气液分离装置，其特征在于，包括上盖(1)、上孔板(2)、下孔板(3)、出口(4)、下盖(5)、导流板(6)和进口(7)；
所述上盖(1)与下盖(5)通过导流板(6)固定连接，构成由进口(7)到出口(4)的封闭腔体；
所述导流板(6)按一定的角度安装在上盖(1)和下盖(5)之间，使低温推进剂经过加速产生离心运动；
所述上盖(1)和下盖(5)组成的封闭腔体在进口(7)处存在扩压结构，使进入进口(7)的低温推进剂扩压气化；
上孔板(2)、下孔板(3)安装在上盖(1)的中心开孔处；
所述上孔板(2)、下孔板(3)上均加工系列周期性均布小孔，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，保证液体低温推进剂低压气化；
上盖(1)和下盖(5)组成的封闭腔体在进口(7)处的间距为8-15mm；
从进口(7)到下盖(5)中间位置按照圆弧过渡，圆弧直径为150～250mm，保证可以实现从进口(7)到中心位置1:2～1:3的结构变化，实现压力降低至1/3～1/2，压力低于低温推进剂的饱和蒸汽压，使进入进口的液体低温推进剂气化。
2.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述导流板(6)按照一定的角度布置在上盖(1)和下盖(5)之间，安装角度A为30～45°。
3.根据权利要求2所述的气液分离装置，其特征在于：在安装角度范围内，诱使进入进口(7)的低温推进剂产生离心加速度，受离心力影响向半径大的区域移动，实现低温推进剂在低压区域长期驻留，保证低温推进剂充分气化。
4.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述下孔板(3)上加工系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
5.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述上孔板(2)上加工系列周期性均布的直径小于20um的通孔，两通孔沿半径方向的间距为1～3mm，使液体低温推进剂在此位置提高液体通过阻力，形成二次阻液功能，避免液体排出，同时小孔出口位置为扩压结构，进一步保证液体低温推进剂低压气化。
6.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述上孔板(2)与下孔板(3)之间的间距为10～20mm，该腔体可以保证通过下孔板(3)的液体受低压影响气化。
7.根据权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于：所述出口(4)内径为50～60mm。
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