CN217841851U - 一种定压开关阀及双组元姿轨控动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定压开关阀及双组元姿轨控动力系统，定压开关阀包括带阀座的进口接头、阀体、带活塞的阀芯、小O形圈、大O形圈、弹簧、弹簧座和通气孔道，带阀座的进口接头与带活塞的阀芯形成阀口的密封面封堵进气口和出气口，弹簧提供带活塞的阀芯封闭作用力，通气孔道设置在带活塞的阀芯中，此时进气口的气体经通气孔道进入驱动气腔，当压力升高大于定压使得带活塞的阀芯在阀体内向阀口打开滑动，并保持阀口常开。本实用新型的定压开关阀与贮箱配合使用时，可以有效解决单向阀阀芯颤振不稳定工作的问题。

Description

一种定压开关阀及双组元姿轨控动力系统

技术领域

本实用新型属于姿轨控动力系统阀门技术领域，具体涉及一种定压开关阀及其在姿轨控动力系统中的应用。

背景技术

姿轨控动力系统的推进剂贮存在隔膜贮箱的液腔内，尤其双组元动力系统的燃料和氧化剂贮箱膜片同时破裂出现泄漏时，会造成推进剂反向回流并混合燃烧的风险。为了避免推进剂反向回流，通常在推进剂贮箱进口安装单向阀，其作用是防止单向阀出口介质(反向回流的推进剂)反向回流混合。

随着航天技术的不断发展，某些姿轨控动力系统的最小流量很小，现有常规的单向阀用于微小流量时出现了阀芯工作不稳定——颤振现象，颤振过程中阀芯导向面会出现严重磨损情况，单向阀的流量和进出口压力振荡波动，还会引起姿轨控动力系统推进剂供给压力振荡，甚至导致系统贮箱下游的元器件结构破坏。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种定压开关阀及双组元姿轨控动力系统，解决目前姿轨控动力系统在微小流量使用时，采用单向阀阀芯产生颤振不稳定工作，继而引起姿轨控动力系统推进剂供给压力振荡，甚至导致系统贮箱下游的元器件结构破坏等问题。当定压开关阀应用于姿轨控动力系统时，能有效解决单向阀阀芯颤振不稳定工作问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种定压开关阀，包括，

阀体，所述阀体为空腔壳体，且阀体上设置有与空腔连通的第一接口、第二接口和第三接口；

带阀座的进口接头，所述带阀座的进口接头插接在阀体的第一接口中，且带阀座的进口接头位于阀体空腔内的一端设置有第一密封结构；

带活塞的阀芯，所述带活塞的阀芯整体滑动连接在阀体的空腔内部，带活塞的阀芯的第一端设置有第二密封结构，第二密封结构与第一密封结构接触时形成第一密封面，第一密封面位于第一接口和第三接口的连通路径上，带活塞的阀芯的周向表面开设有第一密封环槽和第二密封环槽；

通气孔道，所述通气孔道位于带活塞的阀芯中，且通气孔道的一端位于第二密封结构所在的带活塞的阀芯的端面，第二端位于第一密封环槽和第二密封环槽之间的带活塞的阀芯的表面；

小O形圈，所述小O形圈置于第一密封环槽中，且与阀体的空腔内壁紧贴形成第一环形密封面，第一环形密封面的外径与第一密封面的外径相等；

大O形圈，所述大O形圈置于第二密封环槽中，且与阀体的空腔内壁紧贴形成第二环形密封面，第二环形密封面的外径大于第一环形密封面的外径；

弹簧，所述弹簧的第一端连接在带活塞的阀芯的第二端上；

弹簧座，所述弹簧座连接在阀体的第二接口处，所述弹簧的第二端紧贴在弹簧座上，弹簧座上开有连通第二接口与外界环境的通孔；

所述带阀座的进口接头、带活塞的阀芯和弹簧同轴。

作为一种选择，所述阀体中的空腔呈T字形，第一接口、第二接口和第三接口分布在T字形的三个末端处。

作为一种选择，所述阀体的第一接口内壁设置有第一内螺纹；

所述带阀座的进口接头的外表面设置有第一外螺纹、定位凸起和环槽，且环槽位于第一外螺纹和定位凸起之间，环槽内安装有密封圈，带阀座的进口接头通过第一外螺纹与第一接口的第一内螺纹连接。

进一步，所述带阀座的进口接头的外表面还设置有第二外螺纹，且定位凸起和环槽位于第二外螺纹和第一外螺纹之间。

作为一种选择，所述带阀座的进口接头的第二端设置有带有锥度的接口。

作为一种选择，所述带阀座的进口接头上的第一密封结构为一圈与带阀座的进口接头同轴的环形凸起；

所述带活塞的阀芯第一端的第二密封结构为一圈与带活塞的阀芯同轴的密封垫。

作为一种选择，所述带活塞的阀芯为变截面结构，沿着带活塞的阀芯的轴线方向分为第一截面段、第二截面段和第三截面段，其中，第二截面段的截面面积小于第一截面段和第三截面段的截面面积并等于第一密封面的面积，且第二密封结构位于第一截面段，第一密封环槽位于第二截面段，第二密封环槽位于第三截面段。

作为一种选择，所述阀体的第二接口外表面设置有第三外螺纹；

所述弹簧座内壁上设置有第二内螺纹，弹簧座通过第二内螺纹套接在阀体第二接口外表面。

作为一种选择，所述第三接口为带有内锥面的接口。

一种双组元姿轨控动力系统，包括至少一个氧贮箱和至少一个燃贮箱，氧贮箱通过一条氧端气体管路和控制进气口连接，燃贮箱通过一条燃端气体管路与控制进气口连接，双组元姿轨控动力系统还包括前述的定压开关阀，并且满足：

一条所述氧端气体管路上设置一个前述的定压开关阀，定压开关阀中带活塞的阀芯所受的定压打开压力远小于挤压氧贮箱的控制气压力；

一条所述燃端气体管路上设置一个前述的定压开关阀，定压开关阀中带活塞的阀芯所受的定压打开压力远小于挤压燃贮箱的控制气压力。

上述定压即阀芯开启(打开)时的设定压力。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型的定压开关阀能够替代传统的单向阀，避免双组元姿轨控动力系统中因小流量造成的颤振现象，避免出现系统供给压力振荡；

(2)本实用新型的定压开关阀中可通过改变活塞面积、更换不同载荷的弹簧从而适配不同的定压打开压力；

(3)本实用新型的定压开关阀中带活塞的阀芯的第二截面段与第一密封面的面积相等，通过通气孔道推动，可保证第一密封面在打开或关闭状态时阀芯活塞的受力面积相等，从而保证了定压打开。通气孔道的设计保证了在气体压力较低时阀口仍能可靠地打开，通气孔道与活塞结构的配合使得阀口能够一次性稳定开启。

附图说明

图1为本实用新型中定压开关阀应用在姿轨控动力系统时的工作原理图；

图2为本实用新型中定压开关阀结构图；

图中，1-带阀座的进口接头；2-阀体；3-带活塞的阀芯；4-小O形圈；5-大O 形圈；6-弹簧；7-弹簧座；8-控制进气口；9-定压开关阀；10-氧贮箱；11-燃贮箱；12-进气口；13-出气口；14-驱动气腔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但不应就此理解为本实用新型所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本实用新型的范围内。

如图1和图2所示，定压开关阀9由带阀座的进口接头1、阀体2、带活塞的阀芯3、小O形圈4、大O形圈5、弹簧6、弹簧座7组成。该定压开关阀9 的特别之处在于预压弹簧力的设计，使进入驱动气腔14的定压力(安全压力) 作用在活塞面上，而活塞面的力与弹簧力相匹配，当进气口12压力大于安全压力时，定压开关阀9常开。初始状态(姿轨控系统贮存及发射准备阶段)，带活塞的阀芯3在弹簧力的作用下使阀口(即第一密封面)处于关闭状态，该状态可有效阻断定压开关阀9的出气口13的介质回流入进气口12；当姿轨控系统开始工作且定压开关阀9的进气口12有气体进入时，进气口12压力上升并大于安全压力，带活塞的阀芯3克服弹簧力使阀口常开，从而避免阀芯出现颤振现象。

如图1所示，本实施例提供了一种两贮箱的双组元姿轨控动力系统，包括1 个氧贮箱10和1个燃贮箱11，氧贮箱10和燃贮箱11中的推进剂介质受到贮箱中膜片的挤压进入下游，而隔膜则由控制进气口8流入的气体挤压变形(图1 中箭头表示气体流向)。图1氧贮箱10和燃贮箱11下部体积较大的容腔里存放推进剂介质(氧化剂和燃料)，上部体积较小的容腔里为来自控制进气口8的气体，二者之间由膜片隔开。图1中的双组元姿轨控动力系统中配备了定压开关阀 9，替代了传统的单向阀；当贮箱的数量增加时，可在贮箱进口处增设定压开关阀9，即一个贮箱对应一个定压开关阀9。

如图2所示，定压开关阀9包括带阀座的进口接头1、阀体2、带活塞的阀芯3、小O形圈4、大O形圈5、弹簧6、弹簧座7，各零组件均同轴安装在阀体 2内或阀体2上。

带阀座的进口接头1的一端设有60°内锥面接管嘴，方便与系统进气管路连接；另一端的端面上设有一圈环形凸起作为封堵阀口的密封结构之一，与带活塞的阀芯3端面的密封垫构成菌阀(菌型阀)密封副，在关闭状态起到可靠密封作用；其中带阀座的进口接头1靠近阀口的一端通过螺纹连接方式与阀体2进行连接，并通过一个O形圈形成密封(对应环槽和密封圈，亦可通过焊接结构密封)。

阀体2为带阀座的进口接头1提供了安装接口(第一接口，即进气口12)，为带活塞的阀芯3提供运动副和密封副(空腔内壁)，并为弹簧座7提供安装接口(第二接口)；另外，阀体2上设有60°内锥面接管嘴(第三接口，即出气口 13)，方便与系统出气管路连接。进气口12、出气口13和第二接口在阀体2中呈T字形布置。

带活塞的阀芯3为两端截面大，中间截面小的活塞结构，如图2所示，从左到右，带活塞的阀芯3分为最左端的菌阀结构、中间段和最右端的活塞结构。带活塞的阀芯3的最左端为非金属密封阀芯，构成菌阀(菌型阀)密封副，中间段的截面面积等于菌阀密封的阀口截面面积(即对应第一密封面)，这样的话，阀芯在关闭和打开的时候气体作用面积均为活塞的大面积，可保证受力一致，最右端与阀体2内壁之间通过大O形圈5构成活塞密封副，进气口12的气体通过带活塞的阀芯3中的通气孔道(图2中通气孔道与带活塞的阀芯3同轴，且从密封垫所在端面延伸至大O形圈5所在的截面左侧)进入驱动气腔14并作用在活塞面上(大O形圈5所在的截面的左侧表面)，当进气口12的压力大于安全压力后，作用在活塞面的力克服弹簧6的弹力打开阀口(环形凸起与密封垫形成的密封面)；当进气口12的压力小于安全压力后，弹簧6的弹力推动带活塞的阀芯3 使阀口关闭。

图2中，小O形圈4安装于带活塞的阀芯3的中间截面与菌阀密封面的面积相等，起到隔断驱动气腔14与出气口13气体的作用；同时保证阀口开启与关闭状态气体作用在活塞面上的面积不变，从而实现定压打开。

图2中，大O形圈5安装于带活塞的阀芯3的活塞端(大O形圈5所在位置)，起到隔断驱动气腔14的气体向外界(弹簧座7外部的环境)排放的作用。

图2中，弹簧6作用于带活塞的阀芯3的活塞端，促进带活塞的阀芯3的阀口密封副关闭，弹簧7对弹簧6起到支撑和限制作用。

图2中，阀芯(第一密封面)关闭时，进气口12的气体作用于阀口(第一密封面截面内区域)，同时气体通过通气孔道进入驱动气腔14作用在活塞结构的圆环面上，两个截面相加起来等于约整个活塞面的截面面积；阀芯(第一密封面)打开时，气体作用在第一密封环槽截面段上(此时中间段的截面面积有效气体作用截面面积)，然后通过通气孔道进入驱动气腔14作用在活塞结构的圆环面上，相加在一起等于整个活塞面的截面面积，保证阀口打开和关闭时受力基本一致。

Claims (10)

1.一种定压开关阀，其特征在于：包括，

阀体(2)，所述阀体(2)为空腔壳体，且阀体(2)上设置有与空腔连通的第一接口、第二接口和第三接口；

带阀座的进口接头(1)，所述带阀座的进口接头(1)插接在阀体(2)的第一接口中，且带阀座的进口接头(1)位于阀体(2)空腔内的一端设置有第一密封结构；

带活塞的阀芯(3)，所述带活塞的阀芯(3)整体滑动连接在阀体(2)的空腔内部，带活塞的阀芯(3)的第一端设置有第二密封结构，第二密封结构与第一密封结构接触时形成第一密封面，第一密封面位于第一接口和第三接口的连通路径上，带活塞的阀芯(3)的周向表面开设有第一密封环槽和第二密封环槽；

通气孔道，所述通气孔道位于带活塞的阀芯(3)中，且通气孔道的一端位于第二密封结构所在的带活塞的阀芯(3)的端面，第二端位于第一密封环槽和第二密封环槽之间的带活塞的阀芯(3)的表面；

小O形圈(4)，所述小O形圈(4)置于第一密封环槽中，且与阀体(2)的空腔内壁紧贴形成第一环形密封面，第一环形密封面的外径与第一密封面的外径相等；

大O形圈(5)，所述大O形圈(5)置于第二密封环槽中，且与阀体(2)的空腔内壁紧贴形成第二环形密封面，第二环形密封面的外径大于第一环形密封面的外径；

弹簧(6)，所述弹簧(6)的第一端连接在带活塞的阀芯(3)的第二端上；

弹簧座(7)，所述弹簧座(7)连接在阀体(2)的第二接口处，所述弹簧(6)的第二端紧贴在弹簧座(7)上，弹簧座(7)上开有连通第二接口与外界环境的通孔；

所述带阀座的进口接头(1)、带活塞的阀芯(3)和弹簧(6)同轴。

2.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：所述阀体(2)中的空腔呈T字形，第一接口、第二接口和第三接口分布在T字形的三个末端处。

3.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：

所述阀体(2)的第一接口内壁设置有第一内螺纹；

所述带阀座的进口接头(1)的外表面设置有第一外螺纹、定位凸起和环槽，且环槽位于第一外螺纹和定位凸起之间，环槽内安装有密封圈，带阀座的进口接头(1)通过第一外螺纹与阀体(2)的第一接口的第一内螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种定压开关阀，其特征在于：所述带阀座的进口接头(1)的外表面还设置有第二外螺纹，且定位凸起和环槽位于第二外螺纹和第一外螺纹之间。

5.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：所述带阀座的进口接头(1)的第二端设置有带有锥度的接口。

6.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：

所述带阀座的进口接头(1)上的第一密封结构为一圈与带阀座的进口接头(1)同轴的环形凸起；

所述带活塞的阀芯(3)第一端的第二密封结构为一圈与带活塞的阀芯(3)同轴的密封垫。

7.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：所述带活塞的阀芯(3)为变截面结构，沿着带活塞的阀芯(3)的轴线方向分为第一截面段、第二截面段和第三截面段，其中，第二截面段的截面面积小于第一截面段和第三截面段的截面面积并等于第一密封面的面积，且第二密封结构位于第一截面段，第一密封环槽位于第二截面段，第二密封环槽位于第三截面段。

8.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：

所述阀体(2)的第二接口外表面设置有第三外螺纹；

所述弹簧座(7)内壁上设置有第二内螺纹，弹簧座(7)通过第二内螺纹套接在阀体(2)第二接口外表面。

9.根据权利要求1所述的一种定压开关阀，其特征在于：所述第三接口为带有内锥面的接口。

10.一种双组元姿轨控动力系统，包括至少一个氧贮箱(10)和至少一个燃贮箱(11)，氧贮箱(10)通过一条氧端气体管路和控制进气口(8)连接，燃贮箱(11)通过一条燃端气体管路与控制进气口(8)连接，其特征在于：

一条所述氧端气体管路上设置一个权利要求1所述的定压开关阀，定压开关阀中带活塞的阀芯(3)所受的定压打开压力远小于挤压氧贮箱(10)的控制气压力；

一条所述燃端气体管路上设置一个权利要求1所述的定压开关阀，定压开关阀中带活塞的阀芯(3)所受的定压打开压力远小于挤压燃贮箱(11)的控制气压力。

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