CN113404620B - 一种先导式控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先导式控制阀，该先导式控制阀包括：阀体，电磁阀，弹簧阀以及补气通道；在所述电磁阀通电时，所述电磁阀打开所述过气通道的第一端，所述弹簧阀打开所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口导通；在所述电磁阀断电时，所述电磁阀关闭所述过气通道的第一端，所述弹簧阀关闭所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口关断。如此设置，可以通过电磁阀的通断电以及电磁阀和弹簧阀之间气体压力的双重作用，来实现弹簧阀的开启和关闭，从而实现先导式控制阀的开启与关闭。本实施例所要保护的技术方案能够明显降低系统重量和功耗，以及能够实现多次工作，从而能够大幅延长先导式控制阀的使用寿命。

Description

一种先导式控制阀

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机系统的控制阀技术领域，具体涉及一种先导式控制阀。

背景技术

随着航天事业的加速发展，技术人员对运载火箭发动机的可靠性和经济性的要求也越来越高。为降低单次发射成本，并且火箭需要重复使用，这就对系统中电磁阀提出了更高的要求。电磁阀通常用作液体火箭发动机系统控制气和吹除气的控制阀，以及发动机系统起动气瓶、增压输送系统气瓶、冷气发动机系统高压气瓶的隔离阀。

目前有以下三种解决方案，传统的解决方案一：采用密封性好、工作可靠的电爆阀，但是电爆阀为一次性工作的阀门，无法满足多次启动的要求，无法重复使用，增加使用成本；传统的解决方案二：采用直动式电磁阀，但是大通径的电磁阀需要更大的电磁力才能打开，使得电磁线圈重量大、功耗高、发热量大，增加火箭自身的起飞重量和控制器负载，并且该阀门使用寿命低，不适合可重复使用火箭发动机；传统的解决方案三：采用先导式气控阀门，虽然适合可重复使用火箭发动机，但是需要额外的控制气气路和控制介质，结构复杂，增加系统管路泄露的风险。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有高使用寿命，系统重量和功耗较低的一种先导式控制阀。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种先导式控制阀，该先导式控制阀包括：阀体，包括相邻设置的第一腔体和第二腔体；所述第一腔体和所述第二腔体通过过气通道连通；所述阀体还包括进气口和出气口，所述进气口与所述第二腔体连通，所述出气口与所述过气通道连通；电磁阀，设置在所述第一腔体中，所述电磁阀芯靠近所述过气通道设置，所述电磁阀芯与所述过气通道之间设置有电磁阀腔室；弹簧阀，设置在所述第二腔体中；所述弹簧阀芯和阀座之间设置有弹簧阀腔室，所述弹簧阀芯靠近所述过气通道设置；所述弹簧阀芯与所述第二腔体之间为间隙配合，高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道向外出气的出气速率；补气通道，设置在所述阀体中；所述补气通道将所述电磁阀腔室与所述弹簧阀腔室连通；在所述电磁阀通电时，所述电磁阀打开所述过气通道的第一端，所述弹簧阀打开所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口导通；在所述电磁阀断电时，所述电磁阀关闭所述过气通道的第一端，所述弹簧阀关闭所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口关断。

可选地，所述电磁阀包括：电磁阀壳体，设置在所述第一腔体中；所述电磁阀壳体具有适于安装电磁阀芯的安装腔；电磁铁，设置在所述电磁阀壳体上；所述电磁铁的铁芯设置于所述安装腔中；电磁阀芯，设置在所述安装腔中；所述电磁阀芯与所述电磁铁通过弹性件连接。

可选地，所述电磁阀壳体与所述第一腔体之间设置有第一密封件。

可选地，所述电磁铁的铁芯与所述安装腔之间设置有第二密封件。

可选地，所述电磁阀壳体在顶部设置有通孔，所述电磁铁的铁芯远离所述电磁阀芯的一端具有伸出部，所述伸出部适于从所述通孔伸出，所述伸出部与所述电磁阀壳体通过固定件连接。

可选地，所述固定件为压紧螺母，所述压紧螺母的内侧具有第一螺纹，所述伸出部具有与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，所述压紧螺母通过所述第一螺纹和所述第二螺纹适于将所述电磁铁的铁芯固定在所述电磁阀壳体上。

可选地，所述电磁阀壳体上设置有电子连接端，所述电子连接端适于接收控制信号。

可选地，所述弹簧阀还包括：限流圈；安装槽，开设在所述弹簧阀芯靠近所述第二腔体的周向端面；所述安装槽适于安装所述限流圈；所述限流圈与所述第二腔体之间为过盈配合。

可选地，所述限流圈通过切割形成切口，所述切口包括相互契合的第一边沿和第二边沿，所述第一边沿和所述第二边沿为相互搭接的榫卯结构。

可选地，所述弹簧阀芯上设置有两个所述限流圈，两个所述限流圈的切口相对设置。

可选地，所述限流圈上敷设有波纹带，所述波纹带由弹性合金3J1制成。

可选地，所述弹簧阀的阀座与所述第二腔体之间设置有第三密封件。

本发明技术方案与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明实施例提供了一种先导式控制阀，该先导式控制阀包括：阀体，包括相邻设置的第一腔体和第二腔体；所述第一腔体和所述第二腔体通过过气通道连通；所述阀体还包括进气口和出气口，所述进气口与所述第二腔体连通，所述出气口与所述过气通道连通；电磁阀，设置在所述第一腔体中，所述电磁阀芯靠近所述过气通道设置，所述电磁阀芯与所述过气通道之间设置有电磁阀腔室；弹簧阀，设置在所述第二腔体中；所述弹簧阀芯和阀座之间设置有弹簧阀腔室，所述弹簧阀芯靠近所述过气通道设置；所述弹簧阀芯与所述第二腔体之间为间隙配合，高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道向外出气的出气速率；补气通道，设置在所述阀体中；所述补气通道将所述电磁阀腔室与所述弹簧阀腔室连通；在所述电磁阀通电时，所述电磁阀打开所述过气通道的第一端，所述弹簧阀打开所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口导通；在所述电磁阀断电时，所述电磁阀关闭所述过气通道的第一端，所述弹簧阀关闭所述过气通道的第二端，所述进气口与所述出气口关断。

如此设置，可以通过电磁阀的通断电以及电磁阀和弹簧阀之间气体压力的双重作用，来实现弹簧阀的开启和关闭，从而实现先导式控制阀的开启与关闭。相较于现有技术中只设置电磁阀以及至设置控制气气路和控制介质，本实施例所要保护的技术方案能够明显降低系统重量和功耗，并且无需大通径电磁阀的大型电磁线圈。而相对于现有技术中电暴阀的一次性工作，本实施例所要保护的技术方案能够实现多次工作，从而能够大幅延长先导式控制阀的使用寿命。

2.本发明实施例通过将所述限流圈切割有切口，并且所述第一边沿和所述第二边沿为相互搭接的榫卯结构，可以限制高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室补气的补气速率，从而保证高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道向外出气的出气速率，进而保证先导式控制阀的正常开启与关断。

3.本发明实施例通过在所述限流圈上敷设有波纹带，并且所述波纹带由弹性合金3J1制成。通过弹性合金的补偿作用，保证限流圈在更低的温度下，仍然保持良好的限流作用。

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，对于本领域普通工人来讲，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为本发明实施例先导式控制阀在关闭状态下第一方向的示意图；

图2为本发明实施例先导式控制阀在关闭状态下第二方向的示意图；

图3为本发明实施例先导式控制阀在开启状态下第一方向的示意图；

图4为本发明实施例限流圈的结构示意图；

图5为本发明实施例限流圈的切口示意图；

图6为本发明实施例波纹带的结构示意图。

附图标记：

1-进气口，2-阀体，3-第一密封件，4-电磁阀壳体，5-线圈组件，6-衔铁，7-铁芯，8-压紧螺母，9-第二密封件，10-电子连接端，11-电磁阀弹簧，12-轭铁，13-电磁阀芯，14-出气口，

15-弹簧阀的弹簧，16-补气通道，17-弹簧阀芯，18-限流圈，181-切口,19-第三密封件，20-阀座，21-弹簧阀腔室，22-电磁阀腔室，23-过气通道，24-波纹带。

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，本领域普通工人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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通工人而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

随着航天事业的加速发展，技术人员对运载火箭发动机的可靠性和经济性的要求也越来越高。为降低单次发射成本，并且火箭需要重复使用，这就对系统中电磁阀提出了更高的要求。电磁阀通常用作液体火箭发动机系统控制气和吹除气的控制阀，以及发动机系统起动气瓶、增压输送系统气瓶、冷气发动机系统高压气瓶的隔离阀。

目前有以下三种解决方案，传统的解决方案一：采用密封性好、工作可靠的电爆阀，但是电爆阀为一次性工作的阀门，无法满足多次启动的要求，无法重复使用，增加使用成本；传统的解决方案二：采用直动式电磁阀，但是大通径的电磁阀需要更大的电磁力才能打开，使得电磁线圈重量大、功耗高、发热量大，增加火箭自身的起飞重量和控制器负载，并且该阀门使用寿命低，不适合可重复使用火箭发动机；传统的解决方案三：采用先导式气控阀门，虽然适合，增加系统管路泄露的风险。

因此，本发明要解决的技可重复使用火箭发动机，但是需要额外的控制气气路和控制介质，结构复杂术问题在于提供一种具有高使用寿命，系统重量和功耗较低的一种先导式控制阀。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种先导式控制阀，该先导式控制阀包括阀体2、电磁阀、弹簧阀以及补气通道16。

阀体2包括相邻设置的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体通过过气通道23连通。所述阀体2还包括进气口1和出气口14，所述进气口1与所述第二腔体连通，所述出气口14与所述过气通道23连通。

电磁阀设置在所述第一腔体中，所述电磁阀芯13靠近所述过气通道23设置，所述电磁阀芯13与所述过气通道23之间设置有电磁阀腔室22。

弹簧阀设置在所述第二腔体中，所述弹簧阀芯17和阀座20之间设置有弹簧阀腔室21，所述弹簧阀芯17靠近所述过气通道23设置，所述弹簧阀芯17设置在所述第二腔体远离所述过气通道23的一端。所述弹簧阀芯17与所述第二腔体之间为间隙配合，并且需要将高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室21补气的补气速率控制到小于高压气体经过所述过气通道23向外出气的出气速率。

补气通道16，设置在所述阀体2中，所述补气通道16将所述电磁阀腔室22与所述弹簧阀腔室21连通。

在需要控制先导式控制阀开启时，先控制电磁阀通电。在所述电磁阀通电时，所述电磁阀控制电磁阀芯13远离过气通道23，电磁阀芯13将电磁阀弹簧11压缩，从而打开所述过气通道23的第一端。同时，在电磁阀打开过气通道23之后，由于所述补气通道16将所述电磁阀腔室22与所述弹簧阀腔室21连通在一起，使得电磁阀腔室22和弹簧阀腔室21的高压气体通过过气通道23向外快速泄放。因为高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室21补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道23向外出气的出气速率，导致弹簧阀芯17的上下两侧形成气压差，弹簧阀芯17在气压差作用下克服弹簧阀的弹簧15弹力、自身重量和摩擦力，所述弹簧阀从而打开所述过气通道23的第二端，使得所述进气口1与所述出气口14导通，进而先导式控制阀开启。

同样的原理，在需要控制先导式控制阀关闭时，先控制电磁阀断电。在所述电磁阀断电时，电磁阀芯13与电磁阀弹簧11复位，即电磁阀芯13向靠近过气通道23的方向运动，从而关闭所述过气通道23的第一端。同时，在电磁阀关闭过气通道23之后，由于所述补气通道16将所述电磁阀腔室22与所述弹簧阀腔室21连通在一起，使得弹簧阀腔室21的气体压力逐渐上升，弹簧阀芯17在弹簧阀的弹簧15弹力和弹簧阀芯17上下两侧压差力的作用下，所述弹簧阀从而关闭所述过气通道23的第二端，使得所述进气口1与所述出气口14断开，进而先导式控制阀关闭。

如此设置，可以通过电磁阀的通断电以及电磁阀和弹簧阀之间气体压力的双重作用，来实现弹簧阀的开启和关闭，从而实现先导式控制阀的开启与关闭。相较于现有技术中只设置电磁阀以及至设置控制气气路和控制介质，本实施例所要保护的技术方案能够明显降低系统重量和功耗，并且无需大通径电磁阀的大型电磁线圈。而相对于现有技术中电暴阀的一次性工作，本实施例所要保护的技术方案能够实现多次工作，从而能够大幅延长先导式控制阀的使用寿命。

可选地，在本发明实施例中，所述电磁阀包括电磁阀壳体4、电磁铁以及电磁阀芯13。具体地，电磁阀壳体4设置在所述第一腔体中，所述电磁阀壳体4具有适于安装电磁阀芯13的安装腔。电磁铁设置在所述电磁阀壳体4上，所述电磁铁的铁芯7设置于所述安装腔中。电磁阀芯13设置在所述安装腔中，所述电磁阀芯13与所述电磁铁通过电磁阀弹簧11连接。线圈组件5缠绕在电磁阀壳体4上。线圈外部设置有轭铁12。电磁阀芯通过衔铁6与电磁阀弹簧连接。

可选地，在本发明实施例中，所述电磁阀壳体4与所述第一腔体之间设置有第一密封件3。并且，所述电磁铁的铁芯7与所述安装腔之间还可以设置第二密封件9。

进一步地，在本发明实施例中，所述电磁阀壳体4在顶部设置有通孔，所述电磁铁的铁芯7远离所述电磁阀芯13的一端具有伸出部，所述伸出部适于从所述通孔伸出，所述伸出部与所述电磁阀壳体4通过固定件连接。具体地，所述固定件为压紧螺母8，所述压紧螺母8的内侧具有第一螺纹，所述伸出部具有与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，所述压紧螺母8通过所述第一螺纹和所述第二螺纹适于将所述电磁铁的铁芯7固定在所述电磁阀壳体4上。

当然，本发明实施例仅仅是对固定件的类型进行举例说明，并不加以限制，本领域技术人员可根据实际情况进行改变，能够起到相同的技术效果即可。

可选地，在本发明实施例中，所述电磁阀壳体4上设置有电子连接端10，所述电子连接端10适于接收控制信号。电磁阀可以通过电子连接端10与控制器连接，控制器通过电子连接端10控制电磁阀的开启与关闭。

进一步地，在本发明实施例中，所述弹簧阀还包括限流圈18和安装槽。具体地，安装槽开设在所述弹簧阀芯17靠近所述第二腔体的周向端面，所述安装槽适于安装所述限流圈18，所述限流圈18与所述第二腔体之间为过盈配合。

并且，在本发明实施例中，所述限流圈18可以通过切割形成切口181，所述切口181包括相互契合的第一边沿和第二边沿，所述第一边沿和所述第二边沿为相互搭接的榫卯结构。所述弹簧阀芯17上设置有两个所述限流圈18，两个所述限流圈18的切口181相对设置。

当然，可以在弹簧阀芯17上设置多个限流圈18，例如三个、四个等，本实施例仅仅是对限流圈18的数量进行举例说明，但是并不加以限制，本领域技术人员可以根据实际情况对限流圈18的数量进行改变，能够欧实现相同的技术效果即可。

本发明实施例通过将所述限流圈18切割有切口181，并且所述第一边沿和所述第二边沿为相互搭接的榫卯结构，可以限制高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室21补气的补气速率，从而保证高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室21补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道23向外出气的出气速率，进而保证先导式控制阀的正常开启与关断。

可选地，在本发明实施例中，如图6所示，所述限流圈18上敷设有波纹带，所述波纹带由弹性合金3J1制成。图6左侧为侧视图，图6右侧为正视图。本发明实施例通过在所述限流圈18上敷设有波纹带，并且所述波纹带由弹性合金3J1制成。如图5所示，作为另一种实施方式，限流圈18的切口181采用22°切割制成，通过弹性合金的补偿作用，保证限流圈18在更低的温度下，仍然保持良好的限流作用。

可选地，在本发明实施例中，所述弹簧阀的阀座20与所述第二腔体之间设置有第三密封件。

当然，对于第一密封件3、第二密封件9、第三密封件的类型，本领域技术人员可根据实际情况进行改变，本发明实施例仅仅是举例说明，并不加以限制，能够起到相同的技术效果即可。

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工人来说，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 (12)

1.一种先导式控制阀，其特征在于，包括：

阀体(2)，包括相邻设置的第一腔体和第二腔体；所述第一腔体和所述第二腔体通过过气通道(23)连通；所述阀体(2)还包括进气口(1)和出气口(14)，所述进气口(1)与所述第二腔体连通，所述出气口(14)与所述过气通道(23)连通；

电磁阀，设置在所述第一腔体中，电磁阀芯(13)靠近所述过气通道(23)设置，所述电磁阀芯(13)与所述过气通道(23)之间设置有电磁阀腔室(22)；

弹簧阀，设置在所述第二腔体中；弹簧阀芯(17)和阀座(20)之间设置有弹簧阀腔室(21)，所述弹簧阀芯(17)靠近所述过气通道(23)设置；所述弹簧阀芯(17)与所述第二腔体之间为间隙配合，高压气体经过间隙向所述弹簧阀腔室(21)补气的补气速率小于高压气体经过所述过气通道(23)向外出气的出气速率；

补气通道(16)，设置在所述阀体(2)中；所述补气通道(16)将所述电磁阀腔室(22)与所述弹簧阀腔室(21)连通；

在所述电磁阀通电时，所述电磁阀打开所述过气通道(23)的第一端，所述弹簧阀打开所述过气通道(23)的第二端，所述进气口(1)与所述出气口(14)导通；在所述电磁阀断电时，所述电磁阀关闭所述过气通道(23)的第一端，所述弹簧阀关闭所述过气通道(23)的第二端，所述进气口(1)与所述出气口(14)关断。

2.根据权利要求1所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电磁阀包括：

电磁阀壳体(4)，设置在所述第一腔体中；所述电磁阀壳体(4)具有适于安装电磁阀芯(13)的安装腔；

电磁铁，设置在所述电磁阀壳体(4)上；所述电磁铁的铁芯(7)设置于所述安装腔中；

电磁阀芯(13)，设置在所述安装腔中；所述电磁阀芯(13)与所述电磁铁通过弹性件连接。

3.根据权利要求2所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电磁阀壳体(4)与所述第一腔体之间设置有第一密封件(3)。

4.根据权利要求2所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电磁铁的铁芯(7)与所述安装腔之间设置有第二密封件(9)。

5.根据权利要求2至4任一项所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电磁阀壳体(4)在顶部设置有通孔，所述电磁铁的铁芯(7)远离所述电磁阀芯(13)的一端具有伸出部，所述伸出部适于从所述通孔伸出，所述伸出部与所述电磁阀壳体(4)通过固定件连接。

6.根据权利要求5所述的先导式控制阀，其特征在于，所述固定件为压紧螺母(8)，所述压紧螺母(8)的内侧具有第一螺纹，所述伸出部具有与所述第一螺纹相配合的第二螺纹，所述压紧螺母(8)通过所述第一螺纹和所述第二螺纹适于将所述电磁铁的铁芯(7)固定在所述电磁阀壳体(4)上。

7.根据权利要求2至4任一项所述的先导式控制阀，其特征在于，所述电磁阀壳体(4)上设置有电子连接端(10)，所述电子连接端(10)适于接收控制信号。

8.根据权利要求2至4任一项所述的先导式控制阀，其特征在于，所述弹簧阀还包括：

限流圈(18)；

安装槽，开设在所述弹簧阀芯(17)靠近所述第二腔体的周向端面；所述安装槽适于安装所述限流圈(18)；所述限流圈(18)与所述第二腔体之间为过盈配合。

9.根据权利要求8所述的先导式控制阀，其特征在于，所述限流圈(18)通过切割形成切口(181)，所述切口(181)包括相互契合的第一边沿和第二边沿，所述第一边沿和所述第二边沿为相互搭接的榫卯结构。

10.根据权利要求8所述的先导式控制阀，其特征在于，所述弹簧阀芯(17)上设置有两个所述限流圈(18)，两个所述限流圈(18)的切口(181)相对设置。

11.根据权利要求9或10所述的先导式控制阀，其特征在于，所述限流圈(18)上敷设有波纹带(24)，所述波纹带(24)由弹性合金3J1制成。

12.根据权利要求9或10所述的先导式控制阀，其特征在于，所述弹簧阀的阀座(20)与所述第二腔体之间设置有第三密封件(19)。