差动型隔离膜片阀以及多推进剂并联供液系统
阅读说明：本技术 差动型隔离膜片阀以及多推进剂并联供液系统 (Differential type isolation diaphragm valve and multi-propellant parallel liquid supply system ) 是由 朱建国 宁建华 王吉平 宋振平 闫旭宇 李超 张程程 葛洋 于 2020-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及隔离膜片阀,具体涉及一种差动型隔离膜片阀,以解决液体火箭发动机推进剂供应时,多个推进剂贮箱出口处的隔离膜片阀不能可靠打开的问题。本发明所采用的技术方案为：一种差动型隔离膜片阀,包括阀体和差动活塞；阀体上端的顶部接口与贮箱出口连通,阀体下端设置有气压平衡孔,阀体一侧开设有侧方接口；差动活塞下部为柱形芯体,差动活塞上部为工字形芯体结构；工字形芯体包括从下至上依次同轴设置的大锥台、柱芯和小锥台,大锥台的圆周面与侧方接口之间形成介质流动的第一间隙,小锥台的圆周面与阀体之间设置有第二间隙,第二间隙处同轴固连有环形膜片；环形膜片底部开设有环形凹槽；本发明还提供了一种多推进剂并联供液系统。(The invention relates to an isolation diaphragm valve, in particular to a differential isolation diaphragm valve, which aims to solve the problem that isolation diaphragm valves at outlets of a plurality of propellant storage tanks cannot be reliably opened when liquid rocket engine propellants are supplied. The technical scheme adopted by the invention is as follows: a differential type isolation diaphragm valve comprises a valve body and a differential piston; the top interface at the upper end of the valve body is communicated with the outlet of the storage tank, the lower end of the valve body is provided with an air pressure balance hole, and one side of the valve body is provided with a side interface; the lower part of the differential piston is a cylindrical core body, and the upper part of the differential piston is an I-shaped core body structure; the I-shaped core body comprises a large frustum, a column core and a small frustum which are coaxially arranged from bottom to top in sequence, a first gap for medium to flow is formed between the circumferential surface of the large frustum and the side interface, a second gap is arranged between the circumferential surface of the small frustum and the valve body, and an annular diaphragm is coaxially and fixedly connected to the second gap; the bottom of the annular diaphragm is provided with an annular groove; the invention also provides a multi-propellant parallel liquid supply system.)
技术领域
本发明涉及隔离膜片阀，具体涉及一种差动型隔离膜片阀以及多推进剂并联供液系统。
背景技术
隔离膜片阀是液体火箭发动机推进剂贮供单元中重要的一种阀门组件，一般安装于贮箱的进口或出口。当隔离膜片阀设置在贮箱的出口时，作用是保证系统增压工作前贮箱内推进剂的可靠隔离，当系统增压工作时隔离膜片阀被挤破，向下游系统供应推进剂。
推进剂的成分包括氧化剂和燃料等，现有多个液体动力系统的氧化剂和燃料分别采用了两贮箱、三贮箱等并联供液的方案，但由于目前普通的隔离膜片阀破裂压差存在一定的散差，在系统起动增压过程，会出现其中一个贮箱出口的隔离膜片阀先被挤破打开，该贮箱出口的推进剂很快充填到其余贮箱出口的隔离膜片阀下游，导致其余贮箱上下游压差达不到膜片破裂压差要求，进而贮箱相对应的隔离膜片阀不能及时打开，造成了推进剂供应的故障，影响了液体火箭发动机推进剂贮供单元的正常运行。
发明内容
本发明在于解决目前液体火箭发动机推进剂供应时，多个推进剂贮箱出口处的隔离膜片阀不能可靠打开的问题，而提供一种差动型隔离膜片阀。
本发明所采用的技术方案为：一种差动型隔离膜片阀，其特殊之处在于，包括阀体和设置在阀体内的差动活塞；
所述阀体上端的顶部接口与贮箱出口连通，阀体下端设置有气压平衡孔，所述阀体侧方开设有侧方接口；
所述差动活塞下部为柱形芯体，用于与阀体配合滑动，差动活塞上部为工字形芯体结构；
所述工字形芯体包括从下至上依次同轴设置的大锥台、柱芯和小锥台，所述大锥台的小端面和小锥台的小端面分别与柱芯的下端面和上端面同轴固连；
所述大锥台的圆周面与侧方接口之间形成介质流动的第一间隙，所述小锥台的圆周面与阀体之间设置有第二间隙，第二间隙处同轴固连有环形膜片；
所述环形膜片的下表面开设有环形凹槽，避免了顶部接口处的介质与环形凹槽的直接接触，增强环形凹槽在介质长期贮存中的稳定性；
环形凹槽的中径D2同时满足以下条件：
条件一：中径D2为环形凹槽外圆面直径和内圆面直径之和的1/2；
条件二：D1≥D2，其中D1为柱形芯体的外径。
进一步地，当D1＝D2时，侧方接口处向下的介质压力和向上的介质压力相同，即差动活塞可抵消阀体侧方接口处向上的介质压力，使环形膜片在顶部接口处的介质压力下破裂。
进一步地，当所述柱形芯体的外径D1等于D2时，即可满足：使用最小的柱形芯体外径，便可实现了即使顶部接口处没有介质压力，侧方接口有相同的介质压力也可以使环形膜片破裂。
进一步地，所述环形膜片的顶面上还设置有压环，所述压环一端与环形膜片固连，另一端与差动活塞固连，用于紧固环形膜片。
进一步地，所述阀体下端套装有限位套，限位套用于防止差动活塞冲出阀体，限位套与阀体之间螺纹连接，所述气压平衡孔开设于限位套底部，气压平衡孔用于将阀体内部与外部大气压连通。
进一步地，所述柱形芯体的与阀体之间设置有密封圈。
本发明还提供了一种多推进剂并联供液系统，包括多个贮箱，以及与贮箱数量相同的上述差动型隔离膜片阀，其中N≥2；N个贮箱的出口分别通过N条管路与N个差动型隔离膜片阀顶部接口一一对应连通，N个差动型隔离膜片阀的侧方接口均连通，且N个差动型隔离膜片阀的侧方接口均通过N条供应支路与推进剂供应主管路连通。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
一、本发明采用的一种差动型隔离膜片阀，具有隔离密封性好、破裂可靠性高和双向破裂功能，当阀体侧方接口处有推进剂流入时，设置的差动活塞，可抵消阀体侧方接口处推进剂向上的压力，并提供较大的向下拉动力而拉动环形膜片可靠破裂，提高了多贮箱并联的推进剂贮供单元隔离膜片阀破裂的可靠性，消除了多贮箱隔离膜片阀的破裂散差及其相互影响，可广泛用于液体火箭发动机多贮箱并联贮存和供应系统中。
二、本发明采用的一种差动型隔离膜片阀，将柱形芯体的外径D1设定为D2时，侧方接口处向下的介质压力是向上的介质压力的2倍，即使顶部接口处没有介质压力，侧方接口有相同的介质压力也可以使环形膜片破裂，实现了使用最小的柱形芯体外径实现了环形膜片的双向破裂，提高差动活塞使用效率。
三、本发明采用的一种差动型隔离膜片阀，除了可应用于航天发动机的多贮箱并联的推进剂贮供单元中外，根据贮存或隔离系统需求，可拓展适用于有双向破裂或时序要求的场合。
附图说明
图1为本发明一种差动型隔离膜片阀的整体装配图。
图2为图1中A处的放大图。
图3为本发明一种差动型隔离膜片阀环形膜片的结构图。
图4为本发明一种差动型隔离膜片阀环形膜片的剖视图。
图5为图4中B处的放大图。
图6为本发明一种多推进剂并联供液系统的结构示意图。
图中：
1-阀体，2-差动活塞，21-大锥台，22-柱芯，23-小锥台，3-顶部接口，4-气压平衡孔，5-侧方接口，6-环形膜片，61-环形凹槽，7-压环，8-限位套，9-密封圈，10-供应支路，11-推进剂供应主管路。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。
如图1和图2所示，本实施例中的一种差动型隔离膜片阀，包括阀体1和设置在阀体1内的差动活塞2；
所述阀体1上端的顶部接口3与贮箱出口连通，阀体1下端设置有气压平衡孔4，所述阀体1侧方开设有侧方接口5；
所述差动活塞2下部为柱形芯体，用于与阀体1配合滑动，差动活塞2上部为工字形芯体结构，所述差动活塞2用于抵消阀体侧方接口5处向上的介质压力，利用阀体侧方接口5处压力在柱形芯体上形成的向下拉动力拉动环形膜片6同步破裂；
所述工字形芯体包括从下至上依次同轴设置的大锥台21、柱芯22和小锥台23，所述大锥台21的小端面和小锥台23的小端面分别与柱芯22的下端面和上端面同轴固连；
所述大锥台21的圆周面与侧方接口5之间形成介质流动的第一间隙，所述小锥台23的圆周面与阀体1之间设置有第二间隙，第二间隙处同轴固连有环形膜片6；
所述环形膜片6的下表面开设有环形凹槽61，环形凹槽61的中径D2同时满足以下条件：
条件一：中径D2为环形凹槽61外圆面直径和内圆面直径之和的1/2，
条件二：D1≥D2，其中D1为柱形芯体的外径。
当D1＝D2时，侧方接口5处向下的介质压力和向上的介质压力相同，即差动活塞2可抵消阀体侧方接口处向上的介质压力，使环形膜片6在顶部接口3处的介质压力下破裂；当D1＞D2时，差动活塞不仅可抵消阀体侧方接口处向上的介质压力，还可提供较大的向下拉动力，使差动活塞向下拉动力和顶部接口3处介质压力的合力拉动环形膜片可靠破裂；
其中顶部接口3处介质压力的作用面积为环形凹槽中径D2所在圆面积，侧方接口5处介质压力的作用面积为差动活塞2直径D1的圆面积与环形凹槽中径D2所在圆面积的差值，上述D1和D2的关系，可根据阀体流通量计算得到。
所述阀体1下端套装有限位套8，限位套8与阀体1之间螺纹连接，所述气压平衡孔4开设于限位套8底部，气压平衡孔4用于将阀体1内部与外部大气压连通。
所述柱形芯体的与阀体之间设置有密封圈，所述差动活塞2的下端圆周处开设有凹槽，所述密封圈9设置在凹槽内。
本实施例中，环形膜片6的外圆面与阀体1焊接，环形膜片6内圆面与差动活塞3焊接，并进行密封性检查，保证顶部接口3侧的进液腔完全密封，防止贮存期间介质渗漏到下游侧方接口5。
环形膜片的6结构如图3、图4和图5所示，环形膜片6采用钛合金带材切割成环状，在下表面激光刻蚀出环形凹槽61。差动活塞2下端与阀体1通过O形橡胶密封圈9密封，柱形芯体的外径为D1；
本实施例中，所述环形膜片6的顶面上还设置有压环7，所述压环7一端与环形膜片6固连，另一端与差动活塞2固连，用于紧固环形膜片6。差动活塞2的顶面同轴设置圆柱凸起，圆柱凸起与差动活塞2为一体结构，用压环7将环形膜片6压紧在差动活塞2端面上，再将压环7的内孔与差动活塞2的圆柱凸起焊接，设置的压环7增加环形膜片6中心部分的刚度，保证环形膜片6的预制凹槽61部位的受力均匀性。在环形膜片6上集成的差动活塞2，抵消了顶部接口3处介质压力对膜片反向破裂的影响，同时利用侧方接口5处回流压力作用在差动活塞3上，实现在回流压力的作用下也能使环形膜片拉破的功能，从而具备的双向破裂功能。
本实施例中，当D1与D2的关系为时，差动活塞2直径D1的圆面积为D2所在圆面积的2倍，使侧方接口5处向下的介质压力是向上的介质压力的2倍，即可满足：使用最小的柱形芯体外径，便可实现了即使顶部接口3处没有介质压力，侧方接口5有相同的介质压力也可以使环形膜片破裂。
如图6所示，本实施还提供的一种多推进剂并联供液系统，包括3个贮箱，以及3个如上述差动型隔离膜片阀；3个贮箱的出口分别通过3条管路与3个差动型隔离膜片阀顶部接口3一一对应连通，3个差动型隔离膜片阀的侧方接口均连通，且3个差动型隔离膜片阀的侧方接口均通过3条供应支路10与推进剂供应主管路11连通，N条管路和推进剂供应主管路上均设置有截止阀。
本实施例中的差动型隔离膜片阀工作原理如下：
以其中一个推进剂贮箱供应为例，环形膜片6用于分隔贮存顶部接口3上方贮箱中的推进剂，当差动型隔离膜片阀正常工作时，顶部接口3介质力增加，此时顶部接口3处介质压力的作用面积为D2所在圆面积，使环形膜片6从环形凹槽61处破裂，推进剂介质从侧方接口5处流出，向下游供应推进剂，即实现推进剂正向流动压力实现环形凹槽61的破裂；
当其他贮箱中的环形膜片6先破裂时，导致该推进剂贮箱中的差动型隔离膜片侧方接口5处介质压力增大，侧方接口5的推进剂压力作用在环形膜片6和差动活塞2上，侧方接口5处介质压力的作用面积为差动活塞2直径D1的圆面积与环形凹槽D2所在圆面积的差值；当D1＝D2时，差动活塞2可抵消阀体侧方接口5处向上的介质压力，使环形膜片6在顶部接口3处的介质压力下破裂；当D1＞D2时，侧方接口5处的介质作用力，使差动活塞不仅可抵消阀体侧方接口5处向上的介质压力，还可提供较大的向下拉动力，使差动活塞2向下拉动力和顶部接口3处介质压力的合力拉动环形膜片6从环形凹槽61处可靠破裂，即实现推进剂反向流动压力实现环形凹槽61的破裂。
应用于某发动机系统的实施过程如下：
该具有双向破裂功能的差动型隔离膜片阀进行了实物验证，从顶部接口3或侧方接口5分别增压，均能使环形膜片6沿环形凹槽61处可靠破裂；应用于某四贮箱并联系统进行了增压排液和热试车考核，差动型隔离膜片正向破裂和反向破裂的时间接近同步，实现了差动型隔离膜片阀的可靠破裂，验证了差动型隔离膜片阀对消除由于下游(侧方接口5)压力而出现的无法可靠破裂或延时破裂问题的有效性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
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