微压响应储液器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种微压响应储液器，包括上壳体组件、下壳体组件和密封组件；所述上壳体组件包括阀芯组件和上壳体；所述下壳体组件包括过滤组件和下壳体；所述密封组件包括外环、内环和橡胶膜片，所述橡胶膜片外形为锥台形，具有外伸的边沿，所述边沿带有两道半圆形密封凸起，所述边沿夹持固定在所述外环和所述内环之间，通过两道所述半圆形密封凸起形成双道冗余密封，所述内环与外环采用激光分段平面焊接，所述外环的外周具有焊接凸起，所述上壳体、所述下壳体和所述焊接凸起焊接在一起，从而通过所述密封组件和所述上壳体组件形成气腔，通过所述密封组件和所述下壳体组件形成液腔。本发明的储液器能用于流体回路，其密封性好、对压力反应灵敏、重量轻。
【专利说明】
微压响应储液器
技术领域
[0001]本发明涉及一种微压响应储液器，属于航天器热控制领域，具体应用于卫星等小型航天器的单相流体回路。
【背景技术】
[0002]基于机械栗的单相流体回路具有结构简单、布置灵活、鲁棒性高以及可继承性好等优点，有效解决了航天器的热控难题。由于单相流体回路是一个封闭系统，当温度变化时，系统压力会急剧变化，一般来说，系统压力降低会影响栗的工作，而压力升高超出设备的耐压时会发生泄露等安全问题。因此系统中需要加入储液器，来抑制流体回路因温度变化而引起工质热胀冷缩对流体回路的影响，补偿回路在长时间运行中工质的泄漏，保障流体回路的正常、稳定、可靠运行，为实现这一功能，储液器需具备对压力波动敏感、重量轻、密封性好等特性。
[0003]在空间站、航天飞机等大型航天器上，单相流体回路技术得到了广泛应用，但受限于机械栗的重量等问题，国内对单相流体热控回路在卫星中的应用尚处于研发阶段，经本发明
【申请人】在一定的范围内检索，未发现适用于卫星等小型航天器储液器的相关专利与设计资料。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题是:提供一种适用于卫星等小型航天器、使用压力在
0.2Mpa以下且密封性好、对压力反应灵敏、重量轻的流体回路储液器。
[0005]本发明的微压响应储液器包括上壳体组件、下壳体组件和密封组件；所述上壳体组件包括阀芯组件和上壳体；所述下壳体组件包括过滤组件和下壳体；所述密封组件包括外环、内环和橡胶膜片，所述橡胶膜片外形为锥台形，具有外伸的边沿，所述边沿带有两道半圆形密封凸起，所述边沿夹持固定在所述外环和所述内环之间，通过两道所述半圆形密封凸起形成双道冗余密封，所述内环与外环采用激光分段平面焊接，所述外环的外周具有焊接凸起，所述上壳体、所述下壳体和所述焊接凸起焊接在一起，从而通过所述密封组件和所述上壳体组件形成气腔，通过所述密封组件和所述下壳体组件形成液腔。
[0006]优选所述上壳体上部中轴线处具有气口部，在所述气口部装配阀芯组件组成充气阀，所述阀芯组件包括阀芯、弹簧和阀座，并按此顺序依次装入所述上壳体气口部的内腔，所述弹簧位于所述阀芯与所述阀座的定位腔内，所述阀座焊接在所述上壳体上，所述阀芯组件与所述上壳体气口部之间采用平面菌状金属-非金属密封结构，所述充气口处采用目形密封结构进行冗余密封。
[0007]优选所述下壳体侧壁包括圆柱部分和与所述橡胶膜片外形配合的锥台部分，所述圆柱部分外壁带有三个耳形固定凸起，所述锥台部分底部中轴线处具有液口部，所述液口部具有出口管，所述过滤组件通过圆形孔板与过滤网点焊而成，并焊接在所述液口部，所述过滤组件的流通面积大于所述出口管的流通面积。
[0008]优选所述锥台形的母线与轴线的夹角为45° ο
[0009]优选所述的橡胶膜片的主体材料为三元乙丙橡胶，并添加锦丝绸作为支撑骨架，所述的橡胶膜片厚度为0.5mm。
[0010]优选所述外环与所述内环壁厚相同，所述内环上带有半圆形凸起，所述外环上有相应的半圆形凹槽，两者配合压紧时，实现对所述橡胶膜片的夹持固定。
[0011]优选所述内环与所述外环分段平面焊接的每段焊缝长度在15mm?30mm之间，并沿周向均勾分布。
[0012]优选还具有用于安装在所述液口部和所述气口部的保护帽。
[0013]本发明的有益之处在于:
[0014]1、主要部件的连接方式均为焊接，既提高了密封的可靠性，又降低了产品重量；
[0015]2、在关键密封部位均采用冗余密封设计，大大提高了密封的可靠性；
[0016]3、橡胶膜片设计为锥台形，便于橡胶膜片翻转与恢复；橡胶膜片材料选用低硬度、高气密的胶料，采用锦丝绸作为支撑骨架，在提高橡胶膜片强度与气密性的同时，降低了膜片厚度，提高了橡胶膜片对压力的敏感性与耐疲劳性；
[0017]4、橡胶膜片固定方式为内、外环夹持结构，内环与外环采用激光分段平面焊接进行定位，在保证可靠定位的同时，便于装配与测试，同时相对于螺纹连接，减轻了重量。
【附图说明】
[0018]图1为储液器整体结构剖切图。
[0019]图2为上壳体组件结构剖切图。
[0020]图3为菌状密封结构示意图。
[0021 ]图4为密封组件装配示意图。
[0022]图5为内环结构示意图。
[0023]图6为外环结构示意图。
[0024]图7为橡胶膜片结构示意图。
[0025]图8为下壳体组件装配示意图。
[0026]图9为过滤组件装配示意图。
【具体实施方式】
[0027]以下参照附图，对本发明进行详细说明。
[0028]图1为储液器整体结构剖切图，它主要由上壳体组件(1，2，3，4，5，6，7)、下壳体组件(10，12，13)、密封组件(8,9,11)组成，上壳体组件(1，2，3，4，5，6，7)、下壳体组件(10，12，13)、密封组件(8，9，11)通过电子束焊接方式连接，焊缝按照GJB1718A-2005《电子束焊接》I级执行。由于电子束焊焊缝窄，焊接速度快，热影响区域小，焊接后既保证了整体气密，又避免密封组件的橡胶膜片的高温老化。焊接前，将上壳体组件(1，2，3，4，5，6，7)的上壳体7、下壳体组件(10，12，13)的下壳体10沿密封组件(8，9，11)的焊接定位面(如图4所示)进行装配，并压紧外环8上的焊接凸起(如图4所示)，然后采用真空电子束焊接将三者沿圆周焊接在一起，这样通过上壳体7与密封组件(8，9，11)的橡胶膜片11组成气腔，并通过密封组件(8，9，11)的橡胶膜片11与的下壳体10组成液腔。焊接前要用专用工具将阀芯4打开，再抽真空进行焊接，为避免橡胶膜片11的高温老化，要分段进行焊接。焊接完成后，依次在充气阀的充气口(图1中H处)装入O形密封圈3、堵头2，拧紧外套螺母1，实现双级密封。储液器在未接入系统前，要加入保护帽14防尘。
[0029]图2为上壳体组件(1，2，3，4，5，6，7)结构剖切图，上壳体7上部中轴线处具有气口部，装配时，首先将阀芯4、弹簧5依次装入上壳体7气口部的内腔，然后缓慢旋入阀座6，装配过程要保证弹簧5置于阀芯4与阀座6的定位腔内，最后将阀座6与上壳体7进行点焊防松，组成充气阀(4，5，6，7)。充气阀(4，5，6，7)的阀芯4与上壳体7之间采用平面菌状金属-非金属密封结构，充气阀的充气口处采用目形密封结构(1，2，3)进行冗余密封，进一步提尚了密封的可靠性。
[0030]图3为菌状金属-非金属密封结构示意图，阀芯4主要由铜基体与橡胶硫化粘接而成，充气后，依靠弹簧5压缩力及内腔压力将橡胶与上壳体7的菌状凸起压紧，实现密封，将这种密封称为菌状金属-非金属密封结构。
[0031]通过采用整体焊接及冗余密封的设计方案，经氦质谱检测，在0.2Mpa压力下，储液器的外漏率小于10 8Pa.m3/s，完全满足空间环境对外漏率的要求
[0032]图4为密封组件装配示意图，橡胶膜片11的外形为锥台形，具有外伸的边沿，该边沿带有两道半圆形密封凸起。装配时，首先将橡胶膜片11边沿展平放入外环8内，保证边沿的两道半圆形密封凸起(如图7所示)与外环密封平面充分接触，然后将内环9套入外环8内，内环9上带有半圆形凸起(如图5所示)，外环8上相应有半圆形凹槽(如图6所示)，依靠专用工具将内环9、外环8压紧后进行焊接，在实现对橡胶膜片11的夹持固定的同时，通过压缩橡胶膜片11边沿的两道半圆形密封凸起(如图7所示)，实现气腔与液腔的隔离。内环9与外环8采用激光分段平面焊接(焊接位置如图4所示)进行定位，焊接处内环9与外环8壁厚一致，为在保证焊接强度的同时，避免橡胶膜片11高温老化，每段焊缝长度在15mm?30mm之间，焊缝沿周向均勾分布。
[0033]密封组件(8，9，11)依靠外环8与内环9压紧橡胶膜片11边沿的两道半圆形密封凸起(如图7所示)实现气腔同液腔的隔离，这种密封方式为双道冗余密封，提高了密封可靠性；内环9与外环8采用激光分段平面焊接(如图4所示)进行定位，激光焊接速度快，热影响区域小，分段后可以进一步减少热量积聚，这种焊接方式可以使焊接位置与橡胶膜片11距离最短，在避免焊接余热损害橡胶膜片11的同时，保证半圆形密封凸起的压缩量，进一步提高了密封的可靠性。
[0034]通过冗余密封、合理选择膜片的材料及夹持固定方式，经氦质谱检测，在0.2MPa压力下，储液器的内漏率小于10 5Pa.m3/s，完全满足使用要求。
[0035]橡胶膜片11主体材料为三元乙丙橡胶，该橡胶材料具有良好的气密性，其硬度(邵尔)为50，并采用锦丝绸作为支撑骨架，厚度仅为0.5mm，这种设计在保证橡胶膜片11强度与气密性的同时，提高了橡胶膜片11对压力的敏感性及耐疲劳性。橡胶膜片11外形设计为锥台形，锥角(母线同轴线的夹角)为45°，在保证气腔容积的同时，便于橡胶膜片11翻转与恢复。
[0036]经试验测定，在0.0006MPa压差下，橡胶膜片(11)可以完全翻转与恢复。
[0037]图8为下壳体组件装配示意图。下壳体7侧壁包括圆柱部分和与橡胶膜片11外形配合的锥台部分，圆柱部分外壁带有三个耳形固定凸起，锥台部分底部中轴线处具有液口部，液口部具有出口管Y，在液口部附近的锥台部分具有定位凹槽，装配时，先将过滤组件(12，13)定位在定位凹槽内，然后在过滤组件(12，13)边缘采用氩弧焊分段焊接进行固定，下壳体10侧壁锥台部分的锥角(母线同轴线的夹角)为45°，圆柱部分外壁带有三个耳形固定凸起，用于将储液器固定在回路系统上。图9为过滤组件(12，13)结构示意图，它以圆形孔板12为支撑骨架，将一定目数的过滤网13点焊固定在圆形孔板12上，过滤组件(12，13)焊接在液口部。设计时，要保证过滤组件(12，13)的流通面积要大于出口管Y(如图1)处的流通面积。
[0038]上述组件装配完成以后，储液器使用方式如下:
[0039]1、将储液器Y处(如图1)管路采用焊接的方式接入单相热控流体回路；
[0040]2、卸下O形密封圈3、堵头2、外套螺母1，借助专用工具，对储液器气腔与液腔同时抽真空，然后从回路的加注口将工质注入储液器内；
[0041]3、利用专用工具从充气口 H充入一定压强的氮气，并保压一段时间；
[0042]4、卸掉专用工具，依次在充气口(图1中H处)装入O形密封圈、堵头，拧紧外套螺母。
[0043]上述步骤完成以后，储液器依靠气体的可压缩性及橡胶半膜的变形，维持流体回路压力在工作范围内，补偿回路在长时间运行中工质的泄漏，实现稳压、补漏的设计目的。
[0044]本发明总容积550ml，在0.0006MPa压差下，橡胶膜片可以完全翻转与恢复，25°C下在气腔压力由0.2MPa降为0.09MPa时，液体排出量为275ml，外漏率彡10 8Pa.ι?3/8。本发明应用于卫星等小型航天器的单相流体回路，也适用于各类闭式低压流体回路。
[0045]以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。
【主权项】
1.一种微压响应储液器，其特征在于:包括上壳体组件、下壳体组件和密封组件；所述上壳体组件包括阀芯组件和上壳体；所述下壳体组件包括过滤组件和下壳体；所述密封组件包括外环、内环和橡胶膜片，所述橡胶膜片外形为锥台形，具有外伸的边沿，所述边沿带有两道半圆形密封凸起，所述边沿夹持固定在所述外环和所述内环之间，通过两道所述半圆形密封凸起形成双道冗余密封，所述内环与外环采用激光分段平面焊接，所述外环的外周具有焊接凸起，所述上壳体、所述下壳体和所述焊接凸起焊接在一起，从而通过所述密封组件和所述上壳体组件形成气腔，通过所述密封组件和所述下壳体组件形成液腔。2.根据权利要求1所述的微压响应储液器，其特征在于:所述上壳体上部中轴线处具有气口部，所述阀芯组件包括阀芯、弹簧和阀座，在所述气口部的内腔依次装入所述阀芯、所述弹簧和所述阀座而组成充气阀，所述弹簧位于所述阀芯与所述阀座的定位腔内，所述阀座焊接在所述上壳体上，所述阀芯组件与所述上壳体气口部之间采用平面菌状金属一非金属密封结构，所述充气阀的充气口处采用目形密封结构进行冗余密封。3.根据权利要求1所述的微压响应储液器，其特征在于:所述下壳体侧壁包括圆柱部分和与所述橡胶膜片外形配合的锥台部分，所述圆柱部分外壁带有三个耳形固定凸起，所述锥台部分底部中轴线处具有液口部，所述液口部具有出口管，在所述液口部附近的锥台部分上具有定位凹槽，所述过滤组件通过圆形孔板与过滤网点焊而成，并焊接在所述定位凹槽中，所述过滤组件的流通面积大于所述出口管的流通面积。4.根据权利要求1?3中任一项所述的微压响应储液器，其特征在于:所述锥台形的母线与轴线的夹角为45°。5.根据权利要求1?3中任一项所述的微压响应储液器，其特征在于:所述的橡胶膜片的主体材料为三元乙丙橡胶，并添加锦丝绸作为支撑骨架，所述的橡胶膜片厚度为0.5mmο6.根据权利要求1?3中任一项所述的微压响应储液器，其特征在于:所述外环与所述内环壁厚相同，所述内环上带有半圆形凸起，所述外环上有相应的半圆形凹槽，两者配合压紧时，实现对所述橡胶膜片的夹持固定。7.根据权利要求1?3中任一项所述的微压响应储液器，其特征在于:所述内环与所述外环分段平面焊接的每段焊缝长度在15_?30_之间，并沿周向均匀分布。8.根据权利要求1?3中任一项所述的微压响应储液器，其特征在于:还具有用于安装在所述液口部和所述气口部的保护帽。
【文档编号】F15B1/12GK105889145SQ201410753573
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月11日
【发明人】李华, 李业栋, 陈磊, 黄红耀, 刘广续, 赵鼎, 董航
【申请人】西安航天发动机厂