CN202501053U - 一种长寿命冗余密封充气阀 - Google Patents

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罗大亮
王春民
孙亮
曾维亮
张思坤
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Abstract

本实用新型涉及一种长寿命冗余密封充气阀，适用于长期在轨运行的真空环境及温度交替的热环境，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、堵头、外套螺母、充气口、接管嘴。本实用新型解决了卫星推进系统面临的高热真空环境适应能力差及长期在轨工作密封可靠性低等问题，保证了卫星推进系统贮供子系统推进剂的有效使用，避免了因泄漏造成卫星推进系统寿命下降故障。

Description

一种长寿命冗余密封充气阀
技术领域
本实用新型涉及一种充气阀，尤其涉及一种空间飞行器电推进贮供系统用充气阀，适用于长期在轨运行的真空环境及温度交替的热环境。 
背景技术
充气阀是一种用于对高压气瓶进行充气并密封的设备，广泛应用于液体挤压推进系统和地面配气系统中。为适应卫星长期在轨工作环境，满足推进剂贮供系统可靠密封使用要求，需要一种长寿命冗余密封的充气阀。 
传统的充气阀包括橡胶密封充气阀和金属密封充气阀两种。橡胶密封充气阀热真空环境适应能力差，与真空环境接触易造成橡胶老化使密封失效，影响系统工作可靠性；金属密封充气阀在现有加工工艺水平下，其密封性能无法满足使用要求，不能满足对长期密封要求很高的卫星推进系统使用。 
发明内容
本实用新型的技术解决方案是： 
一种长寿命冗余密封充气阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、堵头、外套螺母、充气口、接管嘴；所述阀座与阀体为一体化结构，其特殊之处在于： 
所述阀体与接管嘴的密封结构为垫片和焊缝；所述阀体上设置有阀座密封凸台； 
所述阀体和阀芯之间采用金属-塑料密封副，其中阀座密封凸台采用圆弧结构，阀芯密封材料为塑料F2； 
所述堵头的圆柱轴段与充气口的圆柱孔段配合面为胶圈密封，所述堵头锥面与充气口锥面为F4密封圈密封。 
本实用新型与现有充气阀门相比优点在于： 
1、本实用新型采用了具有金属限位结构的塑料密封充气阀结构方案。阀芯与阀座密封副设计采用塑料密封，阀座密封凸台采用圆弧结构，阀芯采用塑料F2与金属基体冷压后机加成型工艺，该阀芯结构具有耐高压、温度环境适应性强及密封性可靠等优点。阀体与接管嘴连接部位采取了垫片拧紧后再焊接的冗 余密封结构设计。针对操作使用频繁及密封薄弱的充气口结构，提出了两端采用塑料密封-中间采用橡胶O形圈密封的三重冗余密封结构，即阀芯阀体采用塑料密封（第一道），在外套螺母带动堵头与阀体充气口拧紧后，堵头圆柱轴段与充气口圆柱孔段配合面用胶圈密封（第二道）、堵头锥面与充气口锥面用F4密封圈密封（第三道）。通过优化充气阀结构，合理设计各密封部位的结构尺寸，确保充气阀在装配拧紧后各密封部位均能够产生较大的接触应力，提高其长期密封可靠性。以上充气阀密封方案成功解决了卫星推进系统面临的高热真空环境适应能力差及长期在轨工作密封可靠性低等问题，保证了卫星推进系统贮供子系统推进剂的有效使用，避免了因泄漏造成卫星推进系统寿命下降故障。 
2、本实用新型充气阀用于对高压气瓶（贮气罐）进行充气并可靠密封，除可在卫星推进系统应用外，在其它空间飞行器动力系统，在导弹武器分导、姿控、末修及伺服等系统，在民用试验系统，在航天、冶金、电力、化工、机械等各相关领域均可推广使用。 
附图说明
图1是本实用新型长寿命冗余密封充气阀结构示意图； 
其中：1-阀体，2-接管嘴，3-阀芯，4-弹簧，5-密封垫片，6-橡胶O形圈，7-F4密封圈，8-堵头，9-外套螺母，10-焊缝，11-充气口，12-阀座密封凸台。 
具体实施方式
如图1所示，一种长寿命冗余密封充气阀，包括阀体1、阀座、阀芯3、弹簧4、堵头8、外套螺母9、充气口11、接管嘴2；阀座与阀体为一体化结构， 
阀体与接管嘴的密封结构为垫片和焊缝；阀体上设置有阀座密封凸台； 
阀体和阀芯之间采用金属-塑料密封副，其中阀座密封凸台12采用圆弧结构，阀芯密封材料为塑料F2，较佳； 
堵头的圆柱轴段与充气口的圆柱孔段配合面为胶圈密封，堵头锥面与充气口锥面为F4密封圈密封，较佳。 
阀芯与阀体采用塑料平面-金属圆弧凸台的密封方案，需要充气阀工作时，利用充放气工装顶开阀芯进行充气，充气结束后拆下充放气工装，阀芯在弹簧力及气压不平衡力的作用下回落到阀座密封凸台上，阀芯与阀座密封凸台切合密封，在充气口安装外套螺母、堵头、橡胶O形圈6及F4密封圈7实现冗余密 封，提高充气阀的密封可靠性。 
本实用新型的工作原理和工作过程是：冗余密封充气阀采用单向阀结构方案，充气时将充气阀的充气口打开，拆掉堵头、外套螺母及密封件，将充放气工装用锁紧螺母安装于充气口上，利用充气工装将阀芯顶开进行充气。充气结束后卸除工装，阀芯在弹簧力的作用下回落到关闭位置，与阀座的圆弧凸台形成第一道密封。然后将外套螺母、堵头及密封件装于充气阀充气口，拧紧后，橡胶O形圈及F4密封圈分别形成第二、三道密封。充气阀堵头拧紧后，各密封部位将形成可靠的密封结构，能够保证其在卫星推进系统工作寿命内可靠密封。 
本实用新型充气阀用于对高压贮气罐进行充气并密封时的技术性能： 
工作压力8Mpa； 
工作次数不小于200次； 
密封泄漏率不超过10-8Pa·m3/s； 
充气后长期（不低于3年）在高真空、高低温循环和高能辐射等环境下不产生泄漏。 

Claims (1)

1.一种长寿命冗余密封充气阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、堵头、外套螺母、充气口、接管嘴；所述阀座与阀体为一体化结构，其特征在于：
所述阀体与接管嘴的密封结构为垫片和焊缝；所述阀体上设置有阀座密封凸台；
所述阀体和阀芯之间采用金属-塑料密封副，其中阀座密封凸台采用圆弧结构，阀芯密封材料为塑料F2；
所述堵头的圆柱轴段与充气口的圆柱孔段配合面为胶圈密封，所述堵头锥面与充气口锥面为F4密封圈密封。
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