一种双推进剂阀门控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及液体火箭发动机阀门控制技术领域，具体涉及一种双推进剂阀门控制系统。


背景技术：

2.液体火箭发动机的推进剂供应系统中需要用到很多阀门，以便对推进剂的供应进行控制。现有技术中，液体火箭发动机推进剂供应系统往往都是采用控制阀。火箭发动机推进剂供应系统分为燃料路和氧化剂路，通常采用两台电磁阀分别控制燃料路和氧化剂路的液路阀门通断。此方案导致推进剂供应系统中的元器件数量多，不利于液体火箭发动机的小型化设计。
3.因此，亟需设计一种能够利用一个电磁阀同时控制氧阀和燃料阀的双推进剂阀门控制系统。


技术实现要素：

4.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提供了一种双推进剂阀门控制系统，克服了现有技术的不足，通过一台电磁阀同时控制两个推进剂路阀门，不但节省占用空间，优化发动机系统的空间布局，也利于发动机系统的小型化设计。
5.本实用新型提供了一种双推进剂阀门控制系统，包括电磁阀、燃料阀和氧阀；所述电磁阀的控制气出口分别与所述燃料阀和所述氧阀的控制气入口连通；所述电磁阀还设有能够与所述控制气出口连通的第一排气口；所述电磁阀通电后阀门打开，控制气能够进入所述电磁阀，并经过所述控制气出口分别进入所述燃料阀和所述氧阀，使所述燃料阀和所述氧阀打开；所述电磁阀断电后阀门关闭，控制气停止进入所述电磁阀，所述控制气出口能够和所述第一排气口连通，所述燃料阀与所述氧阀的控制气入口端的控制气通过所述第一排气口排出，使所述燃料阀和所述氧阀关闭。
6.在一个实施例中，所述电磁阀包括：电磁壳体、电磁阀盖、进气控制单元、电磁阀芯、排气阀芯以及设置于所述电磁壳体的施力单元；所述电磁阀盖设有控制气出口和第一排气口，所述排气阀芯设置于所述第一排气口，用于与其内壁形成密封面；所述电磁壳体一侧设有第一导向孔，另一侧与所述电磁阀盖连接形成第二导向孔，所述第一导向孔与所述第二导向孔之间通过颈部结构隔开；所述进气控制单元设置于所述第一导向孔，用于压紧所述颈部结构形成密封面；所述电磁阀芯可移动地设置于所述第二导向孔，其一端用于解除所述进气控制单元对所述颈部结构的密封，另一端伸入所述第一排气口与所述排气阀芯连接；所述施力单元设置于所述电磁阀芯外围；电磁阀未通电时，所述施力单元给所述电磁阀芯提供远离所述进气控制单元的力，使所述排气阀芯打开所述第一排气口，并保持所述进气控制单元密封所述颈部结构；电磁阀通电时，所述施力单元给所述电磁阀芯提供靠近所述进气控制单元的力，带动所述排气阀芯密封所述第一排气口，并驱动所述进气控制单元解除对所述颈部结构的密封。
7.在一个实施例中，所述施力单元包括第一弹簧和线圈；所述电磁阀芯靠近所述进气控制单元的一侧设有肩部，所述电磁壳体与所述肩部对应的位置轴向设有第一弹簧腔，所述第一弹簧至少部分设置于所述第一弹簧腔内；所述线圈设置于所述第一弹簧腔的外围；在所述线圈断电时，利用所述第一弹簧的弹性力推动所述电磁阀芯远离所述进气控制单元；在所述线圈通电时，电磁力克服弹簧力带动所述电磁阀芯靠近所述进气控制单元。
8.在一个实施例中，所述进气控制单元远离所述电磁阀芯的一侧外壁与所述电磁壳体内壁密封连接，另一侧外壁与所述电磁壳体内壁间隔设置形成间隔通道；所述进气控制单元远离所述电磁阀芯的一侧设有内孔，所述内孔与所述间隔通道通过小孔连通，以便于控制气进入所述间隔通道；所述进气控制单元靠近所述电磁阀芯的一侧设有第二弹簧腔，所述第二弹簧腔内依次设有第二弹簧和第一钢球；所述第一钢球一端用于压紧所述第二弹簧，另一端在所述第二弹簧的弹性力作用下压紧所述颈部结构形成密封面，以隔断所述间隔通道与所述第二导向孔的控制气流通。
9.在一个实施例中，所述电磁阀芯内部具有通气的气孔和流道，以便于所述电磁阀芯在所述第二导向孔内进行往复运动时通气。
10.在一个实施例中，所述燃料阀包括燃料阀壳体、挡圈、以及设置于所述燃料阀壳体内部的堵盖、活塞、第三弹簧以及长杆阀芯；所述燃料阀壳体设有控制气入口、燃料路入口和燃料路出口；所述挡圈将所述堵盖固定设置于所述燃料阀壳体一端内部，所述活塞与所述堵盖间隔设置形成第一工作腔；所述控制气入口贯穿所述挡圈和所述堵盖后与所述第一工作腔连通；所述活塞靠近所述堵盖的一侧外壁与所述燃料阀壳体内壁动密封连接，另一侧外壁与所述燃料阀壳体内壁形成第三弹簧腔，所述第三弹簧设置于所述第三弹簧腔内，用于为所述活塞提供朝向所述堵盖的弹性力；所述长杆阀芯包括依次连接的连接端、长杆和密封端；所述连接端与所述活塞螺接，所述长杆靠近所述连接端的一侧与所述燃料阀壳体内壁密封连接，另一侧与所述燃料阀壳体内壁形成第二工作腔；所述第二工作腔同时与所述燃料路入口和所述燃料路出口连通，所述密封端设置于所述燃料路出口；所述电磁阀未通电时，在所述第三弹簧的弹性力作用下，所述活塞向所述长杆阀芯施加朝向所述堵盖方向的作用力，使所述密封端对所述燃料路出口形成密封。
11.在一个实施例中，所述燃料阀壳体还设有与所述第三弹簧腔的第二排气口连通的单向阀；所述单向阀用于排出所述第三弹簧腔内的气体。
12.在一个实施例中，所述单向阀包括设置于所述燃料阀壳体的单向阀壳体、第四弹簧腔、第四弹簧以及第二钢球；所述单向阀壳体远离所述第三弹簧腔的一侧外壁与所述燃料阀壳体内壁密封连接，另一侧外壁与所述燃料阀壳体内壁间隔设置形成排气通道；所述单向阀壳体与所述燃料阀壳体间隔设置部分的内部设有所述第四弹簧腔，所述第四弹簧腔与所述单向阀的出口连通；所述第四弹簧设置于所述第四弹簧腔内，所述第二钢球一端压紧所述第四弹簧，另一端在所述第四弹簧的弹性力作用下压紧所述第二排气口形成密封面；所述单向阀壳体的侧壁还设有用于排气的小孔；所述小孔将所述排气通道与所述第四弹簧腔和所述单向阀出口连通，使气体能够通过所述单向阀出口排出。
13.在一个实施例中，所述长杆与所述燃料阀壳体内壁密封连接的位置还设有第一密封圈；所述堵盖外壁与所述燃料阀壳体内壁之间设有第二密封圈；所述活塞外壁与所述燃料阀壳体内壁之间设有第三密封圈。
14.在一个实施例中，所述燃料阀与所述氧阀的结构相同。
15.本实用新型实施例提供的一种双推进剂阀门控制系统，能够利用一台电磁阀同时控制两路推进剂阀门的打开或关闭，可应用于发动机推进剂供应系统，能够简化发动机供应系统结构和阀门数量，优化发动机推进剂供应系统的结构布局，使整体结构更简单，工作更可靠。
16.在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例的双推进剂阀门控制系统整体结构示意图。
19.图2是本实用新型实施例的电磁阀整体结构示意图。
20.图3是本实用新型实施例的电磁阀进气控制单元部分的结构示意图。
21.图4是本实用新型实施例的燃料阀的结构示意图。
22.图5是本实用新型实施例的燃料阀第一工作腔端的放大图。
23.图6是本实用新型实施例的单向阀整体结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。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。
25.参见图1，本实用新型提供了一种双推进剂阀门控制系统，包括电磁阀1、燃料阀2和氧阀3。电磁阀1的控制气出口10分别与燃料阀2的控制气入口20和氧阀3的控制气入口30连通，从而能够实现通过一台电磁阀同时控制两路推进剂阀门。电磁阀1还设有能够与控制气出口10连通的第一排气口122。
26.当电磁阀1通电后阀门打开，控制气能够进入电磁阀1并经过控制气出口10，分别充入燃料阀2和氧阀3，使燃料阀和氧阀打开。
27.当电磁阀1断电后阀门关闭，控制气停止进入电磁阀1。此时，控制气出口10能够与第一排气口122连通，从而使燃料阀2和氧阀3的控制气入口与第一排气口连通，使两个推进剂阀门控制气入口端的控制气能够通过第一排气口122排出至大气，从而泄压，进而实现燃料阀与氧阀的关闭。
28.本实用新型实施例的双推进剂阀门控制系统，由一台电磁阀控制两路推进剂阀门
组合结构，应用于发动机推进剂供应系统后，可以简化供应系统结构和阀门数量。电磁阀还设有与控制气出口连通的第一排气口，方便氧阀和燃料阀控制气入口端(控制腔)泄压。
29.同时参见图1和图2，在一个实施例中，电磁阀1包括电磁壳体 11、电磁阀盖12、进气控制单元13、电磁阀芯14、排气阀芯15以及设置于电磁壳体11的施力单元16。电磁阀盖12设有控制气出口 10和第一排气口122，排气阀芯15设置在第一排气口122内，用于与第一排气口122内壁压紧后形成密封面。第一排气口122的密封面为金属密封面，排气阀芯15用于密封的端面镶有非金属密封面，非金属密封面与金属密封面能够形成良好的密封副，能够可靠地实现电磁阀内部流道与第一排气口122之间的通断。
30.电磁壳体11的一侧设有第一导向孔111，另一侧与电磁阀盖12 连接形成第二导向孔112，第一导向孔111与第二导向孔112之间通过颈部结构113隔开。进气控制单元13设置于第一导向孔111，用于压紧颈部结构113形成密封面，以隔断第一导向孔111与第二导向孔112的连通。电磁阀芯14可移动地设置于第二导向孔112，电磁阀芯14轴向的外壁与第二导向孔112的外壁间隔设置。施力单元16 设置于电磁阀芯14的外围，用于为电磁阀芯14提供密封力(轴向远离进气控制单元13的力)和解除密封的力(轴向靠近进气控制单元 13的力)。
31.电磁阀芯14靠近进气控制单元13的一侧还设有凸台141，另一端设有伸出杆142，伸出杆142伸入第一排气口122与排气阀芯15 连接。
32.具体地，阀门装配完毕后，燃料阀2和氧阀3处于关闭状态，电磁阀芯14在进气控制单元13的作用下靠近电磁阀盖12，使凸台141 脱离进气控制单元13，且伸出杆142带动排气阀芯15脱离第一排气出口122，电磁阀1处于关闭状态。
33.电磁阀1未通电时，电磁阀保持关闭状态，施力单元16给电磁阀芯14提供远离进气控制单元13的力，使进气控制单元13密封颈部结构113，使排气阀芯15打开第一排气口122，从而能够实现燃料阀2和氧阀3的控制气入口分别通过控制气出口121与第一排气口 122连通。与此同时，进气控制单元13还能够将电磁阀1的颈部结构113(控制气进口)密封。
34.电磁阀1通电时，施力单元16给电磁阀芯14提供靠近进气控制单元13的力，驱动电磁阀芯向进气控制单元的方向移动，并带动排气阀芯15密封第一排气口121，驱动进气控制单元13解除对颈部结构113的密封，从而使控制气通过电磁阀1的控制气出口112分别进入燃料阀2和氧阀3的控制气入口，燃料阀2和氧阀3在控制气的驱动下实现阀门打开。
35.进一步地，排气阀芯的非金属密封面上还设有密封垫，以提升密封效果。
36.更进一步地，伸出杆142伸入第一排气口122与排气阀芯15螺接。
37.在一个实施例中，施力单元16包括第一弹簧161和线圈162。电磁阀芯14靠近进气控制单元13的一侧设有肩部，电磁壳体11与肩部对应的位置轴向设有第一弹簧腔114，第一弹簧161至少部分设置于第一弹簧腔114内。线圈162设置于第一弹簧腔114的外围。
38.线圈未通电时，第一弹簧161利用弹性力推动电磁阀芯14远离进气控制单元13，使电磁阀保持关闭。线圈通电后产生电磁力，电磁力与弹性力方向相反，能够克服弹性力带动电磁阀芯14向进气控制单元13的方向移动，使电磁阀打开，同时使第一排气口密封。
39.进一步地，电磁阀芯14内部具有通气的气孔和流道143，流道 143与控制气排气口连通，以便于电磁阀芯14在第二导向孔112内进行往复运动时通气。
40.同时参见图2和图3，在一个实施例中，进气控制单元13远离电磁阀芯14一侧的外
壁与电磁壳体11内壁密封连接，另一侧外壁与电磁壳体11内壁间隔设置形成间隔通道a，进气控制单元13远离电磁阀芯14的一侧设有内孔131，内孔131与间隔通道a通过小孔132 连通，以便于控制气进入间隔通道a。进气控制单元13靠近电磁阀芯14的一侧设有第二弹簧腔133，第二弹簧腔133内依次设有第二弹簧134和第一钢球135。第一钢球135一端用于压紧第二弹簧134，另一端在第二弹簧134的弹性力作用下压紧颈部结构113形成密封面，以隔断间隔通道a与电磁阀芯14的控制气流通。
41.其中，颈部结构113的密封端与第一钢球135表面匹配设置，以增大第一钢球与颈部结构的密封面积，提升密封效果。
42.本实用新型实施例的双推进剂阀门控制系统，以内孔131作为电磁阀的控制气入口。控制气通过内孔131进入电磁阀后，首先通过小孔132进入间隔通道a，当进气控制单元3解除对颈部结构的密封时，间隔通道a内的控制气能够通过颈部结构进入电磁阀芯14。
43.在一个实施例中，进气控制单元13设有内孔131的一端伸出第一导向孔111后，通过法兰结构135与电磁壳体11固定连接，以避免电磁阀的控制气进气端与大气连通。其中，内孔131用于与控制气入口管路连通。
44.同时参见图1和图2，燃料阀2和氧阀3的控制气入口分别通过导管4与电磁阀1的控制气出口121连接。
45.同时参见图1、图4和图5，在上述实施例中，燃料阀2包括燃料阀壳体21、进气密封单元22、以及设置于燃料阀壳体21内部的活塞23、第三弹簧24和长杆阀芯25。进气密封单元22包括挡圈221 和堵盖222。堵盖222外壁与电磁壳体21内壁密封连接，挡圈221 设置于电磁壳体21的端部，用于将堵盖222卡住并固定在电磁壳体。
46.燃料阀壳体21设有控制气入口211、燃料路入口212和燃料路出口213。控制气入口211与导管4连通，燃料路入口用于与燃料入口管连通，以供燃料进入，燃料路出口用于将燃料阀内的燃料排出。堵盖222和挡圈221设置于燃料阀壳体21的一端，设置于燃料阀壳体21内部的活塞23与堵盖222间隔设置形成第一工作腔b，控制气入口211贯穿进气堵盖222和挡圈221后与第一工作腔b连通。
47.活塞23靠近堵盖222的一侧外壁与燃料阀壳体21内壁动密封连接，另一侧外壁与燃料阀壳体21内壁形成第三弹簧腔26。第三弹簧24 设置于第三弹簧腔26内，第三弹簧24远离堵盖222的一端与电磁壳体21抵接，另一端将活塞23动密封端压紧，为活塞23提供朝向堵盖222的弹性力。
48.长杆阀芯25包括依次连接的连接端251、长杆252和密封端253。连接端251与活塞远离进气密封单元22的一侧连接，长杆252靠近连接端251的一侧与燃料阀壳体21内壁密封连接，另一侧与燃料阀壳体21内壁形成第二工作腔c。第二工作腔c同时与燃料路入口212 和燃料路出口213连通，密封端253设置于燃料路出口213。当密封端253将燃料路出口213密封后，第二工作腔c只与燃料路入口212 连通。
49.同时参见图1、图4和图5，本实用新型为了增加燃料阀的密封性，可以在长杆252与燃料阀壳体21内壁密封位置设置第一密封圈 2521。
50.进一步地，长杆阀芯25的连接端251与活塞23螺纹连接。长杆阀芯25的密封端253镶有非金属密封面，燃料路出口213用于与密封端253对接的位置设有金属密封面。
51.需要特别说明的是，长杆阀芯25的密封端253将燃料路出口213 密封状态下，燃料
路入口位于第二工作腔c大概中间的位置。由于燃料路入口212与第二工作腔c连通，为了避免在燃料的压力下打开燃料路出口213，可以以燃料路入口212为中点，使靠近第一密封圈2521 侧的腔体面积与靠近燃料路出口213侧的腔体面积基本相等。以保证燃料推进剂进入第二工作腔c后，对第一密封圈2521施加的压力与对密封端253施加的压力相等。
52.具体地，可以使设置于第二工作腔c内的长杆252轴向直径相同，使电磁壳体内壁形成第二工作腔c的部分直径相同。当第一密封圈 2521与长杆252之间设有过渡面，则密封端253与燃料路出口213 的密封面之间对应设有相同坡度的过渡面。
53.电磁阀1未通电时，在第三弹簧24的弹性力作用下，活塞23向长杆阀芯25施加朝向进气密封单元22方向的作用力，以利用密封端 253对燃料路出口213密封，即燃料入口与出口关闭。燃料阀在第三弹簧作用下推动活塞使长杆阀门密封端与壳体内壁(燃料路出口)处于关闭位置停止，即燃料入口与出口关闭，由于第二工作腔c内燃料路入口212两侧的工作面积基本相同，阀门介质在第三弹簧力作用下无法推开阀门。
54.本实用新型的双推进剂阀门控制系统，即使第二工作腔c内燃料路入口212两侧的工作面积不完全相同，在第三弹簧的弹性力作用下，仍能保持阀门关闭。
55.同时参见图4和图5，本实用新型为了增加燃料阀的密封性，可以在长杆252与燃料阀壳体21内壁密封连接的位置还设有第一密封圈2521。堵盖222外壁与燃料阀壳体21内壁之间设有第二密封圈 2221。活塞23外壁与燃料阀壳体21内壁之间设有第三密封圈231。
56.在一个实施例中，第三弹簧腔26还设有用于排出腔内介质的第二排气口，燃料阀壳体1对应设有与第三弹簧腔26的第二排气口连通的单向阀27，当介质在第三弹簧腔26内形成一定压力后单向阀27 能够打开并排出介质。
57.同时参见图5和图6，单向阀包括设置于燃料阀壳体21的单向阀壳体271、第四弹簧腔272、第四弹簧273以及第二钢球274。单向阀壳体271远离第三弹簧腔26的一侧外壁与燃料阀壳体21内壁密封连接，另一侧外壁与燃料阀壳体21内壁间隔设置形成排气通道d。单向阀壳体271与燃料阀壳体21间隔设置部分的内部设有第四弹簧腔272，第四弹簧腔272还与单向阀27的出口275连通。单向阀壳体271的侧壁还设有用于排气的小孔276，小孔276将排气通道d与第四弹簧腔272和单向阀出口275连通。
58.第四弹簧273设置于第四弹簧腔272内，第二钢球274一端压紧第四弹簧273，另一端在第四弹簧273的弹性力作用下压紧第二排气口形成密封面。如果第一密封圈和第二密封圈的动密封发生微泄漏，泄漏介质可进入第三弹簧腔26，泄漏介质在第三弹簧腔26形成一定压力后，推动第四钢球远离第二排气口，并使第二排气口与排气通道 d连通，泄漏介质经排气通道d、小孔276、第四弹簧腔272后从单向阀的排气出口275排出，可以有效避免燃料阀内部形成阻碍阀门动作的背压。
59.进一步地，在满足防止空气中水汽进入单向阀内部所必须的密封比压下，第四弹簧力值设计较小，泄漏介质可在很低的压力下打开单向阀。
60.本实用新型的双推进剂阀门控制系统的氧阀与燃料阀的结构组成基本相同，利用一台电磁阀可以同时控制两个阀门。
61.本实用新型的双推进剂阀门控制系统开始工作时，线圈通电产生电磁力，电磁阀芯在电磁力作用下克服第一弹簧的作用力向控制气进口的方向移动，当排气阀芯的非金属密封面与电磁阀盖的金属密封面贴合时，电磁阀芯停止移动，排气阀芯与电磁阀盖形成密
封切断电磁阀内部流道与排气口之间控制气流通。与此同时，电磁阀芯的凸台端接触第一钢球并驱动使其移动，使第一钢球脱离电磁壳体密封面(颈部结构)，电磁阀入口与电磁阀芯的流道相通。控制气经电磁阀入口、进气控制单元小孔、间隔通道a、电磁阀芯内部流道、控制器出口沿导管流入燃料阀和氧阀的第一工作腔。第一工作腔是燃料阀和氧阀的控制腔，控制气在第一工作腔形成作用力克服第三弹簧作用力推动活塞下移(远离堵盖)，活塞下移时带动长杆阀芯下移，直到活塞的下端面与壳体设置第三弹簧腔的轴线面贴合停止移动。此时长杆阀芯密封端的非金属密封面分别与壳体的金属密封面脱离，燃料路入口和出口相通，氧路入口和出口相通，燃料阀与氧阀的阀门打开。
62.需要使氧阀和燃料阀的阀门关闭时，可以使线圈2断电，在第一弹簧和控制气形成的介质力共同作用下，电磁阀芯移至与电磁阀盖端面贴合后停止移动，电磁阀芯的凸台端脱离第一钢球，第一钢球在第二弹簧的作用下移动至电磁壳体密封面(颈部结构)，即电磁阀的控制气入口与电磁阀芯流道关闭，因此电磁阀关闭。此时排气阀芯非金属密封面与电磁阀盖金属密封面(第一排气出口密封面)脱离，燃料阀和氧阀的第一工作腔通过导管与第一排气出口相通，第一工作腔内的介质经第一排气出口排出至大气从而泄压。燃料阀/氧阀在第三弹簧作用下推动活塞使长杆阀芯与推进剂出口处于关闭位置停止，即燃料/氧入口与出口关闭。
63.本实用新型的上述实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
64.本实用新型的一种双推进剂阀门控制系统，能够利用一台电磁阀同时控制两路推进剂阀门的打开或关闭，可应用于发动机推进剂供应系统，能够简化发动机供应系统结构和阀门数量，优化发动机推进剂供应系统的结构布局，使整体结构更简单，工作更可靠。
65.以上所述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。