CN113663367A - 一种空间流体回路用气泡捕集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间流体回路用气泡捕集器，包括：本体和放气组件；本体由一体成型的安装座和分离腔室组成，进液管连接在分离腔室与安装座对接的一端的外圆周上，出液管连接在分离腔室的另一端，且进、出液管的一端分别沿连接处所在外圆周切入分离腔室内；分离腔室通过进、出液管的另一端连在空间流体回路上；放气组件设置在安装座上，且放气组件内部设有可通断的放气通道；放气通道的吸气口与分离腔室连通，且位于进液管所在安装面之下；放气通道切断时，气泡在离心力作用下向中心聚集并留在分离腔室中；根据气泡位置调整放气组件吸气口位置，放气通道连通时，气泡放出；其中，进液管和出液管与分离腔室对接处以及放气组件与安装座之间均密封。

Description

一种空间流体回路用气泡捕集器

技术领域

本发明涉及气液分离技术领域，具体涉及一种空间流体回路用气泡捕集器。

背景技术

随着空间技术的发展，空间飞行器的寿命越来越长，对其中流体回路的可靠性要求也越来越高。在轨更换液路部件时可能会给流体回路引入气体，流体回路中液体工质长期在轨使用过程中也可能由于材料的反应产生气体。气体会影响动力部件如泵的正常运行，也降低了液体工质的换热性能。因此，需要使用气液分离器对气体进行收集并排出回路。

气液分离器是能够将气体和液体分离开的装置，根据分离原理包括气液重力沉降分离、气液惯性分离、过滤分离、气液离心分离等。离心分离是利用不同物质的密度不同，使物质在离心本体体内产生相当高的角速度以及远远大于重力的离心力，从而密度大的物质向外围运动，而密度小的物质向中心聚集，且密度差越大、分离效果越显著。

当前常见的离心式气液分离器一般只适用于地面，利用自然重力或者利用叶轮机等机械增压进行分离。空间流体回路中气体多以气泡形式存在，采用离心分离的方法可以将气泡集中在本体的轴线附近，但处于随机分布的状态。专利CN106823476 B给出了一种离心式气液分离器及其试验装置，适用于微重力下气液两相流试验领域。但它的缺点在于产品有3个本体，结构复杂，且只能进行气体和液体的分离，没有气泡捕集和排放功能，存在气泡分离难、捕集效果差、气泡观察不便、气体排放时工质损失较大的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空间流体回路用气泡捕集器，具有捕集气泡并将气体放出的功能，且放气的同时排出液体少，结构简单。

本发明的技术方案为：一种空间流体回路用气泡捕集器，包括：出液管，进液管，本体和放气组件；本体由一体成型的安装座和分离腔室组成，进液管连接在分离腔室与安装座对接的一端的外圆周面上，出液管连接在分离腔室的另一端，且进液管和出液管的一端分别沿连接处所在外圆周切入分离腔室内部；所述分离腔室通过出液管和进液管的另一端连接在空间流体回路上；

所述放气组件设置在安装座上，且放气组件内部设有可通断的放气通道；放气通道的吸气口与分离腔室连通，且位于进液管所在安装面之下；放气通道切断时，气泡在离心力作用下向中心聚集并留在分离腔室中；根据气泡位置调整放气组件吸气口位置，放气通道连通时，气泡放出；

其中，进液管和出液管与分离腔室对接处以及放气组件与安装座之间均密封。

优选地，还包括：升降旋钮；所述放气组件通过升降旋钮连接在安装座上，用于调节放气组件的吸气口在分离腔室中的位置。

优选地，所述放气组件包括：放气杆，放气阀，密封端盖和弹簧；

所述放气阀下端安装在安装座中，且与安装座中的安装孔滑动配合，放气阀中部固定在升降旋钮上；

放气阀上端设有阶梯通孔，放气杆同轴安装在放气阀的阶梯通孔中，放气杆设有轴肩的一端位于阶梯通孔的大端，另一端从阶梯通孔的小端伸出；其中，放气阀的阶梯通孔的孔轴向与本体的轴向垂直；放气杆的小端与阶梯通孔之间密封；

阶梯通孔大端端部通过密封端盖封装，且密封端盖与放气阀之间密封；其中，密封端盖朝向放气杆的一端设有限位凹槽，放气杆上套装有弹簧，弹簧一端抵触在限位凹槽的内底面，另一端抵触在放气杆的轴肩上；

放气阀上端内部设有连通外部与阶梯通孔小端的放气孔，放气阀中下端设置有连通本体的分离腔室和阶梯通孔大端的吸气孔；初始时，放气杆的轴肩抵触在阶梯通孔的台阶上，且轴肩与阶梯通孔的台阶面之间设置密封垫，吸气孔和放气孔之间切断；当按压放气杆，使其轴肩与阶梯通孔的台阶面分离时，吸气孔和放气孔之间形成放气通道。

优选地，所述放气杆从阶梯通孔小端伸出的端部固定有压块。

优选地，所述放气组件还包括：按压头，所述按压头固定在压块上，将固定压块的固定件包覆在压块与按压头之间的空间内。

优选地，所述分离腔室由小径圆环段、圆台段和大径圆环段顺次同轴固定连接而成，安装座固定连接在小径圆环段的端部。

优选地，还包括：观察窗；所述大径圆环段与圆台段对接处的内壁面上设有限位凸起，观察窗设置在大径圆环段内部，且一端抵触在限位凸起上，另一端通过压环压紧固定；其中，观察窗与限位凸起之间设有密封圈、与压环之间设有保护垫。

优选地，所述观察窗采用玻璃材料。

优选地，所述圆台段的锥度为60°～65°。

优选地，所述进液管中液体的流速为4m/s～8m/s，所述放气通道吸气口的口径为3mm。

有益效果：

1、本发明通过沿切向设置在分离腔室上进液管保证进入分离腔室的气液混合物能够在离心力作用下，形成沿分离腔室中心线分布的气泡，便于放气组件捕集；放气组件能够根据压力差捕集气泡，且能够及时将捕集的气泡放出，结构简单，利用分离腔室和液体工质本身的流动，将气泡从气液体混合物中捕集并排出，可应用于空间(微重力环境)含有气泡的流体回路，从而高效捕集并排出气泡。

2、本发明中升降旋钮的设置，能够根据气泡的位置，准确调节放气通道的吸气口的位置，从而准确捕捉气泡，达到气泡排放时减少液体损失的目的。

3、本发明中放气组件的设计，将放气通道的吸气孔、放气孔以及调节吸气孔和放气孔之间通路通断的控制组件(放气杆，密封端盖和弹簧等)集成在放气阀中，能够准确控制气泡捕集和排气。

4、本发明中压块的设置，有利于按压驱动放气杆动作，从而控制放气通道的通断。

5、本发明中按压头的设置，有利于进一步方便按压驱动放气杆动作的同时，能够避免压块的紧固件外露可能对操作人员及设备造成损害。

6、本发明中设置的观察窗，能够实现观察气液分离情况，观察效果清晰、无遮挡，便于准确定位气泡位置；且观察窗与放气阀操作部分分别位于分离腔室的两侧，便于边观察边操作。

附图说明

图1为本发明所提出的气泡捕集器的主视剖视图。

图2为本发明中本体的结构示意图。

图3为本发明中放气阀的结构示意图。

图4为本发明中放气杆加装密封圈和密封垫后的结构示意图。

图5为本发明中气泡捕集器的放气过程示意图。

其中，1-出液管，2-螺钉Ⅰ，3-密封圈Ⅰ，4-进液管，5-螺钉Ⅱ，6-密封圈Ⅱ，7-压块，8-放气杆，9-螺钉Ⅲ，10-导向块，11-按压头，12-密封圈Ⅲ，13-密封垫，14-放气阀，15-密封圈Ⅳ，16-密封端盖，17-弹簧，18-螺钉Ⅳ，19-密封圈Ⅴ，20-定位销，21-限位块，22-升降旋钮，23-本体，24-密封圈Ⅵ，25-观察窗，26-保护垫，27-压环，2、5、9、18-螺钉，3、6、12、15、19、24-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种空间流体回路用气泡捕集器，具有收集、捕集气泡并将气体放出的功能，且放气的同时排出液体少，结构简单，可以直观观察气泡捕集和排放效果。

如图1所示，该气泡捕集器包括：气泡捕集组件、调节组件和放气组件；所述气泡捕集组件包括：出液管1，进液管4，限位块21，本体23和观察窗25；所述调节组件包括：升降旋钮22；所述放气组件包括：放气杆8，按压头11，放气阀14，密封端盖16和弹簧17。

该气泡捕集器的连接关系为：如图2所示，本体23的一端为安装座、另一端为分离腔室，分离腔室由小径圆环段、圆台段和大径圆环段顺次同轴固定连接(优选一体成型)而成，安装座固定连接(优选一体成型)在小径圆环段的端部；

出液管1通过螺钉Ⅰ2固定连接在大径圆环段与圆台段对接处的外圆周面上，且其沿大径圆环段的外圆周切入大径圆环段的内部，出液管1的外圆周面与大径圆环段对接处(位置Ⅰ)通过密封圈Ⅰ3密封，且密封圈Ⅰ3紧固在大径圆环段上；

进液管4通过螺钉Ⅱ5固定连接在小径圆环段与圆台段对接处的外圆周面上，且其沿小径圆环段的外圆周切入小径圆环段的内部，进液管4的外圆周面与小径圆环段对接处(位置Ⅱ)通过密封圈Ⅱ6密封，且密封圈Ⅱ6紧固在小径圆环段上；

大径圆环段与圆台段对接处的内壁面上设有限位凸起，观察窗25设置在大径圆环段内部，且一端抵触在限位凸起上，另一端通过压环27压紧固定；其中，观察窗25与限位凸起之间(位置Ⅳ)设有密封圈Ⅵ24，观察窗25与压环27之间设有保护垫26；

本实施例中，安装座为设有外螺纹的圆柱形，升降旋钮22螺纹连接在安装座的外圆周面上；

安装座中心设有与分离腔室内部连通的安装通孔，通孔两侧对应的安装座上设有两个安装沉孔；其中，安装通孔的孔轴向与安装沉孔的孔轴向平行；

如图3所示，放气阀14下端设有三个安装支腿，对应安装在安装座中心的安装通孔和两侧的安装沉孔中，且三个安装支腿与对应的孔之间均为滑动配合；安装通孔的上端同轴设有沉孔，沉孔内底面设有密封圈Ⅴ19，且密封圈Ⅴ19通过限位块21压紧，限制其沿安装座轴向向上窜动；其中，限位块21固定在安装座的端部，且其上设有三个通孔，放气阀14的三个安装支腿对应穿过这三个通孔，安装通孔中的安装支腿与密封圈Ⅴ19之间为动密封；

放气阀14中部通过定位销20锁紧在升降旋钮22上，放气阀14上端设有阶梯通孔，放气杆8同轴安装在放气阀14的阶梯通孔中，放气杆8设有轴肩的一端位于阶梯通孔的大端，另一端穿过阶梯通孔的小端、并通过设置在阶梯通孔小端内壁面上的导向块10导向而伸出阶梯通孔的小端；其中，放气阀14的阶梯通孔的孔轴向与本体23的轴向垂直；放气杆8的小端与阶梯通孔之间设有密封圈Ⅲ12，以实现阶梯通孔小端的密封；

阶梯通孔大端端部通过密封端盖16封装，且密封端盖16与放气阀14之间设有密封圈Ⅳ15，以实现阶梯通孔大端的密封；其中，密封端盖16通过螺钉Ⅳ18紧固放气阀14上，密封端盖16朝向放气杆8的一端设有限位凹槽，放气杆8上套装有弹簧17，弹簧17一端抵触在限位凹槽的内底面，另一端抵触在放气杆8的轴肩上；

放气杆8(如图4所示)从阶梯通孔中伸出的一端的端部通过螺钉Ⅲ9固定连接有压块7；

放气阀14上端内部设有连通外部与阶梯通孔小端的放气孔，放气阀14中心的安装支腿中设置有连通本体23的分离腔室和阶梯通孔大端的吸气孔，且吸气孔的下端(吸气口)位于进液管4所在安装面之下；初始时，放气杆8的轴肩抵触在阶梯通孔的台阶上，且轴肩与阶梯通孔的台阶面之间设置密封垫13，吸气孔和放气孔之间不连通；当按压放气杆8，使其轴肩与阶梯通孔的台阶面分离时，吸气孔和放气孔之间形成放气通道。

本实施例中，压块7上设有按压头11，螺钉Ⅲ9位于按压头11与压块7之间的空间内，便于通过按压头11按压放气杆8的同时，能够避免螺钉Ⅲ9外露可能对操作人员及设备造成损害。

本实施例中，根据流量设计的需要，本体23中圆台段的锥度为60°～65°。

本实施例中，根据流量、本体23的尺寸，可设计进液管4的尺寸以及进液管4与本体23的小径圆环段之间的相切位置，设计进液管4的管径时，优选进液管4中液体的流速为4m/s～8m/s。

本实施例中，根据流量、本体23的尺寸，可设计出液管1的尺寸以及出液管1与本体23的大径圆环段之间的相切位置。

本实施例中，根据观察性能要求，可设计观察窗25的透光度和尺寸。

本实施例中，观察窗25的材质采用玻璃材料。

本实施例中，根据工质损失最小原则，吸气孔的孔径(ΦD)为3mm。

本实施例中，进液管1的管径沿着液体流动方向逐渐变小，以保证液体进入分离腔室时的流速不会过大，避免对气液混合物产生较大扰动。

使用时，如图5所示，将该气泡捕集器通过进液管4和出液管1连接在空间流体回路上，气液混合物从进液管4以预设的速度切向进入所述分离腔室，在离心力作用下，气泡向中心聚集并留在分离腔室中，液体则通过出液管1流出；通过观察窗25对分离腔室内部气泡的收集状况进行观察，根据气泡的位置，将升降旋钮22相对本体23向上或向下旋转，能够实现放气组件相对本体23整体伸缩，使吸气孔对准气泡；对按压头11施加一定压力，放气杆8的轴肩压缩弹簧17且与放气阀14的阶梯通孔的台阶面脱离，放气阀14的放气通道中捕集到的气泡通过放气杆8的运动被排出；松开按压头11后，弹簧17会推动放气杆8自动回位，放气杆8的轴肩继续压紧在阶梯通孔的台阶面上，放气阀14的放气通道被切断。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，包括：出液管(1)，进液管(4)，本体(23)和放气组件；本体(23)由一体成型的安装座和分离腔室组成，进液管(4)连接在分离腔室与安装座对接的一端的外圆周面上，出液管(1)连接在分离腔室的另一端，且进液管(4)和出液管(1)的一端分别沿连接处所在外圆周切入分离腔室内部；所述分离腔室通过出液管(1)和进液管(4)的另一端连接在空间流体回路上；

所述放气组件设置在安装座上，且放气组件内部设有可通断的放气通道；放气通道的吸气口与分离腔室连通，且位于进液管(4)所在安装面之下；放气通道切断时，气泡在离心力作用下向中心聚集并留在分离腔室中；根据气泡位置调整放气组件吸气口位置，放气通道连通时，气泡放出；

其中，进液管(4)和出液管(1)与分离腔室对接处以及放气组件与安装座之间均密封。

2.如权利要求1所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，还包括：升降旋钮(22)；所述放气组件通过升降旋钮(22)连接在安装座上，用于调节放气组件的吸气口在分离腔室中的位置。

3.如权利要求2所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述放气组件包括：放气杆(8)，放气阀(14)，密封端盖(16)和弹簧(17)；

所述放气阀(14)下端安装在安装座中，且与安装座中的安装孔滑动配合，放气阀(14)中部固定在升降旋钮(22)上；

放气阀(14)上端设有阶梯通孔，放气杆(8)同轴安装在放气阀(14)的阶梯通孔中，放气杆(8)设有轴肩的一端位于阶梯通孔的大端，另一端从阶梯通孔的小端伸出；其中，放气阀(14)的阶梯通孔的孔轴向与本体(23)的轴向垂直；放气杆(8)的小端与阶梯通孔之间密封；

阶梯通孔大端端部通过密封端盖(16)封装，且密封端盖(16)与放气阀(14)之间密封；其中，密封端盖(16)朝向放气杆(8)的一端设有限位凹槽，放气杆(8)上套装有弹簧(17)，弹簧(17)一端抵触在限位凹槽的内底面，另一端抵触在放气杆(8)的轴肩上；

放气阀(14)上端内部设有连通外部与阶梯通孔小端的放气孔，放气阀(14)中下端设置有连通本体(23)的分离腔室和阶梯通孔大端的吸气孔；初始时，放气杆(8)的轴肩抵触在阶梯通孔的台阶上，且轴肩与阶梯通孔的台阶面之间设置密封垫(13)，吸气孔和放气孔之间切断；当按压放气杆(8)，使其轴肩与阶梯通孔的台阶面分离时，吸气孔和放气孔之间形成放气通道。

4.如权利要求3所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述放气杆(8)从阶梯通孔小端伸出的端部固定有压块(7)。

5.如权利要求4所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述放气组件还包括：按压头(11)，所述按压头(11)固定在压块(7)上，将固定压块(7)的固定件包覆在压块(7)与按压头(11)之间的空间内。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述分离腔室由小径圆环段、圆台段和大径圆环段顺次同轴固定连接而成，安装座固定连接在小径圆环段的端部。

7.如权利要求6所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，还包括：观察窗(25)；所述大径圆环段与圆台段对接处的内壁面上设有限位凸起，观察窗(25)设置在大径圆环段内部，且一端抵触在限位凸起上，另一端通过压环(27)压紧固定；其中，观察窗(25)与限位凸起之间设有密封圈、与压环(27)之间设有保护垫(26)。

8.如权利要求7所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述观察窗(25)采用玻璃材料。

9.如权利要求6所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述圆台段的锥度为60°～65°。

10.如权利要求1-5和7-9中任意一项所述的空间流体回路用气泡捕集器，其特征在于，所述进液管(4)中液体的流速为4m/s～8m/s，所述放气通道吸气口的口径为3mm。

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