CN215721024U - 一种液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机，包含壳体、阀芯、阀盖、密封件和弹性件。壳体内侧具有供气体或者液体介质流通的第一通道和第二通道，阀芯位于第二通道内且沿第二通道的轴向方向运动。壳体上还设有与第一通道连通的第一流道，第一流道的另一端连通至阀芯的尾部远离阀盖一侧，通过第一通道进入的气体或者液体介质一部分进入第一流道推动阀芯向阀盖侧运动，以打开所述介质入口，从而所述气体或者液体介质从所述第一通道流向所述第二通道。本申请的单向阀，可以避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性。

Description

一种液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机

技术领域

本实用新型涉及动力系统阀门技术领域，尤其涉及一种液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机。

背景技术

随着航天产业的快速发展，火箭领域所涉及的各项技术也实现了突飞猛进。增压单向阀是运载火箭发动机自生增压输送系统的重要组件，在增压路中有着重要的作用。但单向阀在性能测试中曾多次发生过颤振现象，尤其发动机在低工况下工作时，介质流量小，进出口压力偏低更易产生颤振问题，影响了增压系统的正常工作，严重时还可能造成阀门自身功能失效或增压系统状态的不稳定。

目前，针对单向阀颤振问题有几种改进结构，如通过阀芯增加衬套、采用增加不锈钢弹簧圈或波纹带涨圈以增加阻尼结构的方法避免颤振。然而，这几种方式都存在诸多问题，例如，采用衬套和不锈钢弹簧圈容易产生多余物或发生卡滞，采用波纹带涨圈虽然可以一定程度上改善颤振问题，但在常温和低温下阻尼效果不稳定。

亟需提供一种单向阀，可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机。这种阀门结构可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。

本实用新型的一个方面提供了一种液体火箭发动机用增压单向阀结构，包含壳体、阀芯、阀盖、密封件和弹性件，所述壳体内侧具有供气体或者液体介质流通的第一通道和与所述第一通道延伸方向不同的第二通道。所述阀芯位于所述第二通道内且沿所述第二通道的轴向方向运动，所述阀芯的尾部通过所述弹性件与位于所述壳体一侧的所述阀盖连接，所述阀芯的端部用于与所述第一通道和所述第二通道过渡的内壁配合以关闭位于所述第一通道上的介质入口，所述密封件用以对所述阀芯与所述壳体内壁进行密封。所述壳体上还设有与所述第一通道连通的第一流道，所述第一流道的另一端连通至所述阀芯的尾部远离所述阀盖一侧，通过所述第一通道进入的气体或者液体介质一部分进入所述第一流道推动所述阀芯向所述阀盖侧运动，以打开所述介质入口，从而所述气体或者液体介质从所述第一通道流向所述第二通道，且通过所述第二通道的介质出口排出。

在同一个实施例中，所述阀芯的端部为锥形结构，所述阀芯的端部设有通孔，所述通孔用于将所述第二通道和所述阀芯内部连通，阀门关闭时，以便所述阀芯与所述第一通道和所述第二通道过渡的内壁配合以关闭所述介质入口。

在同一个实施例中，所述阀芯的尾部靠近所述第一流道一侧为向所述壳体的斜面结构，所述斜面结构远离所述第二通道轴线的一侧靠近所述壳体，所述斜面结构靠近所述壳体的表面与所述壳体形成环形施力空间，由所述第一流道进入的气体或者液体介质进入所述环形施力空间后作用到所述斜面结构的表面，以推动所述阀芯向靠近所述阀盖一侧移动。

在同一个实施例中，所述阀芯具有内部通道，所述内部通道包括向外侧形成的第一台阶，在压缩状态下，所述弹性件两端分别与所述第一台阶与所述阀盖彼此靠近端的端面抵接，以向所述阀芯施加朝向介质入口侧的弹性力。

在同一个实施例中，所述阀盖一端位于所述内部通道内，且所述阀盖包含导向柱、导向杆和底座，所述导向杆两端分别连接所述导向柱和所述底座，所述导向柱、所述导向杆用于在所述内部通道内对所述阀芯的运动进行导向。

在同一个实施例中，所述导向柱在靠近所述介质入口的上半部分的表面与所述阀芯的上侧内壁之间设有第二流道，所述第二流道用于气体或者液体介质快速进入所述阀芯内部使所述阀芯内部压强增加大以便关闭所述介质出口。

在同一个实施例中，所述底座还设有用于固定所述弹性件的环形凹槽，且所述环形凹槽向远离所述导向柱一侧下凹。

在同一个实施例中，所述密封件包含沿所述阀芯轴向方向间隔设置的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈在所述第二通道内分别与所述阀芯的外壁和所述壳体的内壁连接，以实现所述阀芯与所述壳体之间的密封。

在同一个实施例中，所述弹性件为弹簧结构。

本实用新型的另一个方面提供了一种火箭发动机，包括如上所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构。

本实用新型实施例提供的液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机，在壳体上设有与第一通道连通的第一流道，第一流道的另一端连通至阀芯的尾部远离阀盖一侧，通过第一通道进入的气体或者液体介质一部分进入第一流道推动阀芯向阀盖侧运动，以打开介质入口，从而气体或者液体介质从第一通道流向第二通道，且通过第二通道的介质出口排出。整个过程，由于气体或者液体介质通过第一通道的压力大于经过第二通道的压力，通过第一流道的设置，可以使一部分气体或者液体介质从第一通道经第一流道引入到阀芯，使得阀芯受到额外压力，可以方便阀芯移动，便于阀门的打开。整个结构可以适用于低温环境，工作过程中避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型实施例中单向阀关闭的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中单向阀打开的结构示意图。

附图标记说明：

1壳体 2阀芯

3阀盖 4密封件

5弹性件 6第一通道

7第二通道 8第一流道

9通孔 10斜面结构

11导向柱 12导向杆

13底座 14第二流道

具体实施方式

现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

经过本申请人的研究发现，颤振问题对单向阀的负面影响很大。单向阀的颤振过程通常为阀芯和弹簧的往复过程。一方面，弹簧的往复运动会加速弹簧的疲劳失效，同时也加速了单向阀内部导向结构的磨损，减少了单向阀有效的开启次数进而造成单向阀的使用寿命缩短；另一方面，阀芯的往复运动增加了阀座对密封材料的冲击次数，加速了阀座与密封材料的磨损，影响单向阀的漏率和密封。针对单向阀的颤振问题需要给予具体的解决方法，以提高单向阀的工作性能和可靠性。

本实用新型的一个方面提供了一种液体火箭发动机用增压单向阀结构。如图1和图2所示，包含壳体1、阀芯2、阀盖3、密封件4和弹性件5，壳体1内侧具有供气体或者液体介质流通的第一通道6和与第一通道6延伸方向不同的第二通道7。阀芯2位于第二通道7内且沿第二通道7的轴向方向运动，阀芯2的尾部通过弹性件5与位于壳体1一侧的阀盖3连接，阀芯2的端部用于与第一通道6和第二通道7过渡的内壁配合以关闭位于第一通道6上的介质入口，密封件4用以对阀芯2与壳体1内壁进行密封。壳体1上还设有与第一通道6连通的第一流道8，第一流道8的另一端连通至阀芯2的尾部远离阀盖3一侧，通过第一通道6进入的气体或者液体介质一部分进入第一流道8推动阀芯2向阀盖3侧运动，以打开介质入口，从而气体或者液体介质从第一通道6流向第二通道7，且通过第二通道7的介质出口排出。

具体的，本实用新型实施例提供的液体火箭发动机用增压单向阀结构及火箭发动机，在壳体1上还设有与第一通道6连通的第一流道8，第一流道8的另一端连通至阀芯2的尾部远离阀盖3一侧，通过第一通道6进入的气体或者液体介质一部分进入第一流道8推动阀芯2向阀盖3侧运动，以打开介质入口，从而气体或者液体介质从第一通道6流向第二通道7，且通过第二通道7的介质出口排出。本实施例的阀门，由于气体或者液体介质通过第一通道的压力大于经过第二通道的压力，通过第一流道8的设置，可以使一部分气体或者液体介质从第一通道6经第一流道8引入到阀芯2，使得阀芯2受到额外压力，以便推动阀芯2移动，打开阀门。本实施例的阀门可以适用于低温环境，工作过程中可以避免阀体出现颤振，提高阀门的工作性能和可靠性，从而提高液体火箭发动机工作可靠性及效率。

如图1和图2所示，为了方便阀芯2与第一通道6和第二通道7过渡的内壁配合，例如，阀芯2的端部为锥形结构。即通过锥形结构的外表面与第一通道6和第二通道7过渡部位(过渡的内壁)的表面配合，实现对介质入口和介质出口的开关。锥形面的设计，巧妙的增加了气体或者液体介质与阀芯2的接触面积(在压强相同的情况下，可以通过增加接触面积，而使得阀芯受力增加)，进而可以快速带动阀芯2向靠近阀盖3一侧运动。

另外，为了阀芯2与过渡部位连接紧密，方便阀芯2与过渡部位配合，例如，阀芯2的端部设有通孔9，通孔9用于将第二通道7和阀芯2内部连通。以便阀芯2与第一通道6和第二通道7过渡的内壁配合以关闭介质入口。在阀门关闭过程中，介质出口的压强大于介质入口的压强(即第二通道内的压强大于第一通道内的压强，而由于通孔9用于将第二通道7和阀芯2内部连通，造成阀芯2内部的压强增加，同时由于通孔的存在，增加了与阀芯的接触面积，进而增加了阀芯受到向远离弹簧件一侧的压力)，进一步使得阀芯2的端部与过渡部位紧贴，提高阀门的密封性能。

需要指出的是，为了方便阀芯2打开，例如，阀芯2的尾部靠近第一流道8一侧为向壳体1的斜面结构10，斜面结构10远离第二通道轴线的一侧靠近壳体1。斜面结构10用于增加气体或者液体介质的接触面积，以使得阀芯2相靠近阀盖3一侧移动，同时，第一流道远离第一通道的一端，由壳体1和阀芯2及斜面结构10共同构成环形施加力空间，从第一流道进入的介质可以进入环形施力空间，并对阀芯2施加朝向阀盖3方向的作用力，推动阀芯2打开阀门的介质入口和出口之间的通道。为了方便气体或液体介质对阀芯2施加压力(阀芯2沿第二通道7的轴向移动)，例如，第一流道8的开口方向与第二通道7的开口方向可以大致相同。

值得一提的是，为了减轻阀芯2的重量，同时与阀盖3的相关结构相配合，例如，阀芯2具有内部通道。为了方便固定弹性件4，便于对阀芯2施加压力，例如，内部通道包括向外侧形成的第一台阶(图中未标注)。在压缩状态下，弹性件4两端分别与第一台阶与阀盖3彼此靠近端的端面抵接，以向阀芯2施加朝向介质入口侧的弹性力。例如，在阀门关闭时，弹性件4处于被压缩状态，从而弹性件4的一端在固定状态的阀盖3的配合下，另一端对阀芯2施加朝向远离阀盖3方向的作用力，使阀芯能够通过与壳体内壁过渡部分配合，更好地抵抗震颤等外力导致的阀门不稳定的情况。

需要说明的是，阀盖3一端位于内部通道内，且阀盖3包含导向柱11、导向杆12和底座13。其中导向杆12两端分别连接导向柱11和底座13，导向柱11、导向杆12用于在内部通道内对阀芯2的运动进行导向。另外，为了减少弹性件4出现径向移动，保证弹性件4固定牢固，例如，底座13还设有用于固定弹性件4的环形凹槽(图中未标记)，且环形凹槽向远离导向柱11一侧下凹。在一个实施例中，例如，弹性件4为弹簧结构，弹簧结构可以为弹簧、压簧等。

特别需要注意的是，为了方便气体或者液体介质流入阀芯内部，例如，导向柱11在靠近介质入口的上半部分的表面与阀芯2的上侧内壁之间设有第二流道14，第二流道14用于气体或者液体介质快速进入阀芯2内部使阀芯2内部压强增大(在阀门处于关闭状态下，介质出口的压强大于介质入口的压强，即第二通道内的压强大于第一通道内的压强。由于通孔9用于将第二通道7和阀芯2内部连通，部分介质进入阀芯内部，造成阀芯2内部的压强增加；同时由于通孔的存在，增加了与阀芯的接触面积，进而增加了阀芯受到向壳体内壁过渡部分的压力)，并对阀芯2施加远离阀盖3侧的作用力，以便使阀芯2关闭介质出口。

在本实施方式中，为了减少壳体1与阀芯2之间的间隙，减少介质从间隙处流出，例如，密封件4包含沿阀芯轴向方向间隔设置的第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈在第二通道7内分别与阀芯2的外壁和壳体1的内壁连接。通过采用两道密封，保证阀芯与壳体之间的密封更加紧密，以对相应介质进行有效隔离，提高阀门的密封效果，避免由于泄露的介质导致的串腔现象，为了增加密封性能，避免气体或者液体介质泄漏，例如，第一密封圈和第二密封圈为泛塞圈结构。

例如，泛塞圈结构包括位于外侧的非金属夹套及位于内侧的蓄能弹簧。例如，非金属密封夹套可以由四氟乙烯、填充聚四氟乙烯或其它高性能聚合材料经精密车加工获得。例如，蓄能弹簧可以由耐腐蚀金属制备。非金属夹套和蓄能弹簧的材料选择，可确保泛塞圈在-268℃-427℃的温度范围内性能稳定，在用于液体火箭发动机低温密封阀时，不会与大多数液体介质发生反应。本实用新型的另一个方面提供了一种火箭发动机，包括如上的液体火箭发动机用增压单向阀结构。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,包含壳体、阀芯、阀盖、密封件和弹性件，所述壳体内侧具有供气体或者液体介质流通的第一通道和与所述第一通道延伸方向不同的第二通道，

所述阀芯位于所述第二通道内且沿所述第二通道的轴向方向运动，所述阀芯的尾部通过所述弹性件与位于所述壳体一侧的所述阀盖连接，所述阀芯的端部用于与所述第一通道和所述第二通道过渡的内壁配合以关闭位于所述第一通道上的介质入口，所述密封件用以对所述阀芯与所述壳体内壁进行密封；

所述壳体上还设有与所述第一通道连通的第一流道，所述第一流道的另一端连通至所述阀芯的尾部远离所述阀盖一侧，通过所述第一通道进入的气体或者液体介质一部分进入所述第一流道推动所述阀芯向所述阀盖侧运动，以打开所述介质入口，从而所述气体或者液体介质从所述第一通道流向所述第二通道，且通过所述第二通道的介质出口排出。

2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述阀芯的端部为锥形结构，所述阀芯的端部设有通孔，所述通孔用于将所述第二通道和所述阀芯内部连通，阀门关闭时，以便所述阀芯与所述第一通道和所述第二通道过渡的内壁配合以关闭所述介质入口。

3.根据权利要求1所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述阀芯的尾部靠近所述第一流道一侧为向所述壳体的斜面结构，所述斜面结构远离所述第二通道轴线的一侧靠近所述壳体，所述斜面结构靠近所述壳体的表面与所述壳体形成环形施力空间，由所述第一流道进入的气体或者液体介质进入所述环形施力空间后作用到所述斜面结构的表面，以推动所述阀芯向靠近所述阀盖一侧移动。

4.根据权利要求1所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述阀芯具有内部通道，所述内部通道包括向外侧形成的第一台阶，在压缩状态下，所述弹性件两端分别与所述第一台阶与所述阀盖彼此靠近端的端面抵接，以向所述阀芯施加朝向介质入口侧的弹性力。

5.根据权利要求4所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述阀盖一端位于所述内部通道内，且所述阀盖包含导向柱、导向杆和底座，所述导向杆两端分别连接所述导向柱和所述底座，所述导向柱、所述导向杆用于在所述内部通道内对所述阀芯的运动进行导向。

6.根据权利要求5所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述导向柱在靠近所述介质入口的上半部分的表面与所述阀芯的上侧内壁之间设有第二流道，所述第二流道用于气体或者液体介质快速进入所述阀芯内部使所述阀芯内部压强增加大以便关闭所述介质出口。

7.根据权利要求5所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述底座还设有用于固定所述弹性件的环形凹槽，且所述环形凹槽向远离所述导向柱一侧下凹。

8.根据权利要求1所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述密封件包含沿所述阀芯轴向方向间隔设置的第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈在所述第二通道内分别与所述阀芯的外壁和所述壳体的内壁连接，以实现所述阀芯与所述壳体之间的密封。

9.根据权利要求1所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构，其特征在于,所述弹性件为弹簧结构。

10.一种火箭发动机，其特征在于：包含权利要求1-9任意一项所述的液体火箭发动机用增压单向阀结构。

Images