KR101829321B1 - Two-step open type poppet valve and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 예컨대, 액체로켓에 적용되는 2단 개방형 포핏밸브 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to, for example, a two-stage open-type poppet valve applied to a liquid rocket and a control method thereof.
특히, 포핏밸브의 배출구를 개도(開道)할 때, 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에는 개도 정도를 작게 하고, 액체로켓엔진의 시동이 완료된 이후에는 개도정도를 정상적으로 확대하는 2단 개도방식으로 개선함으로써, 점화 및 시동초기에 불필요하게 많은 양의 산화제가 투입됨에 따른 엔진 시동 특성의 악영향을 해소할 수 있도록 한, 2단 개방형 포핏밸브 및 그 제어방법에 관한 것이다.Particularly, when the outlet of the poppet valve is opened, the opening degree of the liquid rocket engine is reduced in the initial stage of ignition and startup, and the opening degree of the liquid rocket engine is normally expanded after the startup of the liquid rocket engine. Stage open-type poppet valve and a control method thereof, which are capable of eliminating adverse effects of engine starting characteristics due to an unnecessarily large amount of oxidant being injected at the initial stage of ignition and start-up.
일반적으로 액체로켓은, 액체 상태의 연료와 산화제를 혼합하여 연소실에서 태우고, 그 배기가스를 노즐을 통해 분출함으로써 작용-반작용 원리에 따른 추진력을 얻어내는 비행장치이다. 이와 같은 액체로켓은 밸브와 펌프를 통해 연소량을 쉽게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있어서 고체형 로켓에 비해 선호되고 있다.Generally, a liquid rocket is a flight device that mixes a liquid fuel and an oxidizer in a combustion chamber, and ejects the exhaust gas through a nozzle to obtain propulsive force based on the action-reaction principle. Such liquid rockets are preferred over solid rockets because they have the advantage of easily controlling the amount of combustion through valves and pumps.
액체로켓의 연소량을 조절하기 위해서는 연소실에서 공급되는 연료 및 산화제의 유량을 조절하기 위한 유량제어밸브가 필요한데, 이 유량제어밸브로는 통상의 포핏밸브(poppet valve)가 주로 사용되었다. 포핏밸브는 밸브의 유로 중에 포핏이라는 개폐용 부재를 왕복 이동가능하게 설치하여, 그 포핏의 움직임으로 유로를 선택적으로 개폐하면서 개도를 조절하는 구조로 되어 있다.In order to regulate the amount of combustion of the liquid rocket, a flow control valve is required to regulate the flow rate of the fuel and the oxidant supplied from the combustion chamber. A typical poppet valve is mainly used as the flow control valve. The poppet valve has a structure in which an opening / closing member, such as a poppet, is reciprocably disposed in a flow path of a valve, and the opening degree is adjusted while selectively opening and closing the flow channel by the movement of the poppet.
도 1은 종래 포핏밸브의 개도 전 단면도이고, 도 2는 종래 포핏밸브의 개도 후 단면도로서, 이들 도면에 따르면, 종래 포핏밸브(10)는 밸브하우징(20) 및 그 내부에 승강 가능하게 설치되는 밸브스템(30)으로 구성되어 있다.FIG. 1 is a front sectional view of a conventional poppet valve, and FIG. 2 is a sectional view of a conventional poppet valve after opening. According to these figures, a
밸브하우징(20)은 그 내부에 상기 밸브스템(30)이 승강 작동될 수 있도록 챔버(21)를 가지며, 챔버(21)의 상부 일측에는 파일럿 가스가 주입되는 파일럿 가스 주입포트(22)가 마련되어 있다. 그리고, 챔버(21)의 하부 일측에는 산화제가 유입되는 산화제 유입구(23)가 마련되어 있고, 다른 일측에는 유입된 산화제가 배출되는 산화제 배출구(24)가 마련되어 있다. 아울러, 상기 챔버(21)의 내부에는 스프링 설치부(25)가 수직상으로 마련되어 있다.The
밸브스템(30)은 도면상 상단에 피스톤부(31)가 마련되고, 도면상 하단에는 상기 산화제 배출구(24)를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브부(32)가 마련되어 있다. The
그리고, 상기 스프링 설치부(25)의 내부에는 상기 밸브스템(30)의 밸브부(32)를 산화제 배출구(24) 쪽으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 리턴스프링(40)이 설치되어 있다.A
이러한 구성의 종래 포핏밸브(10)는 도 1에서와 같이, 리턴스프링(40)의 탄성력에 의해 밸브스템(30)의 밸브부(32)가 산화제 배출구(24)에 밀착됨으로써 산화제 배출구(24)가 차단된 상태에서, 상기 파일럿 가스 주입포트(22)로 파일럿 가스를 주입하면, 그 주입압력이 상기 피스톤부(31)의 저면에 작용하게 되면서 밸브스템(30)이 상향으로 이동된다.1, the
이로써, 밸브부(32)가 산화제 배출구(24)로부터 이격됨에 따라 산화제 배출구(24)가 완전 개방되므로 이를 통해 산화제가 배출되어 액체로켓엔진으로 공급된다.Thus, as the
그러나, 상기한 종래의 포핏밸브(10)는 밸브스템(30)이 원스텝으로 단번에 상사점까지 상승하여 산화제 배출구(24)가 완전 개방됨으로써 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기임에도 불구하고 과량의 산화제가 액체로켓엔진으로 공급된다. However, in the
부연하면, 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에는 엔진기동시와는 달리 상대적으로 소량의 산화제가 공급되어도 무방하나, 불필요하게 산화제가 과잉 공급됨에 따라 엔진 시동 특성에 악양향을 미치는 문제점이 있었다.In addition, a relatively small amount of oxidizing agent may be supplied at the initial stage of ignition and startup of the liquid rocket engine, unlike at the time of starting the engine, but the oxidizing agent is excessively supplied unnecessarily.
본 발명의 목적은 포핏밸브를 산화제 출구의 개도시, 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에는 개도(開道) 정도를 작게 하고, 액체로켓엔진의 시동이 완료된 이후에는 개도(開道) 정도를 정상적으로 확대하는 2단 개도방식으로 개선함으로써, 점화 및 시동초기에 불필요하게 많은 양의 산화제가 투입됨에 따른 엔진 시동 특성의 악영향을 해소할 수 있도록 한 2단 개방형 포핏밸브를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce the opening degree of the poppet valve at the opening of the oxidant outlet and at the initial stage of ignition and starting of the liquid rocket engine and to normally expand the opening degree after the starting of the liquid rocket engine is completed Stage open type poppet valve in which an adverse influence of an engine starting characteristic due to an unnecessarily large amount of an oxidant injected at the initial stage of ignition and start-up can be solved.
본 발명의 다른 목적은, 상기한 2단 개방형 포핏밸브의 제어방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a control method of the two-stage open type poppet valve.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 목적은, 유체가 유입되는 유입구와, 유체가 배출되는 배출구를 갖는 밸브하우징과; 상기 밸브하우징의 내부에 파일럿 가스의 압력에 의해 상승하고, 리턴스프링에 의해 하강하면서 상기 배출구를 개폐하는 밸브스템으로 이루어진 포핏밸브로서, 상기 밸브하우징에 마련되어 밸브스템의 상승시 소정위치에서 소정시간동안 정지되도록 한 뒤, 이후 밸브스템의 상승제한을 해제하여 완전 상승되도록 하는 밸브제어수단을 더 포함하는 2단 개방형 포핏밸브에 의해 달성될 수 있다.The above object is achieved by a valve device comprising: a valve housing having an inlet through which a fluid flows and an outlet through which fluid is discharged; And a valve stem which is moved upward by the pressure of the pilot gas in the valve housing and descends by the return spring and opens and closes the discharge port. The valve stem is provided in the valve housing, And then valve control means for releasing the upward restriction of the valve stem to be fully lifted, can be achieved by the two-stage open poppet valve.
또한, 상기한 목적은 액체로켓의 산화제 투입량을 제어하기 위한 2단 개방형 포핏밸브로서, 상기 산화제가 유입되는 유입구, 산화제가 배출되는 배출구 및 스프링 설치부가 마련된 밸브하우징; 상기 밸브하우징의 내부에 승강 가능하게 설치되며, 상단에는 피스톤부가 마련되고, 하단에는 상기 배출구를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브부가 마련된 밸브스템; 상기 스프링 설치부 내에 설치된 채 상기 밸브스템을 상기 배출구쪽으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 리턴스프링; 및 상기 밸브하우징에 마련되어 밸브스템의 상승시 소정위치에서 소정시간동안 정지되도록 한 뒤, 이후 밸브스템의 상승제한을 해제하여 완전 상승되도록 하는 밸브제어수단;을 포함하는 2단 개방형 포핏밸브에 의해서도 달성될 수 있다.Also, the above-mentioned object is achieved by a two-stage open type poppet valve for controlling an amount of an oxidant input to a liquid rocket, comprising: a valve housing provided with an inlet through which the oxidant flows, an outlet through which the oxidant is discharged, A valve stem provided in the valve housing so as to be able to move up and down, a piston at an upper end thereof, and a valve stem at a lower end thereof for selectively opening and closing the outlet; A return spring exerting an elastic force to push the valve stem toward the discharge port while being installed in the spring mounting portion; And a valve control means provided in the valve housing for stopping the valve stem at a predetermined position for a predetermined time when the valve stem rises, and then releasing the upward restriction of the valve stem so that the valve stem is fully lifted. .
상기 밸브제어수단은, 상기 밸브하우징과 연통되는 하부 케이스, 상기 하부 케이스와 중공의 연결부에 의해 일체로 연결되는 상부 케이스로 이루어진 케이스;상기 상부케이스의 개방된 상부를 밀봉하며, 파일롯가스 주입포트 및 파일롯가스 배출포트가 각각 마련된 커버; 상기 연결부의 내부에 상하 슬라이딩 가능하게 설치된 채, 상기 밸브스템의 상승을 제한하는 밸브 스토퍼; 상기 커버에 지지된 채, 상기 밸브 스토퍼를 하향으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 스토퍼 스프링; 및 상기 파일롯가스 배출포트와 상기 밸브하우징의 밸브스템 피스톤부 하측의 공간을 상호 연결하는 연결파이프;를 포함할 수 있다.The valve control means includes a lower case communicating with the valve housing, a case consisting of an upper case integrally connected by the lower case and a hollow connection portion, a piston sealing the upper portion of the upper case, A cover provided with a pilot gas exhaust port; A valve stopper installed inside the connection portion so as to be slidable upward and downward to limit the upward movement of the valve stem; A stopper spring supported by the cover and exerting an elastic force to push the valve stopper downward; And a connection pipe for interconnecting the pilot gas discharge port and the space below the valve stem piston portion of the valve housing.
상기 밸브 스토퍼의 하부에 착탈 가능하게 결합되어, 상기 밸브 스토퍼의 길이를 길게 혹은 짧게 하기 위한 길이가변 어댑터를 더 포함할 수 있다.And a length variable adapter detachably coupled to a lower portion of the valve stopper to make the length of the valve stopper longer or shorter.
상기 밸브 스토퍼에 결속되며, 외주면은 상기 상부 케이스의 내주면에 밀접하는 기밀피스톤을 더 포함할 수 있다.And an airtight piston tightly coupled to the valve stopper and having an outer circumferential surface closely contacting the inner circumferential surface of the upper case.
상기 연결파이프의 밸브하우징측 내부에 마련된 채, 상기 연결파이프의 내경 일부분을 축경하기 위한 오리피스를 더 포함할 수 있다.And an orifice provided inside the valve housing side of the connecting pipe for reducing a diameter of a part of the inner diameter of the connecting pipe.
또한, 상기한 목적은, 상기 기재된 2단 개방형 포핏밸브의 개도 제어방법으로, 상기 밸브제어수단을 통해 파일롯 가스가 유입되도록 하는 파일롯 가스 공급단계; 상기 공급되는 파일롯 가스의 압력에 의해 상기 밸브스템이 상승되도록 하는 밸브스템 상승단계; 상기 밸브스템이 상승하는 도중, 상승로 상에 위치하는 밸브 스토퍼에 의해 밸브스템의 상승이 제한되어 상기 배출구가 일부 개방되게 하는 밸브 상승 제한단계; 상기 파일롯 가스의 주입을 중단하는 파일롯 가스 중단 단계; 및 상기 배출구를 통해 배출되는 산화제의 배출력에 의해 상기 밸브스템이 상기 밸브 스토퍼를 밀어 올리면서 상사점까지 상승하여, 상기 배출구가 완전 개방되게 하는 밸브 완전 상승단계;를 포함하는 2단 개방형 포핏밸브의 개도 제어방법에 의해서도 달성될 수 있다.The above object is also achieved by a pilot gas control method for controlling opening of a two-stage open-type poppet valve as described above, comprising: a pilot gas supplying step for causing a pilot gas to flow through the valve control means; A valve stem lifting step for lifting the valve stem by the pressure of the supplied pilot gas; A valve lift-restricting step of restricting an upward movement of the valve stem by a valve stopper positioned on the ascending path during the lifting of the valve stem, thereby partially opening the outlet; A pilot gas interruption step of stopping the injection of the pilot gas; And a valve fully lifting step for lifting the valve stem up to the top dead center by pushing up the valve stopper by a discharge output of the oxidant discharged through the outlet port, Can be achieved by the opening control method of Fig.
이상의 본 발명은 개선된 포핏밸브에 의해 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에는 산화제 배출구의 개도 정도를 작게 하고, 액체로켓엔진의 시동이 완료된 이후에는 개도정도를 정상적으로 확대하는 2단 개도방식을 채택함으로써, 점화 및 시동초기에 불필요하게 많은 양의 산화제가 투입됨에 따른 엔진 시동 특성의 악영향을 해소할 수 있는 장점을 갖는다.The present invention adopts a two-stage opening system in which the degree of opening of the oxidant outlet is reduced at the initial stage of ignition and startup of the liquid rocket engine by the improved poppet valve, and the opening degree is normally expanded after the start of the liquid rocket engine is completed And it has an advantage that an adverse influence of an engine starting characteristic due to an unnecessarily large amount of oxidant being injected at the initial stage of ignition and startup can be solved.
도 1은 종래 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 닫힌 상태도
도 2는 종래 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 열린 상태도
도 3은 본 발명에 따른 포핏밸브의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 닫힌 상태도
도 5는 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 일부 개도된 상태도
도 6은 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 완전 개도된 상태도1 is a cross-sectional view of a conventional poppet valve, in which the oxidant outlet is closed
2 is a cross-sectional view of a conventional poppet valve, in which the oxidant outlet is open
3 is a perspective view of a poppet valve according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a poppet valve according to the present invention, in which the oxidant outlet is closed
FIG. 5 is a sectional view of a poppet valve according to the present invention, in which the oxidant outlet is partially opened
6 is a cross-sectional view of a poppet valve according to the present invention, in which the oxidant outlet is fully opened
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.In order to fully understand the structure and effects of the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in various forms and various modifications may be made. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thickness of the components is exaggerated for an effective description of the technical content. The same reference numerals denote the same elements throughout the specification.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be described with reference to cross-sectional views and / or plan views that are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective description of the technical content. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shapes of the regions illustrated in the figures are intended to illustrate specific types of regions of the elements and are not intended to limit the scope of the invention. Although the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. The embodiments described and exemplified herein also include their complementary embodiments.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.
첨부된 도 3은 본 발명에 따른 포핏밸브의 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 닫힌 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 일부 개도된 상태도, 도 6은 본 발명에 따른 포핏밸브의 단면도로서, 산화제 배출구가 완전 개도된 상태도이다.FIG. 3 is a perspective view of the poppet valve according to the present invention, FIG. 4 is a sectional view of the poppet valve according to the present invention, and FIG. 5 is a sectional view of the poppet valve according to the present invention, FIG. 6 is a sectional view of a poppet valve according to the present invention, in which the oxidant outlet is fully opened. FIG.
이들 도면에 따르면, 본 발명에 따른 포핏밸브(100)는 예컨대, 액체로켓의 엔진으로 산화제를 공급하거나 차단하기 위한 용도로 사용되는 것으로, 밸브하우징(110), 밸브스템(120) 및 밸브제어수단(130)을 포함한다.According to these drawings, the
밸브하우징(110)은 상기 벨브스템(120)의 하우징 역할을 하는 것으로, 그 내부에는 상기 밸브스템(120)을 설치하기 위한 챔버(111)가 마련될 수 있으며, 또한, 상기 챔버(111)의 하부에는 산화제가 유입되는 유입구(112), 산화제가 배출되는 배출구(113)가 마련될 수 있고, 중앙부에는 상기 밸브스템(120)을 탄력지지하기 위한 리턴스프링(115)이 설치되는 스프링 설치부(114)가 마련될 수 있다.The
밸브스템(120)은 상기 배출구(113)를 개폐하는 역할을 하는 것으로, 상기 밸브하우징(110)의 내부에 승강 가능하게 설치되며, 상단에는 피스톤부(121)가 마련될 수 있고, 하단에는 상기 배출구(113)를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브부(122)가 마련될 수 있다.The
밸브제어수단(130)은 상기 밸브하우징(110)에 마련되어 밸브스템(120)의 상승시 소정위치에서 소정시간동안 정지되도록 한 뒤, 이후 밸브스템(120)의 상승제한을 해제하여 완전 상승되도록 하는 역할을 하는 것으로, 기구적 구성과 유체압력 체계를 혼합하여 구성될 수 있다.The valve control means 130 is provided in the
구체적으로 보면, 상기 밸브제어수단(130)은 케이스(131), 커버(132), 밸브 스토퍼(133), 스토퍼 스프링(134) 및 연결파이프(135)를 포함할 수 있다.Specifically, the valve control means 130 may include a
상기 케이스(131)는 상기 밸브하우징(110)과 연통되는 하부 케이스(131a)와, 상기 하부 케이스(131a)와 중공의 연결부(131c)에 의해 연결되는 상부 케이스(131b)로 구성될 수 있다.The
여기서, 상기 하부케이스(131a)는 상기 밸브하우징(110)에 나사 조립될 수 있다. 예컨대, 상기 하부케이스(131a)의 내주면에 암나사를 형성하고, 밸브하우징(110)의 상단 외주면에는 숫나사를 형성하여 이 암나사와 숫나사를 치합하여 결합할 수 있다. 이 결합부위는 기밀도가 유지되어야 하므로 이를 감안한 설계가 이루어져야 한다.Here, the
또한, 상기 하부케이스(131a)의 일측에는 상기 밸브스템(120)의 원활한 승강작용을 위해 외부(대기압)와 연통되는 연통포트(131d)가 형성될 수 있다.In addition, a
상기 커버(132)는 상기 상부케이스(131b)의 개방된 상부를 밀봉하는 역할을 하며, 파일롯 가스를 상기 상부케이스(131b)의 내부로 주입하기 위한 파일롯 가스 주입포트(132a)와, 상기 상부케이스(131b) 내의 파일롯 가스를 상기 연결파이프(135)로 배출하기 위한 파일롯 가스 배출포트(132b)가 마련될 수 있다.The
상기 밸브 스토퍼(133)는 상기 밸브스템(120)의 상승위치를 제한하기 위한 것으로, 상기 연결부(131c)의 내부에 상하 슬라이딩 가능하게 설치될 수 있다. The
여기서, 상기 밸브 스토퍼(133)는 그 길이를 가변시키기 위해, 길이가변 어댑터(133a)가 부설될 수 있다. 밸브 스토퍼(133)는 그 길이에 따라 상기 밸브스템(120)의 정지위치를 제어할 수 있는데, 이를 위해 밸브 스토퍼(133) 자체를 교체하는 것은 번거로운 일이기 때문에 상기 밸브 스토퍼(133)의 하부에 착탈 가능한 길이가변 어댑터(133a)에 의해 이를 구현할 수 있도록 하였다. Here, the
즉, 길이가 다른 여러 길이가변 어댑터(133a)를 마련한 뒤, 필요에 따라 특정 길이가변 어댑터(133a)를 밸브 스토퍼(133)에 결속함으로써 밸브 스토퍼(133)의 해체 없이도 손쉽게 밸브 스토퍼(133)의 길이를 가변시킬 수 있게 된다. 결합방법은 나사방식 또는 강제 끼움방식 등 다양한 방식이 적용될 수 있다.That is, after the
또한, 상기 밸브 스토퍼(133)에는 파일롯 가스가 상기 밸브하우징(110)으로 유입되는 것을 차단하기 위한 기밀피스톤(133b)이 결합될 수 있다. 상기 기밀피스톤(133b)은 그 외주면이 상기 상부케이스(131b)의 내주면에 밀접하게 설치됨으로써 상부케이스(131b)와 상기 밸브하우징(110) 간을 차단할 수 있게 된다.Also, a
상기 스토퍼 스프링(134)은 상기 커버(132)에 지지된 채 상기 밸브 스토퍼(133)를 하향으로 밀어주는 탄성력을 발휘함으로써, 상기 밸브 스토퍼(133)가 항시 하향으로 밀리는 힘을 받도록 하는 역할을 한다.The
상기 연결파이프(135)는 상기 상부케이스(131b) 내부의 파일롯 가스를 밸브하우징(110)으로 공급하는 역할을 하는 것으로, 상기 파일롯 가스 배출포트(132b)와 상기 밸브하우징(110)의 밸브스템(120) 피스톤부(121) 하측의 공간을 상호 연결하고 있다. 따라서, 상부케이스(131b) 내의 상기 파일롯 가스는 연결파이프(135)를 통해 밸브스템(120) 피스톤부(121)의 하측으로 압송됨에 따라 이 압송력에 의해 밸브스템(120)이 들어 올려지게 된다.The
여기서, 상기 연결파이프(135)의 밸브하우징(110)의 내부, 즉 파일롯 가스가 배출되는 출구 측 내부에 연결파이프의 내경이 축경되는 오리피스(135a)가 마련될 수 있다. 이 오리피스(135a)는 밸브스템(120)의 피스톤부(121) 하측공간과 상부케이스(131b) 상측공간과의 압력차를 유발하게 되어 파일롯 가스의 해압 과정에서 상대적으로 고압상태인 피스톤부(121)의 하측공간 내의 파일롯 가스가 상대적으로 저압상태인 상부케이스(131b) 상측공간으로 신속하게 배출됨으로써 밸브스템(120)의 상승을 보다 원활하게 해 주는 역할을 하게 된다.Here, an
이하, 본 발명의 작용을 설명한다(도 4 내지 도 6 참조). 본 청구항에 기재된 포핏밸브의 제어방법은 작용설명으로 갈음하기로 한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described (see Figs. 4 to 6). The control method of the poppet valve according to the present invention will be described with reference to an operation explanation.
도 4에서와 같이, 배출구(113)가 닫힌 상태의 경우는, 파일럿 가스가 공급되지 않는 상태이므로 상기 밸브스템(120)은 리턴스프링(115)의 탄성력에 의해 지배되어 하향으로 밀리는 힘을 받게 된다. 따라서, 밸브스템(120)의 밸브부(122)가 배출구(113)에 밀착되어 배출구(113)를 차단하게 되므로 액체로켓엔진으로 산화제가 공급되지 않는 상태가 된다.4, when the
이 상태에서, 도 5에서와 같이, 파일롯 가스 주입포트(132a)로 파일롯 가스가 주입되면, 주입되는 파일롯 가스는 상부케이스(131b), 파일롯 가스 배출포트(132b) 및 연결파이프(135)를 경유하여 밸브스템(120)의 피스톤부(121) 하측 공간으로 압송된다. 따라서, 파일럿 가스의 압송력에 의해 상기 피스톤부(121)가 들려 올라가므로 결국 밸브스템(120) 전체가 상승하게 된다.5, when the pilot gas is injected into the pilot
이 과정에서, 즉, 밸브스템(120)이 상승하는 과정에서, 그 상승로 상에 구비되어 있는 밸브 스토퍼(133)에 부딪침에 따라 소정위치에서 정지된다. 따라서, 배출구(113)는 작게 개방될 것이므로 이를 통해 배출되는 산화제의 양도 작게 된다. 이는 산화제가 많이 공급될 필요가 없는 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에 적용될 경우, 엔진 시동 특성에 악영향을 미쳤던 기존의 문제점을 해소할 수 있게 된다.In this process, that is, in the course of the
한편, 액체로켓엔진의 시동이 완료된 이후에는, 도 6에서와 같이, 파일롯 가스의 공급을 차단하게 되면, 상기 밸브스템(120)을 들어올렸던 힘이 소멸되고, 상부 케이스(131b) 내부도 대기압 상태가 되므로써 밸브스템(120)은 리턴스프링(115)에 의한 탄성력만을 받고 있고 밸브 스토퍼(133)는 스토퍼 스프링(134)에 의한 탄성력 만을 받고 있게 된다.6, when the supply of the pilot gas is interrupted, the force lifted from the
따라서, 배출구(113)를 통해 배출되는 산화제의 배출력에 의해 밸브스템(120)은 상기 밸브 스토퍼(133)에 의해 정지된 지점으로부터 스토퍼 스프링(134)의 탄성력을 이기고 밸브 스토퍼(133)를 밀어 올리면서 상사점까지 상승하게 된다. 이로써, 배출구(113)는 최대로 개도되면서 많은 양, 즉, 액체로켓엔진이 운전되기 위한 적량의 산화제가 비로소 공급된다.The
이때, 상기 연결파이프(135)의 내부에 마련된 오리피스(135a)는 밸브스템(120)의 피스톤부(121) 하측공간과 상부케이스(131b) 상측공간과의 압력차를 유발하게 되어, 파일롯 가스의 해압 과정에서 상대적으로 고압상태인 피스톤부(121)의 하측공간 내의 파일롯 가스가 상대적으로 저압상태인 상부케이스(131b) 상측공간으로 신속하게 배출됨으로써 밸브스템(120)의 상승을 보다 원활하게 해 주게 된다.At this time, the
이상에서 설명된 바와 같이, 포핏밸브에 의해 액체로켓엔진의 점화 및 시동초기에는 산화제 배출구의 개도 정도를 작게 하고, 액체로켓엔진의 시동이 완료된 이후에는 개도정도를 정상적으로 확대하는 2단 개도방식으로 개선함으로써, 점화 및 시동초기에 불필요하게 많은 양의 산화제가 투입됨에 따른 엔진 시동 특성의 악영향을 해소할 수 있는 장점을 갖는다.As described above, by the poppet valve, the opening degree of the oxidant outlet is reduced in the initial stage of ignition and startup of the liquid rocket engine, and the opening degree of the liquid rocket engine is normally increased after the startup of the liquid rocket engine. This has an advantage that an adverse effect of the engine starting characteristics due to the unnecessarily large amount of oxidant being injected at the initial stage of ignition and startup can be solved.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.It is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
100 : 포핏밸브 110 : 밸브 하우징
111 : 챔버 112 : 유입구
113 : 배출구 114 : 스프링 설치부
115 : 리턴스프링 120 : 밸브스템
121 : 피스톤부 122 : 밸브부
130 : 밸브제어수단 131 : 케이스
132 : 커버 133 : 밸브 스토퍼
133a : 길이가변 어댑터 134 : 스토퍼 스프링
135 : 연결파이프100: Poppet valve 110: Valve housing
111: chamber 112: inlet
113: outlet 114: spring mounting portion
115: return spring 120: valve stem
121: piston portion 122: valve portion
130: valve control means 131: case
132: Cover 133: Valve stopper
133a: variable length adapter 134: stopper spring
135: connecting pipe
Claims (7)
상기 밸브하우징에 마련되어 밸브스템의 상승시 소정위치에서 소정시간동안 정지되도록 한 뒤, 이후 밸브스템의 상승제한을 해제하여 완전 상승되도록 하는 밸브제어수단을 더 포함하며,
상기 밸브제어수단은 상기 밸브하우징과 연통되는 하부 케이스, 상기 하부 케이스와 중공의 연결부에 의해 일체로 연결되는 상부 케이스로 이루어진 케이스, 상기 상부케이스의 개방된 상부를 밀봉하며 파일롯가스 주입포트 및 파일롯가스 배출포트가 각각 마련된 커버, 상기 연결부의 내부에 상하 슬라이딩 가능하게 설치된 채 상기 밸브스템의 상승을 제한하는 밸브 스토퍼, 상기 커버에 지지된 채 상기 밸브 스토퍼를 하향으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 스토퍼 스프링 및 상기 파일롯가스 배출포트와 상기 밸브하우징의 밸브스템 피스톤부 하측의 공간을 상호 연결하는 연결파이프를 포함하는 2단 개방형 포핏밸브.
A valve housing having an inlet through which the fluid flows and an outlet through which the fluid is discharged; A valve stem which is raised by the pressure of the pilot gas in the valve housing and which is opened and closed by the return spring while being lowered by the return spring,
Further comprising a valve control means provided in the valve housing for stopping the valve stem at a predetermined position for a predetermined time when the valve stem rises,
The valve control means includes a lower case communicating with the valve housing, a case consisting of an upper case integrally connected by the lower case and a hollow connection portion, a case sealing the open upper portion of the upper case, A valve stopper for restricting the upward movement of the valve stem, a stopper spring for exerting an elastic force to push the valve stopper downward while being supported by the cover, And a connection pipe interconnecting the pilot gas discharge port and the space below the valve stem piston portion of the valve housing.
상기 산화제가 유입되는 유입구, 산화제가 배출되는 배출구 및 스프링 설치부가 마련된 밸브하우징;
상기 밸브하우징의 내부에 승강 가능하게 설치되며, 상단에는 피스톤부가 마련되고, 하단에는 상기 배출구를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브부가 마련된 밸브스템;
상기 스프링 설치부 내에 설치된 채 상기 밸브스템을 상기 배출구쪽으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 리턴스프링; 및
상기 밸브하우징에 마련되어 밸브스템의 상승시 소정위치에서 소정시간동안 정지되도록 한 뒤, 이후 밸브스템의 상승제한을 해제하여 완전 상승되도록 하는 밸브제어수단;을 포함하며,
상기 밸브제어수단은 상기 밸브하우징과 연통되는 하부 케이스, 상기 하부 케이스와 중공의 연결부에 의해 일체로 연결되는 상부 케이스로 이루어진 케이스, 상기 상부케이스의 개방된 상부를 밀봉하며 파일롯가스 주입포트 및 파일롯가스 배출포트가 각각 마련된 커버, 상기 연결부의 내부에 상하 슬라이딩 가능하게 설치된 채 상기 밸브스템의 상승을 제한하는 밸브 스토퍼, 상기 커버에 지지된 채 상기 밸브 스토퍼를 하향으로 밀어주는 탄성력을 발휘하는 스토퍼 스프링 및 상기 파일롯가스 배출포트와 상기 밸브하우징의 밸브스템 피스톤부 하측의 공간을 상호 연결하는 연결파이프를 포함하는 2단 개방형 포핏밸브.
As a two-stage open-type poppet valve for controlling the amount of oxidant input to the liquid rocket,
A valve housing having an inlet through which the oxidant flows, an outlet through which the oxidant is discharged, and a spring mounting portion;
A valve stem provided in the valve housing so as to be able to move up and down, a piston at an upper end thereof, and a valve stem at a lower end thereof for selectively opening and closing the outlet;
A return spring exerting an elastic force to push the valve stem toward the discharge port while being installed in the spring mounting portion; And
And a valve control means provided in the valve housing for allowing the valve stem to stop at a predetermined position for a predetermined time when the valve stem rises,
The valve control means includes a lower case communicating with the valve housing, a case made of an upper case integrally connected by the lower case and a hollow connection portion, a case sealing the open upper portion of the upper case, A valve stopper for restricting the upward movement of the valve stem, a stopper spring for exerting an elastic force to push the valve stopper downward while being supported by the cover, And a connection pipe interconnecting the pilot gas discharge port and the space below the valve stem piston portion of the valve housing.
상기 밸브 스토퍼의 하부에 착탈 가능하게 결합되어, 상기 밸브 스토퍼의 길이를 길게 혹은 짧게 하기 위한 길이가변 어댑터를 더 포함하는, 2단 개방형 포핏밸브.
3. The method of claim 2,
Further comprising a length variable adapter detachably coupled to a lower portion of the valve stopper to increase or decrease the length of the valve stopper.
상기 밸브 스토퍼에 결속되며, 외주면은 상기 상부 케이스의 내주면에 밀접하는 기밀피스톤을 더 포함하는, 2단 개방형 포핏밸브.
3. The method of claim 2,
And an airtight piston tightly coupled to the valve stopper and having an outer circumferential surface closely contacting the inner circumferential surface of the upper case.
상기 연결파이프의 밸브하우징측 내부에 마련된 채, 상기 연결파이프의 내경 일부분을 축경하기 위한 오리피스를 더 포함하는, 2단 개방형 포핏밸브.
3. The method of claim 2,
Further comprising an orifice provided within the valve housing side of the connecting pipe for diametrically dimensioning a portion of the inner diameter of the connecting pipe.
상기 밸브제어수단을 통해 파일롯 가스가 유입되도록 하는 파일롯 가스 공급단계;
상기 공급되는 파일롯 가스의 압력에 의해 상기 밸브스템이 상승되도록 하는 밸브스템 상승단계;
상기 밸브스템이 상승하는 도중, 상승로 상에 위치하는 밸브 스토퍼에 의해 밸브스템의 상승이 제한되어 상기 배출구가 일부 개방되게 하는 밸브 상승 제한단계;
상기 파일롯 가스의 주입을 중단하는 파일롯 가스 중단 단계; 및
상기 배출구를 통해 배출되는 산화제의 배출력에 의해 상기 밸브스템이 상기 밸브 스토퍼를 밀어 올리면서 상사점까지 상승하여, 상기 배출구가 완전 개방되게 하는 밸브 완전 상승단계;를 포함하는 2단 개방형 포핏밸브의 개도 제어방법.A two-stage open type poppet valve opening control method according to any one of claims 2 and 4,
A pilot gas supply step for allowing the pilot gas to flow through the valve control means;
A valve stem lifting step for lifting the valve stem by the pressure of the supplied pilot gas;
A valve lift-restricting step of restricting an upward movement of the valve stem by a valve stopper positioned on the ascending path during the lifting of the valve stem, thereby partially opening the outlet;
A pilot gas interruption step of stopping the injection of the pilot gas; And
And a valve lifting step of lifting the valve stem to a top dead center by pushing up the valve stopper by a discharge output of the oxidant discharged through the outlet, thereby allowing the outlet to be fully opened. Opening degree control method.
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KR1020160128415A KR101829321B1 (en) | 2016-10-05 | 2016-10-05 | Two-step open type poppet valve and its control method |
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Cited By (2)
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CN109595098A (en) * | 2019-01-29 | 2019-04-09 | 九州云箭(北京)空间科技有限公司 | A kind of more degree adjustment valves of the mixing ratio of liquid-propellant rocket engine |
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---|---|---|---|---|
JP6036374B2 (en) * | 2013-02-15 | 2016-11-30 | 三菱自動車工業株式会社 | Fuel filter protection structure |
-
2016
- 2016-10-05 KR KR1020160128415A patent/KR101829321B1/en active IP Right Grant
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