CN116045047B - 一种安全阀、火箭贮箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安全阀、火箭贮箱，涉及安全阀领域，以解决管路复杂、体积和重量较大的技术问题。安全阀包括阀体、第二阀组件以及至少一个第一阀组件，第一阀组件、第二阀组件均设在阀体中；第一阀组件包括指挥腔、指挥阀腔以及活动设在指挥阀腔中的指挥阀芯；指挥腔分别与阀体入口、第二腔体、第一腔体连通，第二活塞用于封堵指挥腔与第二腔体的连通处，第一复位弹簧用于提供将第二活塞远离指挥腔与第二腔体的连通处的至少部分力；第二腔体通过第一溢流道连通至阀体出口；保险阀芯包括第二阀杆以及分别设在第二阀杆端部的第三活塞、第四活塞，第三活塞设在指挥腔内，第四活塞用于封堵第二溢流道；第二溢流道的流量大于第一溢流道的流量。

Description

一种安全阀、火箭贮箱

技术领域

本发明涉及安全阀领域，尤其涉及一种安全阀、火箭贮箱。

背景技术

液体运载火箭贮箱需要增压，在控制增压气进气量的控制系统或单机元件出现故障时，容易出现过度增压，进而贮箱过压甚至爆炸。因此，一般会在贮箱上配备安全阀单机产品，在贮箱达到特定压力时自动排出多余气体降低压力，使贮箱始终在设计范围内。

常用的安全阀可分为主控式安全阀以及自控式安全阀。主控式安全阀一般以压力传感器配合电控系统所组成，在检测到压力容器压力过高时以电控的方式打开安全阀，力敏将压力容器的压力降至安全范围后即可关闭安全阀；自控式安全阀则是以弹簧、膜片或活塞等压感结构组合工作，当压力容器的压力过高时会改变其平衡状态，从而导致安全阀打开，并且当压力容器的压力降回安全值时，压力敏感零件回到关闭状态的平衡，安全阀自动关闭。

主控式安全阀作为运载火箭单机产品存在可靠性低的致命缺点，运载火箭中一般会选择使用自控式安全阀作为单机产品。自控式安全阀由于使用的压力敏感结构为膜片、活塞及弹簧等，这就导致了安全阀阀芯的运动行程受到了膜片位移量以及弹簧位移量的限制，一般不超过3 mm，运动行程小也直接导致了安全阀流量较小的缺点。对于火箭贮箱高进气量的环境，需要解决自控式安全阀小流量问题。

现有的自控式安全阀除了流量小外，其管路复杂、体积和重量较大、制造成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全阀，以解决管路复杂、体积和重量较大、制造成本高昂的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供的一种安全阀，包括阀体、第二阀组件以及至少一个第一阀组件，所述第一阀组件、所述第二阀组件均设在所述阀体中；

所述第一阀组件包括指挥腔、指挥阀腔以及活动设在所述指挥阀腔中的指挥阀芯，所述指挥阀芯包括第一阀杆以及分别设在所述第一阀杆端部的第一活塞、第二活塞，所述指挥阀腔具有与所述第一活塞配合的第一腔体、与所述第一阀杆配合的第三腔体以及与所述第二活塞配合的第二腔体；

所述指挥腔分别与所述阀体入口、所述第二腔体、所述第一腔体连通，所述第二活塞用于封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处，所述第二活塞上还设有第一复位弹簧，当所述安全阀处在泄压模式，所述第一复位弹簧用于提供将所述第二活塞远离所述指挥腔与所述第二腔体的连通处的至少部分力；

所述第二腔体通过第一溢流道连通至所述阀体出口；

所述第二阀组件包括保险阀芯，所述保险阀芯包括第二阀杆以及分别设在所述第二阀杆端部的第三活塞、第四活塞，所述第三活塞设在所述指挥腔内，所述第四活塞用于封堵所述阀体入口与所述阀体出口之间的第二溢流道；

所述第二溢流道的流量大于所述第一溢流道的流量；

当所述安全阀处在泄压模式，所述第一活塞用于在所述指挥腔压力的作用下带动所述第二活塞，使得所述指挥腔通过所述第二腔体连通所述第一溢流道，所述第四活塞用于在所述第三活塞处压力减小的作用下打开所述第二溢流道。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第一阀组件还包括设在所述第一活塞背离所述第一阀杆的端面的第二复位弹簧，

当所述安全阀处在闭合模式，所述第二复位弹簧用于提供将所述第二活塞封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处的力。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第二复位弹簧套设在所述第二活塞，所述第二复位弹簧一端抵接于所述第二活塞所具有的凸台，所述第二复位弹簧的另一端抵接于所述第二腔体中的阀座上，所述第一溢流道在所述第二腔体的开口至少部分部位与所述第二复位弹簧相对，所述第二活塞背离所述第一阀杆的端面用于封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第一活塞靠近所述第一阀杆端面的周侧还具有锥形部，所述锥形部与所述第一腔体的内壁之间形成气腔；和/或，

所述第一腔体上与所述指挥腔连通处的开口至少部分与所述气腔相对。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第二活塞在所述第一活塞靠近所述第一阀杆的端面上的正投影位于所述第一活塞靠近所述第一阀杆端面内。

根据本发明的至少一个实施方式，所述指挥阀芯在所述指挥阀腔中的行程小于或等于1mm。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第一阀组件为两个。

根据本发明的至少一个实施方式，所述指挥腔通过相应流道与所述阀体入口、所述第二腔体、所述第一腔体连通，各个所述流道的流量小于或等于所述第一溢流道的流量。

根据本发明的至少一个实施方式，所述第二阀组件还包括套设在所述第二阀杆上的第三复位弹簧，所述第三复位弹簧一端抵接于所述第三活塞靠近所述第二阀杆的端面，当所述安全阀处在闭合模式，所述第三复位弹簧用于提供所述第四活塞封堵所述第二溢流道的至少部分力。

根据本发明的至少一个实施方式，所述阀体入口与所述阀体出口之间还具有第三溢流道，所述安全阀还具有排气阀，所述排气阀包括排气阀芯，所述排气阀芯包括第三阀杆以及分别设在所述第三阀杆端部的第五活塞、第六活塞，所述第六活塞用于封堵所述第三溢流道；

所述排气阀还包括设在所述第三阀杆上的第四复位弹簧，所述第四复位弹簧一端抵接于所述第六活塞靠近所述第三阀杆的端面，当所述安全阀处在闭合模式，所述第四复位弹簧用于提供所述第六活塞封堵所述第三溢流道的力；

所述排气阀还包括用于控制所述第五活塞向远离所述第三溢流道方向移动的气体接口。

相对于现有技术，本发明的安全阀具有以下优势：

本发明提供的安全阀，通过第一阀组件、第二阀组件均设在阀体中，其中，第一阀组件通过打开或封堵指挥腔与第二腔体的连通处，通过第二腔体与第一溢流道连通，从而将指挥腔的气体排泄出阀体出口；第二阀组件通过将第三活塞设在指挥腔中，当指挥腔的压力减小时，第四活塞与第三活塞之间存在压力差，第四活塞打开第二溢流道，而第二溢流道是阀体入口与阀体出口的通道，则阀体入口的气体通过第二溢流道排出阀体出口，在上述泄压过程中，由于第二溢流道的流量大于第一溢流道的流量，因此通过指挥腔的小气流出气从而控制保险阀的启闭，可以大幅度增加安全阀的流量。而由于控制小气流出气的指挥阀芯运动行程可以做的更小，因此第一阀组件的尺寸也可以做的更小，安全阀整体重量降低。第一阀组件、第二阀组件集成在阀体内，克服了现有大流量安全阀主阀和指挥阀分体的设计需要金属硬管连接各个气腔，管路连接复杂，导致阀门体积、重量增大的问题，而且通过内部通道连接各个气腔，减少了外部管路与接头焊接处的震动薄弱点，提高阀门可靠性。

指挥腔的压力与第二腔体、第一腔体连通，当指挥腔的压力处在正常状态时，指挥阀芯处在平衡状态，而当指挥腔的压力高于设计压力时，第一腔体压力上升推动第一活塞，失去约束的指挥阀芯在第一复位弹簧的作用下打开指挥腔与第二腔体的连通处，使得指挥腔的气体排出至阀体出口。

本发明的另一目的在于还提供一种火箭贮箱，包括上述的安全阀，所述安全阀的阀体入口与所述火箭贮箱连接。

相对于现有技术，本发明所述的火箭贮箱具有的优势与上述安全阀所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本发明的实施方式安全阀立体结构的示意图。

图2是图1的A-A剖视结构示意图。

图3是图1的B-B剖视结构示意图。

图4是根据本发明的实施方式指挥阀部件工作时序示意图。

图5是根据本发明的实施方式指挥阀部件另一工作时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

请参阅图1至图5所示，根据本发明的示例性地实施例，提供的一种安全阀，包括阀体、第二阀组件以及至少一个第一阀组件，第一阀组件、第二阀组件均设在阀体中；第一阀组件包括指挥腔11、指挥阀腔以及活动设在指挥阀腔中的指挥阀芯12，指挥阀芯12包括第一阀杆123以及分别设在第一阀杆123端部的第一活塞121、第二活塞122，指挥阀腔具有与第一活塞121配合的第一腔体、与第一阀杆123配合的第三腔体以及与第二活塞122配合的第二腔体；指挥腔11分别与阀体入口52、第二腔体、第一腔体连通，第二活塞122用于封堵指挥腔11与第二腔体的连通处，第二活塞122上还设有第一复位弹簧15，当安全阀处在泄压模式，第一复位弹簧15用于提供将第二活塞122远离指挥腔11与第二腔体的连通处的至少部分力；第二腔体通过第一溢流道13连通至阀体出口51；第二阀组件包括保险阀芯，保险阀芯包括第二阀杆222以及分别设在第二阀杆222端部的第三活塞221、第四活塞223，第三活塞221设在指挥腔11内，第四活塞223用于封堵阀体入口52与阀体出口51之间的第二溢流道21；第二溢流道21的流量大于第一溢流道13的流量；当安全阀处在泄压模式，第一活塞121用于在指挥腔11压力的作用下带动第二活塞122，使得指挥腔11通过第二腔体连通第一溢流道13，第四活塞223用于在第三活塞221处压力减小的作用下打开第二溢流道21。

实际使用时，请参阅图4、图5所示，当安全阀处在闭合模式时，由于指挥腔11分别与阀体入口、第二腔体、第一腔体连通，指挥腔11的压力与阀体入口处的压力相同，也就是与火箭贮箱的压力相同，指挥腔11的压力沿着指挥腔/第一腔体流道112进入第一腔体，也就是第一腔体的压力等于火箭贮箱的压力。这时，指挥阀芯12处在平衡状态，第二活塞122封堵指挥腔11与第二腔体的连通处。当贮箱压力高于设计压力时，第二腔体的压力将会推动第一活塞121向上（图5的视面）运动，失去约束的指挥阀芯12在第一复位弹簧15的作用下向上运动，此时，指挥腔11的气体经过指挥腔/第二腔体流道111进入第二腔体中，进而从第一溢流道13中排出至阀体出口51，请参阅图5中箭头所示的气流方向。

进一步地，指挥腔11的压力下降，导致指挥腔11压力将远低于贮箱压力，请参阅图3所示，保险阀芯在指挥腔11的压力下降时，作用在保险阀芯的第三活塞221靠近第二阀杆222的端面处受到的气动力降低，而第四活塞223靠近第二阀杆222的端面处受到的气动力由于在阀体入口气体的作用下，并不会受到指挥腔11的压力下降的影响。当第四活塞223靠近第二阀杆222的端面处受到的气动力大于第三活塞221靠近第二阀杆222的端面处受到的气动力与第三复位弹簧23的力之和时，保险阀芯会向右（图3的视面方向）运动，这时第四活塞223打开阀体入口与阀体出口51之间的第二溢流道21，从而有效排放贮箱压力。排放完成后，贮箱压力降至设计压力时，指挥腔11通往第一腔体的压力降低，第一活塞121在第二复位弹簧14的作用下向下运动，并将指挥阀芯12强制复位，此时指挥腔11将不再降压，并且通过指挥腔/阀体入口流道113逐渐补压,指挥阀芯12重新进入平衡状态，而保险阀芯左右两侧的气动力的平衡改变，保险阀芯向右运动，使得第四活塞223重新封堵第二溢流道21。

在一些实施方式中，第二复位弹簧14的一端设在第一活塞121背离第一阀杆123的端面，另一端抵接于第一腔体的内壁上，从而第二复位弹簧14提供将回复力传递给第二活塞122，使得第二活塞122封堵指挥腔11与第二腔体的连通处，第一阀组件关闭，安全阀处在闭合模式。

在一些实施方式中，第二活塞122靠近第一阀杆123的部分具有凸台，第一复位弹簧15套设在第二活塞122上，且其一端抵接于第二活塞122所具有的凸台，另一端抵接于第二腔体中的阀座上，第一溢流道13在第二腔体的开口至少部分部位与第一复位弹簧15相对，安全阀处在闭合模式时，第二活塞122背离第一阀杆123的端面封堵指挥腔11与第二腔体的连通处。安全阀处在泄压模式时，第一溢流道13在第二腔体的开口至少部分部位与第一复位弹簧15相对，使得指挥腔11的气体可以经由第二腔体在第一溢流道13中排出。

在一实施例中，第一活塞121靠近第一阀杆123端面的周侧还具有锥形部1211，锥形部1211与第一腔体的内壁之间形成气腔；第一腔体上与指挥腔11连通处的开口至少部分与气腔相对。锥形部1211的设置可以避开台阶，而且锥形部1211与第一腔体的内壁之间形成气腔，当在第一活塞121靠近第一阀杆123端面与第一腔体的内壁之间具有膜片时，可以使得膜片的自由位移量更大。

在一些实施方式中，第二活塞122在第一活塞121靠近第一阀杆123的端面上的正投影位于第一活塞121靠近第一阀杆123端面内，也就是第二活塞122的直径小于第一活塞121，可以将阀体的内部结构做的更加紧凑，而指挥阀芯12的行程不大于1mm，可选地为0.5mm，因此可以选用尺寸较小，刚度较大的弹簧，可以有效降低系统重量。而现有大流量安全阀的指挥阀行程较大(5mm)，为了降低压敏弹簧的固有弹簧钢度所带来的误差，一般选用较长、弹簧钢度较小的弹簧来减少打开、关闭误差，故指挥阀尺寸一般较大。而本发明的安全阀性能更高，开启-回座压差小、关闭性能好。

考虑到本发明的安全阀将保险阀和指挥阀集成在一个阀体内部，因此能够集成两个指挥阀，从而达到冗余设计，大大降低阀门打不开风险。示例性地，第一阀组件可以为两个。

在一些实施方式中，指挥腔11通过相应流道与阀体入口、第二腔体、第一腔体连通，各个流道的流量小于或等于第一溢流道13的流量。使得安全阀在泄压与闭合状态切换时，指挥腔11的压力与阀体入口的气体压力平衡有一个过程。

在一些实施方式中，上述第二阀组件还包括套设在第二阀杆222上的第三复位弹簧23，第三复位弹簧23一端抵接于第三活塞221靠近第二阀杆222的端面，当安全阀处在闭合模式，第三复位弹簧23提供第四活塞223封堵第二溢流道21的至少部分力。可以理解的是第三复位弹簧23的另一端抵靠在阀座上，第三复位弹簧23可以使得在安全阀排放完成后，使得保险阀芯回复到初始状态，也即第四活塞223封堵第二溢流道21。

考虑到贮箱当远超过设计压力时，例如贮箱压力为设计压力的两倍时，为了安全需要人工干预强行泄压。示例性地，在安全阀中还集成有排气阀，阀体入口与阀体出口51之间还设有第三溢流道31，排气阀用于第三溢流道31的启闭，排气阀与保险阀具有类似的阀芯结构，具体地，排气阀包括排气阀芯，排气阀芯包括第三阀杆322以及分别设在第三阀杆322端部的第五活塞321、第六活塞323，第六活塞323用于封堵第三溢流道31；排气阀还包括设在第三阀杆322上的第四复位弹簧33，第四复位弹簧33一端抵接于第六活塞323靠近第三阀杆322的端面，当安全阀处在闭合模式，第四复位弹簧33用于提供第六活塞323封堵第三溢流道31的力；排气阀还包括用于控制第五活塞321向远离第三溢流道31方向移动的气体接口34。

实际使用时，在第五活塞321靠近第三阀杆322的端面处的气腔中通过气体接口34通入高压气体，第五活塞321与第六活塞323之间的压力差克服第四复位弹簧33的力，使得排气阀芯向右移动（图3中的视面方向），第六活塞323打开第三溢流道31，使得阀体入口与阀体出口51连通，强制进行排气。而当泄压完毕达到正常状态时，只需断开气体接口34的高压气体，在第四复位弹簧33回复力的作用下，排气阀芯向左移动，第六活塞323封堵第三溢流道31。

根据本发明的另一方面，还提供一种火箭贮箱，包括上述的安全阀，安全阀的阀体入口与火箭贮箱连接。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种安全阀，其特征在于，包括阀体、第二阀组件以及至少一个第一阀组件，所述第一阀组件、所述第二阀组件均设在所述阀体中；

所述第一阀组件包括指挥腔、指挥阀腔以及活动设在所述指挥阀腔中的指挥阀芯，所述指挥阀芯包括第一阀杆以及分别设在所述第一阀杆端部的第一活塞、第二活塞，所述指挥阀腔具有与所述第一活塞配合的第一腔体、与所述第一阀杆配合的第三腔体以及与所述第二活塞配合的第二腔体；

所述指挥腔分别与所述阀体入口、所述第二腔体、所述第一腔体连通，所述第二活塞用于封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处，所述第二活塞上还设有第一复位弹簧，当所述安全阀处在泄压模式，所述第一复位弹簧用于提供将所述第二活塞远离所述指挥腔与所述第二腔体的连通处的至少部分力；

所述第二腔体通过第一溢流道连通至所述阀体出口；

所述第二阀组件包括保险阀芯，所述保险阀芯包括第二阀杆以及分别设在所述第二阀杆端部的第三活塞、第四活塞，所述第三活塞设在所述指挥腔内，所述第四活塞用于封堵所述阀体入口与所述阀体出口之间的第二溢流道；

所述第二溢流道的流量大于所述第一溢流道的流量；

当所述安全阀处在泄压模式，所述第一活塞用于在所述指挥腔压力的作用下带动所述第二活塞，使得所述指挥腔通过所述第二腔体连通所述第一溢流道，所述第四活塞用于在所述第三活塞处压力减小的作用下打开所述第二溢流道；

所述第一阀组件还包括设在所述第一活塞背离所述第一阀杆的端面的第二复位弹簧，当所述安全阀处在闭合模式，所述第二复位弹簧用于提供将所述第二活塞封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处的力；

所述第一复位弹簧套设在所述第二活塞，所述第一复位弹簧一端抵接于所述第二活塞所具有的凸台，所述第一复位弹簧的另一端抵接于所述第二腔体中的阀座上，所述第一溢流道在所述第二腔体的开口至少部分部位与所述第一复位弹簧相对，所述第二活塞背离所述第一阀杆的端面用于封堵所述指挥腔与所述第二腔体的连通处。

2.根据权利要求1所述的安全阀，其特征在于，所述第一活塞靠近所述第一阀杆端面的周侧还具有锥形部，所述锥形部与所述第一腔体的内壁之间形成气腔；和/或，

所述第一腔体上与所述指挥腔连通处的开口至少部分与所述气腔相对。

3.根据权利要求1所述的安全阀，其特征在于，所述第二活塞在所述第一活塞靠近所述第一阀杆的端面上的正投影位于所述第一活塞靠近所述第一阀杆端面内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的安全阀，其特征在于，所述指挥阀芯在所述指挥阀腔中的行程小于或等于1mm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的安全阀，其特征在于，所述第一阀组件为两个。

6.根据权利要求1-3任一项所述的安全阀，其特征在于，所述指挥腔通过相应流道与所述阀体入口、所述第二腔体、所述第一腔体连通，各个所述流道的流量小于或等于所述第一溢流道的流量。

7.根据权利要求6所述的安全阀，其特征在于，所述第二阀组件还包括套设在所述第二阀杆上的第三复位弹簧，所述第三复位弹簧一端抵接于所述第三活塞靠近所述第二阀杆的端面，当所述安全阀处在闭合模式，所述第三复位弹簧用于提供所述第四活塞封堵所述第二溢流道的至少部分力。

8.根据权利要求1-3任一项所述的安全阀，其特征在于，所述阀体入口与所述阀体出口之间还具有第三溢流道，所述安全阀还具有排气阀，所述排气阀包括排气阀芯，所述排气阀芯包括第三阀杆以及分别设在所述第三阀杆端部的第五活塞、第六活塞，所述第六活塞用于封堵所述第三溢流道；

所述排气阀还包括设在所述第三阀杆上的第四复位弹簧，所述第四复位弹簧一端抵接于所述第六活塞靠近所述第三阀杆的端面，当所述安全阀处在闭合模式，所述第四复位弹簧用于提供所述第六活塞封堵所述第三溢流道的力；

所述排气阀还包括用于控制所述第五活塞向远离所述第三溢流道方向移动的气体接口。

9.一种火箭贮箱，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的安全阀，所述安全阀的阀体入口与所述火箭贮箱连接。