CN109027398A - 超低温高压双阀芯联动阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温高压双阀芯联动阀门，包括：作动腔组件A和活门组件B；其中，所述作动腔组件A包括波纹管组件、作动腔壳体、填料密封和顶杆；其中，所述波纹管组件设置于所述作动腔壳体内；所述顶杆的一端与所述波纹管组件相连接；所述填料密封装填于所述波纹管组件与所述顶杆之间；所述作动腔壳体与所述活门组件B相连接。本发明使得阀门流阻损失小，有足够的动作寿命和可靠的密封性能。

Description

超低温高压双阀芯联动阀门

技术领域

本发明属于液体火箭发动机流体控制技术领域，尤其涉及一种超低温高压双阀芯联动阀门。

背景技术

YF-90氢氧发动机作为我国重型运载火箭构型中的芯二级发动机，参与未来中国载人登月、太空站及深空探测等太空计划。该阀位于高压氢涡轮泵与推力室氢集合器之间，是实现发动机高压液氢介质流入推力室的供应或切断功能必不可少的重要组件。现有的低温介质阀门无法承受高达39MPa的低温液氢(20K)介质，动作寿命短并且密封性能弱，因此需设计一种能耐超低温、超高压的阀门。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种超低温高压双阀芯联动阀门，对阀门轻量化设计，并有足够的动作寿命和可靠的密封性能。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种超低温高压双阀芯联动阀门，包括：作动腔组件A和活门组件B；其中，所述作动腔组件A包括波纹管组件、作动腔壳体、填料密封和顶杆；其中，所述波纹管组件设置于所述作动腔壳体内；所述顶杆的一端与所述波纹管组件相连接；所述填料密封装填于所述波纹管组件与所述顶杆之间；所述作动腔壳体与所述活门组件B相连接。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述活门组件B包括主活门、弹簧、泄出活门、活门壳体和套筒；其中，所述作动腔壳体与所述活门壳体相连接；所述主活门设置于所述活门壳体内，所述主活门的一端能够密封住所述活门壳体的一端口；所述主活门的另一端与所述套筒相连接；所述套筒设置于所述活门壳体内，所述套筒与所述泄出活门相连接；所述弹簧套设于所述套筒，所述弹簧的一端与所述套筒相压接，所述弹簧的另一端与所述活门壳体相压接；所述顶杆的另一端与所述主活门相接触；所述泄出活门能够密封住所述活门壳体开设的泄出口。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述作动腔壳体包括外壳体和内壳体；其中，所述外壳体和所述内壳体之间形成流通通道；所述波纹管组件设置于所述内壳体内，并与所述内壳体相连接。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述活门壳体包括活门外壳体和活门内壳体；其中，所述活门外壳体与所述外壳体螺纹连接；所述活门外壳体和活门内壳体相连接。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述泄出活门包括泄出活门杆和泄出活门头；所述主活门包括主活门杆和主活门头；所述泄出活门杆和所述泄出活门头相连接；所述主活门杆和所述主活门头相连接；所述主活门杆为中空，所述泄出活门杆的一端嵌设于所述主活门杆；所述主活门头能够密封住所述活门壳体的一端口；所述套筒套设于所述主活门杆；所述主活门杆的第一连接部、所述泄出活门杆的第二连接部和所述套筒的第三连接部相连接；所述泄出活门头能够密封住所述活门壳体开设的泄出口。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述外壳体开设有吹除口。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述内壳体开设有控制口。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述活门外壳体的侧壁开设有入口。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述套筒的侧壁开设有第一孔。

上述超低温高压双阀芯联动阀门中，所述活门内壳体的侧壁开设有第二孔。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明在控制腔使用波纹管组件形式，通过高压氦气控制活门动作，提高了阀门可靠性。

(2)本发明的两壳体间使用螺纹连接，壳体重量大大减轻；

(3)本发明将主流路和预冷泄出路集合在一起，这种两位三通组合阀门满足在低温发动机系统中高压低温工况环境的应用；

(4)金属密封可以满足在高压下对低温介质有良好的密封效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的超低温高压双阀芯联动阀门的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的超低温高压双阀芯联动阀门的结构示意图。如图1所示，该超低温高压双阀芯联动阀门包括作动腔组件A和活门组件B；其中，

作动腔组件A包括波纹管组件1、作动腔壳体2、填料密封3和顶杆4；其中，波纹管组件1设置于所述作动腔壳体2内；顶杆4的一端与波纹管组件1相连接；填料密封3装填于波纹管组件1与顶杆4之间；作动腔壳体2与活门组件B相连接。具体实施时，顶杆4的左端与波纹管组件1固定连接。

活门组件B包括主活门5、弹簧6、泄出活门7、活门壳体8和套筒9；其中，作动腔壳体2与活门壳体8相连接；主活门5设置于活门壳体8内，主活门5的一端能够密封住活门壳体8的一端口；主活门5的另一端与套筒9相连接；套筒9设置于活门壳体8内，套筒9与泄出活门7相连接；弹簧6套设于套筒9，弹簧6的一端与套筒9相压接，弹簧6的另一端与活门壳体8相压接；顶杆4的另一端与主活门5相接触；泄出活门7能够密封住活门壳体8开设的泄出口83。

作动腔壳体2包括外壳体21和内壳体22；其中，外壳体21和内壳体22之间形成流通通道；波纹管组件1设置于内壳体22内，并与内壳体22相连接。

活门壳体8包括活门外壳体81和活门内壳体82；其中，活门外壳体81与外壳体21螺纹连接；活门外壳体81和活门内壳体82相连接。

泄出活门7包括泄出活门杆71和泄出活门头72；主活门5包括主活门杆51和主活门头52；泄出活门杆71和泄出活门头72相连接；主活门杆51和主活门头52相连接；主活门杆51为中空，泄出活门杆71的一端嵌设于主活门杆51；套筒9套设于主活门杆51；主活门杆51的第一连接部511、泄出活门杆71的第二连接部711和套筒9的第三连接部91相连接；泄出活门头72能够密封住活门壳体8开设的泄出口83。主活门头52能够密封住活门壳体8的左端口。

如图1所示，外壳体21开设有吹除口211，内壳体22开设有控制口212，活门外壳体81的侧壁开设有入口811，套筒9的侧壁开设有第一孔92，活门内壳体82的侧壁开设有第二孔821。

工作原理：发动机预冷时，超低温高压双阀芯联动阀门的各部件的状态如图1所示，弹簧6的弹力使得套筒9向左运动，由于套筒9、主活门5和泄出活门7固定连接，从而套筒9、主活门5和泄出活门7均向左运动，从而使得主活门5的主活门头52堵住活门壳体8的左端口，使得作动腔组件A和活门组件B为互不相通的，预冷介质从入口811中流入，然后通过套筒9的第一孔92和活门内壳体82的第二孔821流入到活门内壳体82内的空间内，然后通过泄出口83排出。

发动机起动时，从内壳体22的控制口212向波纹管组件1的外腔通高压(15～23MPa)控制气，高压控制气压迫波纹管组件1向右运动，从而使得顶杆4推动主活门5的主活门头52向泄出口方向运动，由于套筒9、主活门5和泄出活门7固定连接，从而套筒9、主活门5和泄出活门7均向泄出口方向运动，使得泄出活门7的泄出活门头72堵住泄出口83，同时使得活门外壳体81的左端口打开，预冷介质从活门外壳体81的左端口进入到活门外壳体81和活门内壳体82之间的通道，然后从活门壳体8的出口排出。由于填料密封3装填于波纹管组件1与顶杆4之间，所以，预冷介质不会进入到波纹管组件1，从而有效的保护了波纹管组件1。

发动机进入主级工况后，控制气撤走，阀门在弹簧力、主活门介质压差力和泄出活门介质力的共同作用下维持主流路打开状态。在发动机整个主级工作段，推力室氢阀主路维持打开，泄出路维持关闭，泄出活门保证高压39MPa的低温密封。当发动机关机时，介质压力降至2.5～3MPa，弹簧力、主活门上的介质压差力克服泄出活门介质力推动主活门关闭，并将泄出口打开，阀腔内介质由泄出口排出，阀门回到初始装配状态。

活门外壳体81与外壳体21螺纹连接，并通过返修螺纹对接面尺寸保证总装接口位置。

作动腔组件A部分先将波纹管组件1装入作动腔壳体2，填料密封3与顶杆4单独装配进行动密封性能试验，动密封漏率满足要求后，再装入作动腔壳体2中。其中填料与波纹管组件1为静密封，顶杆4处为往复式动密封。碟簧加载填料动密封、顶杆4和波纹管组件1单独装配，装配试验合格后再整体装入作动腔壳体2，实现动密封结构可更换性和可检验性。

活门组件B部分主活门5与泄出活门7通过螺钉组成联动设计，分别与活门壳体8之间螺纹连接，这样只需一个作动腔就能进行控制主活门5与泄出活门7的打开与关闭。由于活门整体尺寸较长，设计中主活门5处设置主导向，泄出活门7处设置副导向，通过两处导向，提高两处活门密封运动对中性。

以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于包括：作动腔组件A和活门组件B；其中，

所述作动腔组件A包括波纹管组件(1)、作动腔壳体(2)、填料密封(3)和顶杆(4)；其中，

所述波纹管组件(1)设置于所述作动腔壳体(2)内；

所述顶杆(4)的一端与所述波纹管组件(1)相连接；

所述填料密封(3)装填于所述波纹管组件(1)与所述顶杆(4)之间；

所述作动腔壳体(2)与所述活门组件B相连接。

2.根据权利要求1所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述活门组件B包括主活门(5)、弹簧(6)、泄出活门(7)、活门壳体(8)和套筒(9)；其中，

所述作动腔壳体(2)与所述活门壳体(8)相连接；

所述主活门(5)设置于所述活门壳体(8)内，所述主活门(5)的一端能够密封住所述活门壳体(8)的一端口；

所述主活门(5)的另一端与所述套筒(9)相连接；

所述套筒(9)设置于所述活门壳体(8)内，所述套筒(9)与所述泄出活门(7)相连接；

所述弹簧(6)套设于所述套筒(9)，所述弹簧(6)的一端与所述套筒(9)相压接，所述弹簧(6)的另一端与所述活门壳体(8)相压接；

所述顶杆(4)的另一端与所述主活门(5)相接触；

所述泄出活门(7)能够密封住所述活门壳体(8)开设的泄出口(83)。

3.根据权利要求2所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述作动腔壳体(2)包括外壳体(21)和内壳体(22)；其中，

所述外壳体(21)和所述内壳体(22)之间形成流通通道；

所述波纹管组件(1)设置于所述内壳体(22)内，并与所述内壳体(22)相连接。

4.根据权利要求3所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述活门壳体(8)包括活门外壳体(81)和活门内壳体(82)；其中，

所述活门外壳体(81)与所述外壳体(21)螺纹连接；

所述活门外壳体(81)和活门内壳体(82)相连接。

5.根据权利要求2所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述泄出活门(7)包括泄出活门杆(71)和泄出活门头(72)；所述主活门(5)包括主活门杆(51)和主活门头(52)；

所述泄出活门杆(71)和所述泄出活门头(72)相连接；

所述主活门杆(51)和所述主活门头(52)相连接；

所述主活门杆(51)为中空，所述泄出活门杆(71)的一端嵌设于所述主活门杆(51)；

所述主活门头(52)能够密封住所述活门壳体(8)的一端口；

所述套筒(9)套设于所述主活门杆(51)；

所述主活门杆(51)的第一连接部(511)、所述泄出活门杆(71)的第二连接部(711)和所述套筒(9)的第三连接部(91)相连接；

所述泄出活门头(72)能够密封住所述活门壳体(8)开设的泄出口(83)。

6.根据权利要求2所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述外壳体(21)开设有吹除口(211)。

7.根据权利要求2所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述内壳体(22)开设有控制口(212)。

8.根据权利要求4所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述活门外壳体(81)的侧壁开设有入口(811)。

9.根据权利要求4所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述套筒(9)的侧壁开设有第一孔(92)。

10.根据权利要求4所述的超低温高压双阀芯联动阀门，其特征在于：所述活门内壳体(82)的侧壁开设有第二孔(821)。