一种单向阀组件及一种强制吹除单向阀

技术领域

本发明涉及属于航天液氧煤油发动机技术领域，涉及一种高压气体阀门，用于低温液体火箭发动机的吹除系统，具体涉及一种单向阀组件及一种强制吹除单向阀。

背景技术

液体火箭发动机通常由推进剂供应系统、起动点火系统、吹除系统、增压系统、抽真空系统、预冷系统和调节系统等组成，其中高压补燃液氧煤油发动机采用富氧燃气发生器循环方式，较好地解决了燃气发生器循环的燃气积碳和燃烧不稳定问题，因此其吹除系统需要采用多种形式的阀门结构对其内腔进行吹除，其主要作用可以包括：1)防止发动预冷过程中空气中的水蒸气进入发动机内腔产生结冰现象，进而导致阀门或涡轮泵轴系卡滞、喷嘴堵塞等故障；2)防止涡轮泵中的液氧和煤油发生互窜；3)减小发动机的关机后效冲量。4)便于发动机在试验后的后续处理。

单向阀是实现液体火箭发动机吹除系统的重要部件，作用是在系统吹除时防止下游高压介质互串到吹除系统，影响吹除系统及下游零组件的正常工作，造成吹除系统或发动机正常功能丧失，它可满足吹除系统其它通断功能的使用要求。由于吹除系统需要对推力室、发生器及涡轮泵多个位置进行吹除，吹除压力也不尽相同，且每一个吹除路均需设定单独的单向阀。

液氧煤油发动机上述吹除单向阀中，在发生器煤油腔吹除管路中有一种强化吹除单向阀，该阀与吹除氮气瓶及吹除氦气瓶均相连，发动机启动时使用氮气吹除，关闭氦气；当吹除出口腔压力大于吹除氮气入口压力时，停止吹除；当发动机关机时，吹除出口腔压力降低到一定值后，氮气及氦气同时对发生器煤油腔进行吹除；因此该阀能实现发动机启动时只用氮气吹除，而关机时利用氦气瓶的剩余气体对发生器煤油腔进行强制吹除，现有技术的吹除系统，火箭达到预定轨道后发动机关机时，气瓶剩余气量常常发生严重富余，气瓶中存储的过量气体相当于损失了火箭的部分有效载荷，这样充分利用了发动机携带的气体。

该阀不仅要满足上述功能要求的技术难题，也要满足高压冗余密封要求等技术难题，一旦密封出现故障，则会极大的影响发动机正常工作。

发明内容

本发明目的是解决现有技术对于液氧煤油发动机发生器煤油腔强化吹除单向阀的结构实现，解决现有条件下工作的小型液体火箭发动机或可重复使用的低温小型液体火箭发动机，不能满足小的体积重量、低成本要求及工作的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种单向阀组件及一种强制吹除单向阀。

本发明一种单向阀组件，包括台阶状单向阀体及单向阀芯，单向阀体中心处设置有阶梯通孔，所述单向阀芯设置在阶梯通孔，所述单向阀体一端的外周面上设置有外螺纹，该端为进口端，单向阀体的另一端为出口端，所述出口端上的阶梯孔上设置有与外螺纹匹配的内螺纹；

所述阶梯通孔内还设置有阀芯导向座，所述阀芯导向座设置在阶梯通孔靠近出口端的一端内，并与阶梯通孔的内螺纹相连，且阀芯导向座朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近出口端的台阶密封相连；

所述阀芯导向座上设置有用于介质流通的介质过流孔；

所述单向阀芯包括阀芯头和阀杆，所述阀杆与阀芯头固定相连，且阀杆的中心轴线与阀芯头的中心轴线位于同一直线上，所述阀芯头朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近进口端的台阶密封相连，所述阀杆远离阀芯头的一端朝向阀芯导向座伸出，并穿过阀芯导向座；

所述阀芯头通过单向阀弹簧与阀芯导向座相连。

优选地，阀芯导向座朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近出口端的台阶形成锥面密封副。

优选地，阀芯头朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近进口端的台阶形成锥面密封副。

优选地，阀芯导向座朝向阀芯头的一端上固定设置有环柱状导向筒，所述阀杆远离阀芯头的一端伸入导向筒，并从阀芯导向座伸出；

所述阀芯头朝向阀芯导向座的一端上设置有弹簧固定槽，所述单向阀弹簧的一端设置在弹簧固定槽内，另一端套接在导向筒外并与阀芯导向座相抵。

优选地，单向阀弹簧为圆柱压缩弹簧。

一种强制吹除单向阀，包括阀体，所述阀体内设置有一种单向阀组件，所述一种单向阀组件设置为三个，分别为第一单向阀组件、第二单向阀组件及第三单向阀组件；

所述阀体上设置有阶梯中心通孔，所述第一单向阀组件进口端的外螺纹与第二单向阀组件出口端的上的内螺纹匹配相连，所述第一单向阀组件和第二单向阀组件均与中心通孔密封相连；

所述第二单向阀组件远离第一单向阀组件的一端上还连接有第四单向阀芯组件，所述第四单向阀芯组件中心处设置有连通第二单向阀组件进口端的中心盲孔，所述第四单向阀芯的周面上设置有连通中心盲孔的连通孔；

第四单向阀芯远离第二单向阀组件的一端密封连接有阀盖，所述阀盖封堵设置在中心通孔的端部，且与阀体密封相连；

所述第四单向阀芯通过第四单向阀芯弹簧与阀盖相连，第四单向阀芯弹簧套接在第四单向阀芯的一端上，且第四单向阀芯弹簧的一端与阀盖固定相连，另一端与第四单向阀芯上的台阶相抵；

所述阀体上对应第四单向阀芯的位置设置有第一进气接头，当第一单向阀组件和第二单向阀组件推动第四单向阀芯往复移动，连通孔接通第一进气接头和中心盲孔或者连通孔封闭第一进气接头和中心盲孔；

所述阀体上对应第二单向阀组件的位置设置有第二进气接头，所述第二单向阀组件的单向阀体上设置有径向过流孔，所述径向过流孔设置在阀芯导向座和阀芯头与阶梯通孔密封连接处之间的单向阀体上；

所述第二进气接头通过第三单向阀组件与径向过流孔相连通。

优选地，阀盖远离第二单向阀组件的一面上设置有防尘防水装置，所述第四单向阀芯远离第二单向阀组件的一端通过径向非金属动密封圈与阀盖密封相连，且穿过阀盖后伸入防尘防水装置内。

优选地，防尘防水装置包括螺堵，所述螺堵通过密封环柱与阀盖固定且密封相连，螺堵与密封环柱螺纹相连，螺堵中心处设置有气流通孔，所述气流通孔上设置用于防止空气中的水蒸气或尘埃进入的滤网。

优选地，第一单向阀组件和第二单向阀组件与第四单向阀芯连接处分别通过径向非金属动密封圈与阀体密封相连；

第三单向阀组件及第二单向阀组件分别通过静密封圈与阀体密封相连。

优选地，阀体和阀盖之间、第二进气接头和第三单向阀组件之间均设置有金属密封垫。

本发明出口端内螺纹与进口端外螺纹匹配，将两个、三个或三个以上单向阀组件可串联、并联或串并联成一个产品或部件以实现不同的工况需求。

本发明单向阀组件结构完全相同，除弹簧外其工作原理、结构尺寸大小均相同，弹簧参数根据需要设置，从而大大减少了产品专用件的种类，简化了生产工艺，这使得商用航天阀门产品生产加工成本降低成为可能。

本发明一种强制吹除单向阀，采用四个单向阀结构，可实现发动机启动时关闭氦气吹除，使用氮气吹除，当氮气吹除完成，可实现氦气对发生器煤油腔进行吹除；因此本发明能实现发动机启动时只用氮气吹除，而关机时利用氦气瓶的剩余气体对发生器煤油腔进行强制吹除，现有液氧煤油发动机技术的吹除系统，火箭达到预定轨道后发动机关机时，气瓶剩余气量常常发生严重富余，气瓶中存储的过量气体相当于损失了火箭的部分有效载荷，这样充分利用了发动机携带的气体，同时发动机停机后最终使用惰性气体氦气吹除液氧煤油发动机发生器煤油腔，可以解决目前发动机煤油结焦难题的部分问题。

本发明采用多单向阀结构，可实现冗余密封功能。

本发明中第一单向阀组件、第二单向阀组件及第三单向阀组件结构完全相同，除弹簧外其工作原理、结构尺寸大小均相同，大大减少了产品专用件的种类，简化了生产工艺，这使得商用航天阀门产品生产加工成本降低成为可能。

本发明产品将阀体与第一单向阀组件、第二单向阀组件及第四阀芯组件连接处、第四单向阀芯与阀盖的密封均设计为径向非金属动密封，使得运动副间滑动摩擦面积大为减少，更好的避免了阀体阀芯在不同温度环境下卡滞的可能，提高了产品的工作可靠性及寿命，减少了产品整体的轴向尺寸，使得产品的体积重量很小，通过阀盖金属密封垫厚度的调整，使得第四单向阀的开启压力及工作行程调整多一个调整方式。

液体火箭发动机中强制吹除单向阀产品生产工艺最难的零件为阀体内孔的精密加工，本发明中的阀体运动摩擦副内孔为一个无台阶的单一尺寸精密加工孔，并且阀体上方第三单向阀组件的安装孔尺寸也与该孔的尺寸相同，能够减少简化加工工艺，减少加工及测量检验的工装量具的品种及数量，使产品生产加工成本降低。

本发明在阀盖后端的防尘防水装置上设置滤网，防止阀芯往复运动过程中空气中的水蒸气或尘埃进入阀芯运动面，进而导致阀门卡滞，提高了本发明工作的可靠性。

附图说明

图1为一种单向阀组件结构示意图。

图2为两个一种单向阀组件串联示意图。

图3为两个一种单向阀组件并联示意图。

图4为三个一种单向阀组件串联示意图。

图5为三个一种单向阀组件串并联一种连接示意图。

图6为三个一种单向阀组件串并联第二种连接示意图。

图7为三个一种单向阀组件串并联第三种连接示意图。

图8为四个一种单向阀组件两串两并一种连接示意图。

图9为四个一种单向阀组件两串两并另一种连接示意图。

图10为四个一种单向阀组件两串三并一种连接示意图。

图11为四个一种单向阀组件两串三并第二种连接示意图。

图12为四个一种单向阀组件两三并第三种连接示意图。

图13为四个一种单向阀组件两串三并第四种连接示意图。

图14为一种强制吹除单向阀结构示意图。

附图标记：1-单向阀体，2-阀芯导向座，3-单向阀弹簧，4-阀芯头，5-阀杆，6-第一单向阀组件，7-第二单向阀组件，8-第三单向阀组件，9-第四单向阀芯，10-中心通孔，11-中心盲孔，12-阀盖，13-第四单向阀芯弹簧，14-第一进气接头，15-第二进气接头，16-滤网，17-径向非金属动密封圈，18-静密封圈，19-金属密封垫。

具体实施方式

本发明一种单向阀组件，包括台阶状单向阀体1及单向阀芯，单向阀体1中心处设置有阶梯通孔，所述单向阀芯设置在阶梯通孔，所述单向阀体1一端的外周面上设置有外螺纹，该端为进口端，单向阀体1的另一端为出口端，所述出口端上的阶梯孔上设置有与外螺纹匹配的内螺纹；

所述阶梯通孔内还设置有阀芯导向座2，所述阀芯导向座2设置在阶梯通孔靠近出口端的一端内，并与阶梯通孔的内螺纹相连，且阀芯导向座2朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近出口端的台阶密封相连；

所述阀芯导向座2上设置有用于介质流通的介质过流孔；

所述单向阀芯包括阀芯头4和阀杆5，所述阀杆5与阀芯头4固定相连，且阀杆5的中心轴线与阀芯头4的中心轴线位于同一直线上，所述阀芯头4朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近进口端的台阶密封相连，所述阀杆5远离阀芯头4的一端朝向阀芯导向座2伸出，并穿过阀芯导向座2；

所述阀芯头4通过单向阀弹簧3与阀芯导向座2相连。

阀芯导向座2朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近出口端的台阶形成锥面密封副。

阀芯头4朝向进口端的一面与阶梯通孔靠近进口端的台阶形成锥面密封副。

阀芯导向座2朝向阀芯头4的一端上固定设置有环柱状导向筒，所述阀杆5远离阀芯头4的一端伸入导向筒，并从阀芯导向座2伸出；

所述阀芯头4朝向阀芯导向座2的一端上设置有弹簧固定槽，所述单向阀弹簧3的一端设置在弹簧固定槽内，另一端套接在导向筒外并与阀芯导向座2相抵。

单向阀弹簧3为圆柱压缩弹簧。

实际使用时，可以根据不同的需要将多个一种单向阀体1进行组装形成新的阀体，例如：

将两个一种单向阀组件进行串联或并联组成新的阀体组件，如图2和图3所示。

将三个一种单向阀组件进行串联，组成新的阀体组件，如图4所示。

先将两个一种单向阀组件进行串联然后与一个一种单向阀组件并联组成新的阀体组件，如图5所示。

先将两个一种单向阀组件进行串联，然后将一个单向阀组件与上述串联的两个一种单向阀组件中的一个一种单向阀组件上的径向过流孔相连，如图6、图7所示。

分别将两个一种单向阀组件串联形成新的阀体组件，再将另外两个一种单向阀组件串联形成新的阀体组件，然后将上述两个新的阀体组件进行并联，如图8所示，或者将上一个新的阀体组件与另一新的阀体组件上一个一种单向阀组件上的进行过流孔相连，如图9所示。

先将两个一种单向阀组件串联，然后再与两个一种单向阀组件分别并联，如图10所示，或者先将两个一种单向阀组件串联，然后与两个并联的一种单向阀组件并联，如图11、图12、图13所示。

一种强制吹除单向阀，包括阀体，所述阀体内设置一种单向阀组件，所述一种单向阀组件设置为三个，分别为第一单向阀组件6、第二单向阀组件7及第三单向阀组件8；

所述阀体上设置有阶梯中心通孔10，所述第一单向阀组件6进口端的外螺纹与第二单向阀组件7出口端的上的内螺纹匹配相连，所述第一单向阀组件6和第二单向阀组件7均与中心通孔10密封相连；

所述第二单向阀组件7远离第一单向阀组件6的一端上还连接有第四单向阀芯9组件，所述第四单向阀芯9组件中心处设置有连通第二单向阀组件7进口端的中心盲孔11，所述第四单向阀芯9的周面上设置有连通中心盲孔11的连通孔；

第四单向阀芯9远离第二单向阀组件7的一端密封连接有阀盖12，所述阀盖12封堵设置在中心通孔10的端部，且与阀体密封相连；

所述第四单向阀芯9通过第四单向阀芯弹簧13与阀盖12相连，第四单向阀芯弹簧13套接在第四单向阀芯9的一端上，且第四单向阀芯弹簧13的一端与阀盖12固定相连，另一端与第四单向阀芯9上的台阶相抵；

所述阀体上对应第四单向阀芯9的位置设置有第一进气接头14，当第一单向阀组件6和第二单向阀组件7推动第四单向阀芯9往复移动，连通孔接通第一进气接头14和中心盲孔11或者连通孔封闭第一进气接头14和中心盲孔11；

所述阀体上对应第二单向阀组件7的位置设置有第二进气接头15，所述第二单向阀组件7的单向阀体1上设置有径向过流孔，所述径向过流孔设置在阀芯导向座2和阀芯头4与阶梯通孔密封连接处之间的单向阀体1上；

所述第二进气接头15通过第三单向阀组件8与径向过流孔相连通。

在一个实施例中，阀盖12远离第二单向阀组件7的一面上设置有防尘防水装置，所述第四单向阀芯9远离第二单向阀组件7的一端通过径向非金属动密封圈17与阀盖12密封相连，且穿过阀盖12后伸入防尘防水装置内。

防尘防水装置包括螺堵，所述螺堵通过密封环柱与阀盖12固定且密封相连，螺堵与密封环柱螺纹相连，螺堵中心处设置有气流通孔，所述气流通孔上设置用于防止空气中的水蒸气或尘埃进入的滤网16。

在另一实施例汉中，第一单向阀组件6、第二单向阀组件7与第四单向阀芯9连接处分别通过径向非金属动密封圈17与阀体密封相连；

第三单向阀组件8及第二单向阀组件7分别通过静密封圈18与阀体密封相连。

阀体和阀盖12之间、第二进气接头15和第三单向阀组件8之间均设置有金属密封垫19。

使用时，如图13所示，阀体的第二进气接头15与吹除氮气瓶相连，阀体的第一进气接头14与吹除氦气瓶相连，发动机启动时第四单向阀芯9在氦气压力及第四单向阀弹簧3的作用下左移，连通孔被关闭，从而关闭氦气吹除，使用氮气吹除，氮气从第三单向阀组件8的进口端进入第三单向阀组件8的阶梯通孔，从第三单向阀组件8的出口端经第二单向阀组件7上的径向过流孔再进入第二单向阀组件7的出口端即第一单向阀组件6的进口端，再从第一单向阀组件6的出口端流出，实现吹除发生器煤油腔，随着吹除过程的进行，吹除腔压力逐渐升高，当升高到一定压力氮气吹除完成，吹除出口压力大于吹除氮气入口压力时，停止氮气吹除；此时第一单向阀组件6、第二单向阀组件7、第三单向阀组件8在压差作用下关闭，同时由第一单向阀组件6及第二单向阀组件7组成的柱塞组件由于左端压力大于第四单向阀芯9右端的氦气压力及第四单向阀芯弹簧13的合力，柱塞组件带动第四单向阀芯9右移，连通孔被打开；当发动机关机时，吹除出口压力降低到一定值后，氮气及氦气同时对发生器煤油腔进行吹除；因此本发明一种强制吹除单向阀能实现发动机启动时只用氮气吹除，而关机时利用氦气瓶的剩余气体对发生器煤油腔进行强制吹除，现有技术的吹除系统，火箭达到预定轨道后发动机关机时，气瓶剩余气量常常发生严重富余，气瓶中存储的过量气体相当于损失了火箭的部分有效载荷，这样充分利用了发动机携带的气体，同时发动机停机后最终使用惰性气体氦气吹除液氧煤油发动机发生器煤油腔，可以解决目前发动机煤油结焦难题的部分问题。