CN113123900A - 一种液体火箭发动机液氧截止阀 - Google Patents

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Abstract

一种液体火箭发动机液氧截止阀，由气缸、活塞、阀体、弹簧、阀芯、阀座和单向阀组成；其中单向阀位于截止阀顶部，阀体由球壳、内部圆筒、圆柱导向孔经过一体化加工形成；气缸中设置有活塞，活塞将气缸内腔分割为上密闭腔和下密闭腔，上密闭腔与单向阀连通，下密闭腔与阀体的控制气口连通；活塞通过螺纹与阀芯固定连接；阀芯的圆柱杆从圆柱导向孔穿过，在阀芯的上端面和阀体上方内壁之间设置有弹簧，依靠弹簧的作用力使得阀芯下端面与阀座紧密贴合并实现密封；阀座通过法兰结构与阀体下端面连接并密封。本发明技术方案具有自动关闭功能，使得超低温、大口径截止阀的密封更为有效可靠。

Description

一种液体火箭发动机液氧截止阀
技术领域
本发明涉及一种液体火箭发动机液氧截止阀，属于航空航天、液体火箭技术领域，用于控制液体火箭发动机高压超低温管路通断。
背景技术
液体火箭发动机作为运载火箭的动力装置，是火箭起飞的核心组成部分。而液氧截止阀作为液体火箭发动机启动、关机的控制元件，是实现发动机可靠工作必不可少的组成部分。液体火箭发动机工作过程中，需要将液氧等超低温（20K~90K）介质增压到10MPa甚至20MPa，截止阀作为系统管路中控制介质流通状态的阀门，其密封性和可靠性显得极其重要，并且由于系统的复杂性，对阀门能够实现机械自动动作是提高系统可靠性的关键；
目前的小口径截止阀多采用阀芯与阀芯固定连接，通过手动、电动或者气动执行器，通过阀芯与阀芯连接，操作或控制执行器带动阀芯和阀芯上下运动，实现阀门的打开和关闭，结构相对复杂，需要开和关两种指令，实现阀门开关；该结构使得阀芯的运动均需要通过执行器动作，控制阀芯运动。
发明内容
本发明的技术解决问题是：利用弹簧蓄能，实现阀门根据工况需要自动关闭，并且解决在外界复杂环境下，排气口与外部环境连通，在低温下影响阀门正常工作，导致阀门可靠性降低的问题；
本发明的技术解决方案为：一种液体火箭发动机高压液氧截止阀，由气缸（1）、活塞（2）、阀体（3）、弹簧（4）、阀芯（5）、阀座（6）单向阀（7）组成；其中单向阀（7）位于截止阀顶部，设置在气缸（1）上部圆柱孔内，气缸（1）通过法兰与阀体（3）连接并保证连接面密封；阀体（3）由球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）组成，在球壳上方开设有控制气口，球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）经过一体化加工而成；气缸（1）中设置有活塞（2），活塞（2）将气缸内腔分割为上密闭腔（21）和下密闭腔（22），上密闭腔（21）与单向阀（7）连通，下密闭腔（22）与阀体（3）的控制气口连通；活塞（2）通过螺纹与阀芯（5）上的圆柱杆固定连接；阀芯（5）圆柱杆从导向孔（3-1）穿过，且与导向孔（3-1）为间隙配合；阀芯（5）下端设计有圆形结构用于密封，在阀芯（5）的上端面和阀体（3）上方内壁之间设置有弹簧（4），依靠弹簧（4）的作用力使得阀芯（5）下端面与阀座（6）紧密贴合并实现密封；阀座（6）通过法兰结构与阀体（3）下端面连接并密封；
所述的单向阀（7）由单向阀芯（7-1）、卡圈（7-2）、滤网（7-3）和单向阀弹簧（7-4）组成；单向阀芯（7-1）依靠单向阀弹簧（7-4）作用力与气缸（1）的圆柱孔压紧，单向阀弹簧（7-4）另一端设置于滤网（7-3）上，滤网依靠卡圈（7-2）实现位置固定；
所述的单向阀（7）与气缸（1）还可进行一体设计，能够防止环境湿空气进入活塞（2）上部空腔，并且采用滤网（13）作为弹簧座使用，使其同时具备防尘作用，有效阻止了外部恶劣环境对低温截止阀动作气缸的影响，使其具备了防尘防水功能；
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明将阀芯与阀芯采用活动连接，有效解决了低温下阀芯与阀座配合偏斜问题，提高了低温高压截止阀的密封可靠性。并且将滤网作为弹簧座使用，有效防止了单向阀泄放孔外露，使得实现单向排气的基础上，即使在外部环境恶劣的条件下，尘土等有害介质也不能进入单向阀内部；
利用系统介质压力作用于阀芯的力，实现阀芯位置的保持以及关闭，并且当系统工况变化至关机设计点时，阀门能够在弹簧作用下实现自动关闭。能够简化对阀门控制系统，降低系统复杂性，提高系统可靠性；
此外超低温使得外界环境的灰尘、湿空气等都可能对截止阀的动作可靠性产生致命的影响，使得产品的生产、维护成本高昂。
附图说明
图1为本发明所述的液氧截止阀结构图；
图2为本发明所述的液氧截止阀的左视图；
图3为本发明所述的液氧截止阀中单向阀结构图。
具体实施方式
一种液体火箭发动机高压液氧截止阀，由气缸（1）、活塞（2）、阀体（3）、弹簧（4）、阀芯（5）、阀座（6）和单向阀（7）组成；其中单向阀（7）位于截止阀顶部，设置在气缸（1）上部圆柱孔内，气缸（1）通过法兰与阀体（3）连接并保证连接面密封；阀体（3）由球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）组成，在球壳上方开设有控制气口，球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）经过一体化加工而成；气缸（1）中设置有活塞（2），活塞（2）将气缸内腔分割为上密闭腔（21）和下密闭腔（22），上密闭腔（21）与单向阀（7）连通，下密闭腔（22）与阀体（3）的控制气口连通；活塞（2）通过螺纹与阀芯（5）上圆柱杆固定连接；阀芯（5）圆柱杆从导向孔（3-1）穿过，且与导向孔（3-1）为间隙配合；阀芯（5）设计有圆形结构用于密封，在阀芯（5）的上端面和阀体（3）上方内壁之间设置有弹簧（4），依靠弹簧（4）的作用力使得阀芯（5）下端面与阀座（6）紧密贴合并实现密封；阀座（6）通过法兰结构与阀体（3）下端面连接并密封；
所述的单向阀（7）由单向阀芯（7-1）、卡圈（7-2）、滤网（7-3）和单向阀弹簧（7-4）组成；单向阀芯（7-1）依靠单向阀弹簧（7-4）作用力与气缸（1）的圆柱孔压紧，单向阀弹簧（7-4）另一端设置于滤网（7-3）上，滤网依靠卡圈（7-2）实现位置固定；
所述的单向阀（7）与气缸（1）还可进行一体设计，能够防止环境湿空气进入活塞（2）上部空腔，并且采用滤网（7-3）作为弹簧座使用，使其同时具备防尘作用；
工作时，液体火箭发动机的涡轮泵输出的液氧从本发明所述截止阀的进口进入阀体（3）内部，此时由于阀芯（5）与阀座（6）贴合，液体介质无法从出口流出。当液体火箭发动机起动时需要液体介质从出口流出，此时液体火箭发动机的气瓶输出高压气体至所述截止阀的球壳上方的控制气口，使得下密闭腔（22）充入高压气体，推动活塞（2）向上运动，压缩上密闭腔（21），此时单向阀（7）开启，排出内部被压缩的气体；同时活塞（2）带动阀芯（5）向上运动，此时阀芯（5）下端面脱离阀座（6）使得液体介质从出口流出，并且上端面压缩弹簧（4）。当阀芯（5）上端面与阀体（3）内部设置的圆筒（3-2）接触时，则阀芯（5）停止运动，同时活塞（2）停止向上运动。当从进口流入的液氧压力达到一定范围（通常是7MPa~9MPa），使得阀体（3）中的液氧作用到阀芯（5）上的压力与弹簧（4）的压缩力及其重力相等时，撤去控制气口外接的液体火箭发动机的气瓶，此时尽管下密闭腔（22）通过控制气口与外界大气连通，使得其内部气体压力变化与外界大气相同，但是由于液氧作用到阀芯（5）上的压力与弹簧（4）的压缩力及其重力相等，所以阀芯（5）不会运动，仍然保持图2所示状态。当进口流入的液氧压力降低时，作用于阀芯（5）产生的液氧压力小于弹簧（4）作用力及其重力，此时阀芯（5）在弹簧（4）作用力下向下运动，实现所述截止阀关闭，回复到图1所示状态；
作为优选，单向阀（7）与气缸（1）还可进行一体化设计，能够防止环境湿空气进入活塞（2）上部空腔，并且采用滤网（7-3）作为弹簧座使用，使其同时具备防尘作用。有效阻止了外部恶劣环境对低温截止阀动作气缸的影响，使其具备了防尘防水功能；
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护并不局限于此，本领域技术人员在不改变原理的情况下，做出的任何无实质变化的改进也应视为本发明的保护范围；
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公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种液体火箭发动机高压液氧截止阀，其特征在于：由气缸（1）、活塞（2）、阀体（3）、弹簧（4）、阀芯（5）、阀座（6）和单向阀（7）组成；其中单向阀（7）位于截止阀顶部，设置在气缸（1）上部圆柱孔内，气缸（1）通过法兰与阀体（3）连接并保证连接面密封；阀体（3）由球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）组成，在球壳上方开设有控制气口，球壳、内部圆筒（3-2）、圆柱导向孔（3-1）经过一体化加工而成；气缸（1）中设置有活塞（2），活塞（2）将气缸内腔分割为上密闭腔（21）和下密闭腔（22），上密闭腔（21）与单向阀（7）连通，下密闭腔（22）与阀体（3）的控制气口连通；活塞（2）通过螺纹与阀芯（5）上部设计的圆柱杆固定连接；阀芯（5）的圆柱杆从圆柱导向孔（3-1）穿过，且与圆柱导向孔（3-1）为间隙配合；阀芯（5）下端设计有圆形结构用于密封，在阀芯（5）的上端面和阀体（3）上方内壁之间设置有弹簧（4），依靠弹簧（4）的作用力使得阀芯（5）下端面与阀座（6）紧密贴合并实现密封；阀座（6）通过法兰结构与阀体（3）下端面连接并密封。
2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机液氧截止阀，其特征在于：所述的单向阀（7）由单向阀芯（7-1）、卡圈（7-2）、滤网（7-3）和单向阀弹簧（7-4）组成；单向阀芯（7-1）依靠单向阀弹簧（7-4）作用力与气缸（1）的圆柱孔压紧，单向阀弹簧（7-4）另一端设置于滤网（7-3）上，滤网依靠卡圈（7-2）实现位置固定。
3.根据权利要求1所述的液体火箭发动机液氧截止阀，其特征在于：所述的单向阀（7）与气缸（1）还可进行一体设计，能够防止环境湿空气进入活塞（2）上部空腔，并且采用滤网（7-3）作为弹簧座使用，使其同时具备防尘作用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116085524A (zh) * 2023-02-10 2023-05-09 北京星河动力装备科技有限公司 气动阀和运载火箭
CN117869122A (zh) * 2024-03-11 2024-04-12 江苏深蓝航天有限公司 一种推进剂控制装置

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