一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置

文档序号:285963 发布日期:2021-11-23 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置 (Spacecraft thermal control single-phase fluid loop device based on novel shaftless pump ) 是由 陈昊文 王艺 李宗峰 于 2021-08-31 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置,包括储液器、新型无轴泵、第一热沉、第二热沉和流体管路。本发明摒弃了传统驱动泵,采用了一种可区域串联使用的新型无轴泵驱动工质流动。该新型无轴泵采用泵与管道的一体化设计,电机与泵的一体化设计,结构更加紧凑。本发明在解决了泵在流体回路管道中的密封问题,以及减小回路的沿程阻力的同时,也具有可快速集成,高适应性的特点。可应用于小卫星航天器的热量传递,以及航天器部分区域的等温化设计。(The invention discloses a spacecraft thermal control single-phase fluid loop device based on a novel shaftless pump, which comprises a liquid reservoir, the novel shaftless pump, a first heat sink, a second heat sink and a fluid pipeline. The invention abandons the traditional driving pump and adopts a novel shaftless pump which can be used in series in a region to drive the working medium to flow. The novel shaftless pump adopts the integrated design of a pump and a pipeline, and the structure is more compact due to the integrated design of a motor and the pump. The invention solves the sealing problem of the pump in the fluid loop pipeline, reduces the on-way resistance of the loop, and has the characteristics of quick integration and high adaptability. The method can be applied to heat transfer of a small satellite spacecraft and isothermal design of a partial region of the spacecraft.)

一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置

技术领域

本发明涉及流体回路装置领域,尤其涉及一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置。

背景技术

航天器面对复杂的热环境需要具备一定的热控手段,这种热控手段包括主动热控制技术以及被动热控制技术。随着空间任务的复杂度提高,被动式热控手段,例如环路热管、隔热材料,往往不能满足区域等温化或者更多热量传递的要求。同时,针对一些精度要求更高的卫星热控系统,需要能够针对热量传递过程进行调节。因此主动式热控制技术就显的尤为重要。近年来,作为航天器主动热控的重要技术手段,泵驱流体回路热控技术已经广泛被研究人员应用在各类空间任务以及科学实验中。其利用工质的流动以及传热特性,将内部的热量收集并传输到散热器,实现航天器的热控管理。但是针对不同卫星流体回路的指标要求,需要对驱动泵以及流体回路进行相应的选型设计,增加了研究成本以及任务复杂度。传统泵的设计也会存在泄漏以及增加管道沿程阻力的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置,从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:

一种基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置,包括储液器、新型无轴泵、第一热沉、第二热沉和流体管路;所述新型无轴泵、所述第一热沉、所述第二热沉通过所述流体管路连成封闭环路,所述新型无轴泵、所述第一热沉、所述第二热沉的连接顺序不分先后;所述储液器连接到所述流体管路上,用于对所述封闭环路内的工质进行调节。

进一步,所述新型无轴泵的数量为一个以上,并串联在所述封闭环路中。

进一步,所述新型无轴泵包括第一新型无轴泵和第二新型无轴泵,所述第一新型无轴泵、所述第一热沉、所述第二新型无轴泵和所述第二热沉顺序通过所述流体管路连成封闭环路;所述储液器连接到所述第一新型无轴泵和所述第一热沉之间的所述流体管路上。

进一步,所述第一热沉为冷板,所述冷板用于吸收发热工件的热量,并将热量传递给所述工质。

进一步,所述第二热沉为辐射器,所述辐射器用于将工质传递的热量通过辐射热进行排散。

进一步,所述储液器为橡皮囊式储液器。

进一步,所述新型无轴泵,采用整体套筒式设计,包括定子端盖、第一轴承、限位工件、转子、固定管道、端盖、叶片、旋转部件、第二轴承以及定子;所述定子的两端栓接有所述定子端盖,所述固定管道穿过所述定子端盖和所述定子,所述端盖与所述固定管道法兰连接;所述第一轴承、所述限位工件、所述转子、所述叶片、所述旋转部件和所述第二轴承都位于所述固定管道的管体内部;所述转子外侧嵌有磁瓦,内侧特殊卡口与所述旋转部件的第一凸台配合组装,所述旋转部件的第二凸台高于所述转子的内侧特殊卡口以及所述旋转部件的所述第一凸台,防止所述转子与所述旋转部件发生径向相对移动;所述第一轴承与所述第二轴承分别与所述旋转部件的两端相接,使所述旋转部件能够沿所述固定管道的轴线转动;所述第一轴承于所述固定管道的收口端之间过盈配合;所述端盖内测有环形凸台,所述第二轴承与所述端盖的环形凸台之间过盈配合;所述限位工件在所述第一轴承与所述转子之间,限制所述第一轴承与所述转子发生径向移动,且所述限位工件内侧有特殊卡口设计,与所述旋转部件的所述第一凸台相接,防止所述限位工件与所述旋转部件发生相对旋转运动,同时限制所述旋转部件的径向移动;所述第二轴承为阶梯轴,与所述旋转部件的第二凸台以及所述端盖相接;所述叶片以固定角度与位置组装在所述旋转部件内侧。

进一步,所述新型无轴泵中所述固定管道的收口端和所述端盖的出口端的管内径尺寸不超过15mm。

进一步,所述新型无轴泵中所述定子采用小型无刷电机定子结构,其外部尺寸不超过10cm*10cm*10cm。

进一步,所述新型无轴泵中所述盖端内侧有环形小凹槽,其中放置有密封圈。

本发明的有益效果是:

1.本发明可应用于小卫星航天器的热量传递,以及航天器部分区域的等温化设计;

2.本发明采用了一种可区域串联使用的新型无轴泵驱动工质流动,该新型无轴泵采用泵与管道的一体化设计,电机与泵的一体化设计,结构更加紧凑,在进一步减少设计体积的同时,又能使整体管路进一步减少泄露的风险,具有快速集成和高适应性的特点;

3.本发明使用的新型无轴泵解决了使用传统泵带来的振动问题,弯管设计问题以及弯管带来的沿程阻力问题,提高了整体装置的适应性以及抗振性;

4.通过控制不同位置的新型无轴泵的转速,即可控制流体回路中工质的流动速率,从而实现对热量传递的控制。同时针对不同热量的传递,还可以采取增加或减少无轴泵工作数量的方式增加或减少流体回路的传热能力。

附图说明

图1是本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的一种典型回路示意图;

图2是本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的新型无轴泵的整体结构示意图;

图3是本发明本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的新型无轴泵的轴向剖视图;

图4是本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的新型无轴泵的径向示意图;

图5是本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的新型无轴泵的内部叶片与旋转部件结构示意图;

其中,1-螺栓;2-定子端盖;3-第一轴承;4-限位工件;5-转子;6-固定管道;7-密封圈;8-端盖;9-叶片;10-旋转部件;11-第二轴承;12-定子;13-底座;14-旋转部件第一凸台;15-旋转部件第二凸台;16-储液器;17-第一新型无轴泵;18-第二新型无轴泵;19-第一热沉;20-第二热沉;21-流体管路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。

图1展示了本发明基于新型无轴泵的航天器热控单相流体回路装置的一种典型回路示意图。该回路装置包括储液器16、第一新型无轴泵17、第二新型无轴泵18、第一热沉19、第二热沉20和流体管路21;所述第一新型无轴泵17、所述第一热沉19、所述第二新型无轴泵18和所述第二热沉20顺序通过所述流体管路21连成封闭环路;所述储液器16连接到所述第一新型无轴泵17和所述第一热沉19之间的所述流体管路21上,用于对所述封闭环路内的工质进行调节。

所述第一新型无轴泵17和所述第二新型无轴泵18泵驱动工质在所述流体管路21中循环流动,通过所述第一热沉19并带走所述第一热沉19所吸收的热量,工质继续流动至所述第二热沉20,所述第二热沉20通过辐射将工质传递过来的热量排出,从而达到控制热量的目的。

优选的,所述第一热沉19为冷板,所述冷板将发热工件的热量吸收,并随所述流体管路21中的液体工质传递到所述第二热沉20。

优选的,所述第二热沉20为辐射器,将工质传递的热量通过辐射热进行排散。

优选的,所述储液器16为橡皮囊式储液器,根据管路压力情况对工质进行补偿或抑制,保证所述封闭环路的正常运行。

现有流体回路一般会采取在分别在两个管道通过设置单向阀的方式,将两个或多个泵并行,使其互为备份,导致管路成本增加以及空间占用。本发明所用新型无轴泵,包括所述第一新型无轴泵17和所述第二新型无轴泵18,由于其具有轴向流道、泵与管道一体化的设计特点,能够在流体回路中串联使用,不影响沿程阻力的同时,也可增加其水力性能。此外,当新型无轴泵串联使用时,如在图1中,所述第一新型无轴泵17和所述第二新型无轴泵18串联连接,互为备份,即使其中一个出现问题,也可保证工质的正常循环,增加了整体流体回路装置的可靠性。

由此,所述新型无轴泵能够灵活的串联在流体回路中,其与吸热部件,如所述第一热沉19,和散热部件,如所述第二热沉20,的连接,没有特定的前后顺序关系;也能够根据实际需要增加或减少所述新型无轴泵的数量,从而实现流体回路传热能力的增强或减弱。

所述新型无轴泵,包括所述第一新型无轴泵17和所述第二新型无轴泵18,采用整体套筒式设计,主要结构包括定子端盖2、第一轴承3、限位工件4、转子5、固定管道6、密封圈7、端盖8、叶片9、旋转部件10、第二轴承11以及定子12。

如图2,所述定子12采用小型无刷电机定子结构,其外部尺寸不超过10cm*10cm*10cm。所述定子12的两端栓接有所述定子端盖2,所述固定管道6穿过所述定子端盖2和所述定子12,所述端盖8与所述固定管道6法兰连接,所述盖端8内侧有放置所述密封圈7的环形小凹槽,防止法兰连接处的工质泄漏。所述固定管道6的一端为收口端,另一端通过所述端盖8收口,方便工件从一侧安装。

为了方便与航天器流体回路所选用管道连接,所述固定管道6的收口端和所述端盖8的出口端的管内径尺寸应在15mm内。

进一步,所述定子12外侧固定有底座13,用于将泵体固定在航天器结构中。

如图3,所述第一轴承3、所述限位工件4、所述转子5、所述叶片9、所述旋转部件10和所述第二轴承11都位于所述固定管道6的管体内部,工质从所述固定管道6的管体内部流过,可有效带走热量,同时对所述第一轴承3和所述第二转轴11起到润滑作用。

由于航天器热控流体回路所选工质种类复杂,所需材料需要具有高强度、耐腐蚀的特点。因此所述固定管道6选用材料为不锈钢或者哈氏合金,管壁厚度不超过1mm,能够最大程度减小固定管道产生的涡流效应。

如图4和图5,所述转子5外侧嵌有磁瓦,内侧特殊卡口与所述旋转部件10的第一凸台14配合组装,所述旋转部件10的第二凸台15高于所述转子5的内侧特殊卡口以及所述旋转部件10的所述第一凸台14,防止所述转子5与所述旋转部件10发生径向相对移动。

如图3,所述第一轴承3与所述第二轴承11分别与所述旋转部件10的两端相接,使所述旋转部件10能够沿所述固定管道6的轴线转动;所述第一轴承3于所述固定管道6的收口端之间过盈配合;所述端盖8内测有环形凸台,所述第二轴承11与所述端盖8的环形凸台之间过盈配合;所述限位工件4在所述第一轴承3与所述转子5之间,限制所述第一轴承3与所述转子5发生径向移动,且所述限位工件4内侧有特殊卡口设计,与所述旋转部件10的所述第一凸台14相接,防止所述限位工件4与所述旋转部件10发生相对旋转运动,同时限制所述旋转部件10的径向移动;所述第二轴承11为阶梯轴,与所述旋转部件10的第二凸台15以及所述端盖8相接。

如图4和图5,所述叶片9由多个单独叶片组成,无中心轴连接,以固定角度与位置组装在所述旋转部件10内侧。所述叶片9的设计尺寸在毫米级范围内。所述定子12的内部绕组通电后产生旋转磁场,驱动所述转子5沿所述固定管道6的轴线转动,同时带动所述旋转部件10以及所述叶片9旋转,从而驱动工质沿所述固定管道6流动。通过调节控制器对所述定子12的旋转磁场强度进行控制,进而实现对所述转子5以及所述旋转部件10、所述叶片9的旋转速度的控制,可以实现对工质的流速的控制。

通过采用本发明公开的上述技术方案,得到了如下有益的效果:

1.本发明可应用于小卫星航天器的热量传递,以及航天器部分区域的等温化设计;

2.本发明采用了一种可区域串联使用的新型无轴泵驱动工质流动,该新型无轴泵采用泵与管道的一体化设计,电机与泵的一体化设计,结构更加紧凑,在进一步减少设计体积的同时,又能使整体管路进一步减少泄露的风险,具有快速集成和高适应性的特点;

3.本发明使用的新型无轴泵解决了使用传统泵带来的振动问题,弯管设计问题以及弯管带来的沿程阻力问题,提高了整体装置的适应性以及抗振性;

4.通过控制不同位置的新型无轴泵的转速,即可控制流体回路中工质的流动速率,从而实现对热量传递的控制。同时针对不同热量的传递,还可以采取增加或减少无轴泵工作数量的方式增加或减少流体回路的传热能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

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