一种气动控制阀门及液体发动机的制作方法

1.本实用新型涉及液体火箭发动机阀门领域，具体涉及一种气动控制阀门及液体发动机。


背景技术：

2.气动控制阀门是运载火箭发动机推进剂供应系统的重要组件，该阀门用于控制发生器的推进剂供应。在发动机工作阶段，要求阀门在火箭飞行阶段仍然保持打开状态，由于工作阶段阀门附近常有冲击或振动过大的现象，导致阀门可能受外因环境而关闭。或者，假如密封面受损或外因如振动、冲击等环境下阀门可能无法正常地自维持打开状态。
3.鉴于此，需要设计一种有效防止阀门自动关闭并保证发动机正常工作的气动控制阀门及液体发动机。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气动控制阀门及液体发动机。
5.本实用新型提供一种气动控制阀门，包括主体单元、作动单元、执行单元和驱动单元；所述主体单元包括供液体进入和流出的介质入口和介质出口以及连通介质入口和介质出口的介质通道，所述作动单元用于带动所述执行单元在介质通道内运动，从而所述执行单元使介质入口打开或关闭；所述作动单元包括开腔，所述主体单元包括关腔，所述驱动单元包括换向阀，所述换向阀通过变换通道选择输入气体进入关腔驱动所述作动单元沿着介质通道第一方向运动关闭阀门，或者所述换向阀选择输入气体进入开腔驱动所述作动单元沿着介质通道逆着第一方向运动打开阀门。
6.根据本实用新型的一个实施例，所述驱动单元包括控制气源、单向阀，所述控制气源输出气体通过所述单向阀到达所述换向阀进而选择进入关腔或者开腔。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述换向阀有一个进气口，两个工作口和两个放气口，所述进气口的上游连接所述单向阀。
8.根据本实用新型的一个实施例，所述换向阀为二位五通换向阀，分为左位和右位用于切换两个工作口及两个放气口。
9.根据本实用新型的一个实施例，所述主体单元的一端与所述作动单元在第一方向上密封连接，所述主体单元的另一端以及其内部的所述执行单元在第一方向上与盖板密封连接，其中所述执行单元通过弹性件与所述盖板连接，所述盖板中部有泄出口。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述作动单元为作动筒且内部设有活塞，所述活塞与所述作动筒的内壁之间设有第一密封结构，以将所述作动筒腔室与所述主体单元的介质通道形成的空间分隔为彼此密封的两个部分。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述执行单元为活门，所述活塞与所述活门通过沿所述第一方向设置贯穿通孔的杆状部件连接，所述杆状部件在关腔和介质出口之间部分
的外侧与所述主体单元的内侧分别通过彼此间隔的第一密封装置和第二密封装置密封，从而所述第一密封装置用于密封从所述开腔和所述关腔进入的气体，所述第二密封装置用于密封从介质入口进入的液体介质。
12.根据本实用新型的一个实施例，所述驱动单元通入高压控制气到开腔时，推动所述活塞带动所述杆状部件及所述活门沿所述主体单元的内壁向靠近所述盖板方向运动，以使所述介质入口与所述介质出口连通，接着当关闭所述单向阀时，所述活门通过介质压力被限制在使所述介质入口和所述介质出口连通的位置。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述驱动单元通入高压控制气体到关腔时，推动所述活塞带动所述杆状部件及所述活门沿所述主体单元的内壁向远离所述盖板方向运动，以关闭所述介质入口，接着当关闭所述单向阀时，所述活门通过所述弹性件被限制在使所述介质入口和所述介质出口关闭的位置。
14.另一方面，本实用新型还提供了一种液体发动机，包括上述的气动控制阀门。
15.本实用新型中气动控制阀门通过换向阀的变换通道让供气进入关腔或开腔的方式，更加有效地保持了阀门关闭或者开启的状态，从而避免因为振动、泄漏或冲击等原因导致阀门的状态改变，影响发动机的性能，还能够保证发动机实现多次启动的功能。
16.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
17.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实用新型的原理。
18.图1是本实用新型一个实施例的气动控制阀门的示意图；
19.图2是本实用新型另一个实施例的气动控制阀门的示意图。
20.附图标记：
21.100-主体单元，200-作动单元，201-开腔，202-活塞，203-第一密封结构，300-执行单元，301-关腔，400-驱动单元，401-控制气源，402-单向阀，403-换向阀，500-盖板，600-弹性件，700-杆状部件，701-第一密封装置，702-第二密封装置。
具体实施方式
22.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本实用新型，用于示例性的说明本实用新型的原理，并不被配置为限定本实用新型。另外，附图中的机构件不一定是按照比例绘制的。例如，可能对于其他结构件或区域而放大了附图中的一些结构件或区域的尺寸，以帮助对本实用新型实施例的理解。
23.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体
情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.此外术语“包括”、“包含”“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素结构件或组件不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出或固有的属于结构件、组件上的其他机构件。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
25.诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
26.对于本领域技术人员来说，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型更好的理解。
27.图1是本实用新型一个实施例的气动控制阀门的示意图；图2是本实用新型另一个实施例的气动控制阀门的示意图。
28.如图1和图2所示，本实用新型提供一种气动控制阀门，包括主体单元100、作动单元200、执行单元300和驱动单元400；主体单元100包括供液体进入和流出的介质入口和介质出口以及连通介质入口和介质出口的介质通道，作动单元200用于带动执行单元300在介质通道内运动，从而执行单元300使介质入口打开或关闭；作动单元200包括开腔201，主体单元100包括关腔301，驱动单元400包括换向阀403，换向阀403通过变换通道选择输入气体进入关腔301驱动作动单元200沿着介质通道第一方向运动关闭阀门，或者换向阀403选择输入气体进入开腔201驱动作动单元200沿着介质通道逆着第一方向运动打开阀门。
29.具体地，主体单元100中间沿第一方向s1具有贯穿的通孔。主体单元100可以在垂直于第一方向s1的第二方向s2上，包括供液体进入和流出的介质入口和介质出口以及连通介质入口和介质出口的介质通道，介质入口和介质出口在第二方向s2上可以设置成错位布置。
30.作动单元200用于带动执行单元300在介质通道内运动，从而执行单元300使介质入口打开或关闭，使得阀门打开或关闭。其中作动单元200需要驱动单元400施加作动力，作动单元200设置开腔201，主体单元100设置关腔301且靠近作动单元200。驱动单元400包括换向阀403，换向阀403通过变换通道选择输入气体进入关腔301驱动作动单元200沿着介质通道第一方向s1运动关闭阀门，或者换向阀403通过变换通道选择输入气体进入开腔201驱动作动单元200沿着介质通道逆着第一方向s1运动打开阀门。
31.其中，在发动机不同阶段驱动单元400的工作状态不同，可以分为以下几种方式：发动机预冷阶段，驱动单元400选择输入气体进入关腔301驱动作动单元200沿着介质通道第一方向s1运动关闭阀门；发动机启动阶段，驱动单元400选择输入气体进入开腔201驱动作动单元200沿着介质通道逆着第一方向运动s1打开阀门；发动机工作阶段，驱动单元400不输入气体，在液体介质的作用下阀门维持打开状态；发动机关机阶段，驱动单元400选择输入气体进入关腔301驱动作动单元200沿着介质通道第一方向s1运动关闭阀门。
32.本实施例中的气动控制阀门通过换向阀403的变换通道让供气进入关腔301或开腔201的方式，更加有效地保持了阀门关闭或者开启的状态，从而避免因为振动、泄漏或冲击等原因导致阀门的状态改变，影响发动机的性能，还能够保证发动机实现多次启动的功能。
33.根据本实用新型的一个实施例，驱动单元400包括控制气源401、单向阀402，控制气源401输出气体通过单向阀402到达换向阀403进而选择进入关腔301或者开腔201。
34.具体地，驱动单元400中的控制气源401输出气体通过单向阀402到达换向阀403进而选择进入关腔301或者开腔201。发动机在工作阶段，控制气源401撤气后，由于单向阀402的作用，阀门开腔201及连接管路留有部分高压控制气，通过气锁的方式更有效地保持阀门自维持打开状态。在发动机关机阶段，控制气源401撤气后，由于单向阀402的作用，阀门关腔301及连接管路留有部分高压控制气，通过气锁的方式更有效地保持阀门自维持闭合状态。该驱动单元400通过控制气源401和单向阀402的气锁控制，提高了阀门与其它部件之间的密封性，有效避免阀门低温泄漏。
35.根据本实用新型的一个实施例，换向阀403有一个进气口，两个工作口和两个放气口，进气口的上游连接单向阀402。
36.具体地，换向阀403有五个连接口，分别是一个进气口p口，两个工作口a口和b口，两个放气口r口和s口，其中p口上游连接单向阀402并串联至控制气源401。
37.根据本实用新型的一个实施例，换向阀403为二位五通换向阀403，分为左位和右位用于切换两个工作口及两个放气口。
38.具体地，换向阀403为二位五通换向阀403，其中左位和右位用于切换两个工作口及两个放气口。如图1所示，阀门关闭时，二位五通阀位于右位，p口、b口和关腔301口相通，r口、a口和开腔201口相通；如图2所示，阀门打开时，二位五通换向阀403位于左位，此时，p口、a口和开腔201口相通，s口、b口和关腔301口相通。
39.根据本实用新型的一个实施例，主体单元100的一端与作动单元200在第一方向上密封连接，主体单元100的另一端以及其内部的执行单元300在第一方向上与盖板500密封连接，其中执行单元300通过弹性件600与盖板500连接，盖板500中部有泄出口。
40.具体地，作动单元200用于与主体单元100在第一方向s1上的一端密封连接；执行单元300在第一方向s1上以及主体单元100的另一端密封连接有盖板500，弹性件600设置在盖板500与活门之间，为活门提供保持力。如图1所示，盖板500中部设置有泄出口，当阀门关闭时，液体介质可以通过执行单元300中预留的空间流向泄出口从而排出。
41.如上所述，执行单元300与盖板500之间压缩地设置弹性件600，弹性件600对执行单元300施加朝向作动单元200的力，以使执行单元300远离盖板500一端抵触在主体单元100的限位结构上，从而执行单元300关闭介质入口。
42.根据本实用新型的一个实施例，作动单元200为作动筒且内部设有活塞202，活塞202与作动筒的内壁之间设有第一密封结构203，以将作动筒腔室与主体单元100的介质通道形成的空间分隔为彼此密封的两个部分。
43.具体地，作动筒的筒腔连通介质通道，作动筒内设有活塞202，活塞202与作动筒的内壁之间设有第一密封结构203，以将作动筒筒腔与介质通道形成的空间分隔为彼此密封的两个部分。其中，第一密封结构203可以采用泛塞圈结构。
44.根据本实用新型的一个实施例，执行单元300为活门，活塞202与活门通过沿第一方向s1设置贯穿通孔的杆状部件700连接，杆状部件700在关腔301和介质出口之间部分的外侧与主体单元100的内侧分别通过彼此间隔的第一密封装置701和第二密封装置702密封，从而第一密封装置701用于密封从开腔201和关腔301进入的气体，第二密封装置702用于密封从介质入口进入的液体介质。
45.具体地，活塞202与活门通过沿第一方向s1设置贯穿通孔的杆状部件700连接，杆状部件700在关腔301和介质出口之间部分的外侧与主体单元100的内侧分别通过彼此间隔的第一密封装置701和第二密封装置702密封，从而第一密封装置701用于密封从开腔201和关腔301进入的高压控制气，第二密封装置702用于密封从介质入口进入的液体介质。例如，第一密封装置701和第二密封装置702均为泛塞圈结构。
46.例如，所述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。
47.需要补充说明的是，泛塞密封圈具有如下优点：
48.(1)采用泛塞圈动密封形式的低温高压液体火箭发动机用阀门产品的动密封结构简单可靠、生产周期短、成本低、满足高压低温动密封要求。
49.(2)与现有的液体火箭发动机用高压阀门相比，泛塞圈动密封结构在低温液体火箭发动机中适应性高，动密封结构尺寸比金属波纹管动密封结构紧凑，结构尺寸小，从而减小了阀体结构尺寸和重量，提高液体发动机的推重比。
50.(3)泛塞圈具有介质压力自紧作用，在压力许用范围内，同种操作力的情况下，可以提高阀门的控制气压力，减小活塞202作用面积，进而减小阀门作动机构的结构尺寸，减少发动机自带气瓶的体积，减少发动机用气量，提高了低温液体火箭发动机的可靠性和推重比等性能参数。
51.根据本实用新型的一个实施例，驱动单元400通入高压控制气到开腔201时，推动活塞202带动杆状部件700及活门沿主体单元100的内壁向靠近盖板500方向运动，以使介质入口与介质出口连通，接着当关闭单向阀402时，活门通过介质压力被限制在使介质入口和介质出口连通的位置。
52.具体地，驱动单元400通入高压控制气到开腔201时，推动活塞202带动杆状部件700及活门沿主体单元100的内壁向靠近盖板500方向运动，以使介质入口与介质出口连通，接着当关闭单向阀402时，并且活门通过介质压力被限制在使介质入口和介质出口连通的位置。控制气源401撤气后，由于单向阀402的作用，阀门开腔201及连接管路留有部分高压控制气，通过气锁的方式更有效地保持阀门自维持打开状态。
53.根据本实用新型的一个实施例，驱动单元400通入高压控制气体到关腔301时，推动活塞202带动杆状部件700及活门沿主体单元100的内壁向远离盖板500方向运动，以关闭介质入口，接着当关闭单向阀402时，活门通过弹性件600被限制在使介质入口和介质出口关闭的位置。
54.具体地，驱动单元400通入高压控制气体到关腔301时，推动活塞202带动杆状部件
700及活门沿主体单元100的内壁向远离盖板500方向运动，以关闭所述介质入口，接着当关闭单向阀402时，活门通过弹性件600被限制在使介质入口和介质出口关闭的位置。控制气源401撤气后，由于单向阀402的作用，阀门关腔301及连接管路留有部分高压控制气，通过气锁的方式更有效地保持阀门自维持闭合状态。
55.本实用新型实施例的气动控制阀门结构，通过在作动单元200、主体单元100的开腔201和关腔301通入高压控制气，可以推动作动筒内的活塞202带动杆状部件700及活门运动，实现对介质入口的开关，并通过弹性件600及介质压力将活门保持在工作位，在降低控制气的用量的前提下，改善阀门性能。
56.需要说明的是，当阀门处于关闭状态下，活门可以在从介质入口流入的介质压力和弹性件600的共同作用下保持密封，即不需要关腔301持续通控制气。同样，阀门打开状态下，活门与泄出口(盖板500设置泄出口的情况下)之间形成一个低压腔，与介质入口的高压介质形成压差，介质压差克服弹性件600的弹力使活门处于打开状态。例如，也可以同时在作动筒的开腔201通入控制气，使其与介质压差力配合，共同使活门处于打开位置，这种本技术基础上的变形设计，也属于本技术的保护范围。
57.另一方面，本实用新型还提供了一种液体发动机，包括上述的气动控制阀门。
58.其中由于本实施例中的液体发动机包含上述气动控制阀门，其技术方案带来的技术效果与前文一致，在此不再赘述。
59.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。