CN115388327A - 一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，包括贮箱、气动截止阀、第一控制气路组件、第二控制气路组件、恒压减压器、单向阀等。气动截止阀设有开腔和关腔；第一控制气路组件与关腔连通；第二控制气路组件与开腔连通；在第一控制气路组件控制关腔输出控制气体且第二控制气路组件控制开腔输入控制气体时，气动截止阀开启；在第一控制气路组件控制关腔输入控制气体且第二控制气路组件控制开腔输出控制气体时，气动截止阀关闭。恒压减压器和单向阀共同作用可以维持贮箱内部微正压状态。本发明实现了火箭发动机地面试车过程中大流量低温气体的快速排放，可以满足箱压快速调节的需求，以及不试车过程中贮箱长期安全存放的需求。

Description

一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统
技术领域
本发明涉及液体火箭发动机地面试验技术领域，尤其涉及一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统。
背景技术
在某大推力液体火箭发动机的地面拉偏试验中，需要快速调节发动机入口压力，推进剂贮箱应具备快速泄压能力。
目前，贮箱泄压用放气阀门通常为大通径的气动截止阀，一般由1个两位五通电磁阀进行控制，由于大口径阀门气缸体积较大，阀杆行程较长，传统控制方式下的大口径气动阀门开关动作时间往往较长，难以满足特定试验需求。例如某试验系统推进剂贮箱的DN300气动截止阀，由1个两位五通电磁阀进行控制时，阀门完全打开或关闭所需的动作时间约为2～4s，远不能满足贮箱快速泄压需求，实际需求要求放气阀完全打开、关闭时间应在0.2s以内。因此，按传统方式无法达到试车要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，旨在实现试车过程中大流量低温气体的快速排放，以满足火箭发动机地面试车过程中箱压快速调节的需求。
为实现上述目的，本发明提出一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，包括：
贮箱；
气动截止阀，与所述贮箱的排放出口连通，所述气动截止阀设有开腔和关腔；
第一控制气路组件，与所述关腔连通，用于输入或输出控制气体至所述关腔；以及
第二控制气路组件，与所述开腔连通，用于输入或输出控制气体至所述开腔；
在所述第一控制气路组件控制所述关腔输出控制气体且所述第二控制气路组件控制所述开腔输入控制气体时，所述气动截止阀开启；
在所述第一控制气路组件控制所述关腔输入控制气体且所述第二控制气路组件控制所述开腔输出控制气体时，所述气动截止阀关闭。
可选地，所述低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统还包括：
恒压减压器，所述恒压减压器的出气口与所述贮箱的排放出口连通，用于稳定所述贮箱内部气体压力，维持正压在一个合适值，以使所述贮箱内压力高于外界大气压，防止外部气体倒吸进入所述贮箱。
可选地，所述低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统还包括：
手电控制一体阀，所述手电控制一体阀进气口与所述贮箱的排放出口连通；以及
单向阀，所述单向阀的进气口与所述手电控制一体阀连通，以用于配合所述手电控制一体阀稳定所述贮箱的排放出口的气体压力。
可选地，所述第一控制气路组件包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述关腔的控制气接口接有第一连通件，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别与所述第一连通件连通；
其中，所述第一电磁阀用于接入控制气体供气管路；所述第二电磁阀用于接入控制气体放气管路。
可选地，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀均为两位两通电磁阀。
可选地，所述第二控制气路组件包括第三电磁阀和第四电磁阀，所述开腔的控制气接口接有第二连通件，所述第三电磁阀和第四电磁阀分别与所述第二连通件连通；
其中，所述第三电磁阀用于接入控制气体放气管路；所述第四电磁阀用于接入控制气体供气管路。
可选地，所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均为两位两通电磁阀。
可选地，所述第一连通件和所述第二连通件均为三通。
可选地，所述第一控制气路组件和所述第二控制气路组件的管路均为硬管。
可选地，所述气动截止阀的排气端接有排放管路，所述排放管路设有“丁”字形排放口。
在本发明的技术方案中，该低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统包括贮箱、气动截止阀、第一控制气路组件和第二控制气路组件。气动截止阀与贮箱的排放出口连通，气动截止阀设有开腔和关腔；第一控制气路组件与关腔连通，用于输入或输出控制气体至关腔；第二控制气路组件与开腔连通，用于输入或输出控制气体至开腔；在第一控制气路组件控制关腔输出控制气体且第二控制气路组件控制开腔输入控制气体时，气动截止阀开启；在第一控制气路组件控制关腔输入控制气体且第二控制气路组件控制开腔输出控制气体时，气动截止阀关闭。如此，提高了放气流量和速度，使得气动截止阀动作时间缩短，从而实现了大流量低温气体的快速排放，满足了火箭发动机地面试验过程中箱压快速调节的需求。
另外，该低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统设置有恒压减压器和单向阀，在不试车时，即贮箱长期保存过程中，通过恒压减压器和放气单向阀可以共同调节贮箱内部压力为微正压状态，能够满足不试车过程中贮箱长期安全存放的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
100、贮箱；10、气动截止阀；20、第一控制气路组件；30、第二控制气路组件；11、开腔；12、关腔；DCF1、第一电磁阀；DCF2、第二电磁阀；DCF3、第三电磁阀；DCF4、第四电磁阀；201、两位两通电磁阀；23、第一连通件；33、所述第二连通件；101、排放口；40、恒压减压器；51、手电控制一体阀；52、单向阀。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，可适用于推进剂贮箱，尤其是液体火箭发动机地面试验所用贮箱，推进剂贮箱可为液氧贮箱、液氢贮箱、液甲烷贮箱，此处不限。
参照图1，在本发明一实施例中，该低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统包括贮箱100、气动截止阀10、第一控制气路组件20和第二控制气路组件30；气动截止阀10与贮箱100的排放出口连通；气动截止阀10设有开腔11和关腔12；第一控制气路组件20与关腔12连通，用于输入或输出控制气体至关腔12；第二控制气路组件30与开腔11连通，用于输入或输出控制气体至开腔11；在第一控制气路组件20控制关腔12输出控制气体且第二控制气路组件30控制开腔11输入控制气体时，气动截止阀10开启；在第一控制气路组件20控制关腔12输入控制气体且第二控制气路组件30控制开腔11输出控制气体时，气动截止阀10关闭。
需要说明的是，控制气体进入气动截止阀10的关腔12内且开腔11内没有控制气体时，可驱动其内的活塞组件沿着介质通道运动关闭阀门；或者控制气体进入气动截止阀10的开腔11且关腔12内没有控制气体时，可驱动活塞组件沿着介质通道运动打开阀门。
本实施例中，第一控制气路组件20和第二控制气路组件30均可包括至少一个电磁阀。优选地，第一控制气路组件20和第二控制气路组件30均包括两个两位两通电磁阀201。
在本发明的技术方案中，低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统包括贮箱100、气动截止阀10、第一控制气路组件20和第二控制气路组件30；气动截止阀10与贮箱100的排放出口连通；气动截止阀10设有开腔11和关腔12；第一控制气路组件20与关腔12连通，用于输入或输出控制气体至关腔12；第二控制气路组件30与开腔11连通，用于输入或输出控制气体至开腔11；在第一控制气路组件20控制关腔12输出控制气体且第二控制气路组件30控制开腔11输入控制气体时，也即第一电磁阀DCF1和第四电磁阀DCF4通电，同时第二电磁阀DCF2和第三电磁阀DCF3断电时，气动截止阀10开启；在第一控制气路组件20控制关腔12输入控制气体且第二控制气路组件30控制开腔11输出控制气体时，也即第二电磁阀DCF2和第三电磁阀DCF3通电，同时第一电磁阀DCF1和第四电磁阀DCF4断电时，气动截止阀10关闭。如此，提高了放气流量和速度，使得气动截止阀10动作时间缩短，从而实现了大流量低温气体的快速排放，满足了火箭发动机地面试验过程中箱压快速调节的需求。
在不试车过程中，要求贮箱100内保持微正压状态，既要防止贮箱100外部气体倒吸进入贮箱100内，又不能超过贮箱100的设计压力。
对此，参考图1，在一实施例中，该低温推进剂贮箱气体快速安全排放装置还可包括恒压减压器40，恒压减压器40的出气口与贮箱100的排放出口连通，用于稳定贮箱100内部的气体压力，维持正压在一个合适值，以使贮箱100内压力高于外界大气压，防止外部气体倒吸进入贮箱100。
进一步地，该低温推进剂贮箱气体快速安全排放装置还可包括手电控制一体阀51和单向阀52，手电控制一体阀51进气口与贮箱100的排放出口连通；单向阀52的进气口与手电控制一体阀51连通，以用于配合手电控制一体阀51稳定贮箱100的内部的气体压力，防止贮箱100内部超压。
试验结束后，在推进剂贮箱100长期存放过程中，为防止外部空气倒吸进入贮箱100内，使得推进剂贮箱100内的气体纯度不合格或露点温度不符合要求，本发明提出了一种减压器加单向阀52控制方式，减压器是一种恒压减压器40，减压器的增压气体介质和推进剂贮箱100介质一样，减压器可以维持出口压力为0.2MPa，这样可以保证贮箱100内压力始终高于外界大气压。但是，随着贮箱100长时间存放，低温贮箱100会逐渐复温，内部气体压力可能会逐渐升高，甚至超过贮箱100设计压力，对结构造成破坏，为防止这种情况出现，在贮箱100上部设置手电控制一体阀51加单向阀52的稳压路，当试验结束后，可以手动开启手电控制一体阀51，单向阀52可在入口压力高于0.2Mpa情况下自动开启，这样可以维持箱压在0.2Mpa，避免了超压破坏风险；另外，手动开启手电控制一体阀51可以避免在贮箱100长时间存放过程中该阀门长时间通电。在试验时，需要关闭手电控制一体阀51，这时为保证阀门有效关闭，采用电动控制。
请参考图1，在一实施例中，第一控制气路组件20可包括第一电磁阀DCF1和第二电磁阀DCF2，关腔12的控制气接口接有第一连通件23，第一电磁阀DCF1和第二电磁阀DCF2分别与第一连通件23连通。其中，第一电磁阀DCF1用于接入控制气体供气管路；第二电磁阀DCF2用于接入控制气体放气管路。
本实施例中，第一电磁阀DCF1和第二电磁阀DCF2均可为两位两通电磁阀201或其他通径大于两位五通电磁阀本身放气口大小的电动控制阀。第一连通件23可为三通等，此处不限。
同样地，参考图1，在一实施例中，第二控制气路组件30可包括第三电磁阀DCF3和第四电磁阀DCF4，开腔11的控制气接口接有第二连通件，第三电磁阀DCF3和第四电磁阀DCF4分别与第二连通件连通。其中，第三电磁阀DCF3用于接入控制气体放气管路；第四电磁阀DCF4用于接入控制气体供气管路。
本实施例中，第三电磁阀DCF3和第四电磁阀DCF4也均可为两位两通电磁阀201或其他通径大于两位五通电磁阀本身放气口大小的电动控制阀。第二连通件也可为三通等，此处不限。
值得一提的是，在传统技术中，两位五通电磁阀进行气动截止阀10控制时，内部结构原因使得开腔11进气和关腔12放气或者开腔11放气和关腔12进气无法同时进行，气动截止阀10动作是有一定时间延迟的。以气动截止阀10的阀门打开为例，此时两位五通电磁阀给气动截止阀10开腔11供控制气体，并使气动截止阀10的关腔12放掉控制气体，但关腔12输出控制气体是要迟于开腔11输入控制气体的，这就导致了整个动作时间变长。然而，在本发明中，第一控制气路组件20和第二控制气路组件30的两位两通电磁阀201组合的方式可以使开腔11进气和关腔12放气同时进行。
此外，两位五通电磁阀本身的放气口较小，在气动截止阀10动作过程中放气口流量较小，流阻较大，控制气体就放得比较慢，这样也会导致开腔11或关腔12进气过程中要承受另一个腔体的背压，综合作用下导致了气动截止阀10动作周期变长。然而，在本发明中，两位两通电磁阀201进行控制时放气路大小即为电磁阀通径大小，电磁阀通径大于两位五通电磁阀本身放气口大小，降低了流阻，提高了放气流量和速度，使得气动截止阀10动作时间缩短。
经过试验验证，本低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统可以将DN300气动截止阀的阀门开启或关闭时间控制在0.2s以内，极大地提高了阀门的响应时间，满足了推进剂贮箱压力快速调节的需求。
进一步地，在一实施例中，第一控制气路组件20和第二控制气路组件30的管路均可为硬管，相比软管可以减小内部气体压力波动，维持供气压力稳定，以保证控制气路的稳定性和可靠性，满足液体火箭发动机的地面拉偏试验要求。
此外，为满足大流量高压气体安全排放要求，参考图1，在一些实施例中，气动截止阀10的排气端接有排放管路，排放管路设有排放口101，排放口101可呈“丁”字形设置。如此，可以降低流速，同时排放口101对称布置可以抵消对排放装置的相互作用力，维持结构稳定，从而提高该低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统的可靠性，保证安全排放。
以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，包括：
贮箱；
气动截止阀，与所述贮箱的排放出口连通，所述气动截止阀设有开腔和关腔；
第一控制气路组件，与所述关腔连通，用于输入或输出控制气体至所述关腔；以及
第二控制气路组件，与所述开腔连通，用于输入或输出控制气体至所述开腔；
在所述第一控制气路组件控制所述关腔输出控制气体且所述第二控制气路组件控制所述开腔输入控制气体时，所述气动截止阀开启；
在所述第一控制气路组件控制所述关腔输入控制气体且所述第二控制气路组件控制所述开腔输出控制气体时，所述气动截止阀关闭。
2.如权利要求1所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统还包括：
恒压减压器，所述恒压减压器的出气口与所述贮箱的排放出口连通，用于稳定所述贮箱内部气体压力，维持正压在一个合适值，以使所述贮箱内压力高于外界大气压，防止外部气体倒吸进入所述贮箱。
3.如权利要求2所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统还包括：
手电控制一体阀，所述手电控制一体阀的进气口与所述贮箱的排放出口连通；以及单向阀，所述单向阀的进气口与所述手电控制一体阀连通，以用于配合所述手电控制一体阀稳定所述贮箱的排放出口的气体压力。
4.如权利要求1所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第一控制气路组件包括第一电磁阀和第二电磁阀，所述关腔的控制气接口接有第一连通件，所述第一电磁阀和第二电磁阀分别与所述第一连通件连通；
其中，所述第一电磁阀用于接入控制气体供气管路；所述第二电磁阀用于接入控制气体放气管路。
5.如权利要求4所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第一电磁阀和所述第二电磁阀均为两位两通电磁阀。
6.如权利要求4所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第二控制气路组件包括第三电磁阀和第四电磁阀，所述开腔的控制气接口接有第二连通件，所述第三电磁阀和第四电磁阀分别与所述第二连通件连通；
其中，所述第三电磁阀用于接入控制气体放气管路；所述第四电磁阀用于接入控制气体供气管路。
7.如权利要求6所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第三电磁阀和所述第四电磁阀均为两位两通电磁阀。
8.如权利要求6所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第一连通件和所述第二连通件均为三通。
9.如权利要求6所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述第一控制气路组件和所述第二控制气路组件的管路均为硬管。
10.如权利要求1所述的低温推进剂贮箱气体快速安全排放系统，其特征在于，所述气动截止阀的排气端接有排放管路，所述排放管路设有“丁”字形排放口。
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