空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置

摘要

一种空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，冷屏外层上部为扩压腔，扩压腔内层装有双压控制减压阀、系统极限温度减压阀及系统极限压力减压阀，所述扩压腔底部设置节流后冷蒸汽入口，冷蒸汽入口与二次扩压进气管路上端的进气口连接，所述二次扩压进气管路紧贴冷屏外层内表面且等分圆周排开，二次扩压进气管路出口接二次扩压器，二次扩压器出口接二次扩压排气管路，二次扩压排气管路在冷屏底部等分圆周排开。本发明制冷过程稳定，冷屏蔽系统表面温度分布均匀，系统内冷蒸汽在空间无振、无噪、均匀、对称排放，不影响空间飞行器飞行轨迹，有利于出口低温冷蒸汽吸收太阳能辐射变成过热蒸汽，减小气流造成的振动、噪音及对飞行器的扰动影响。

权利要求

1、一种空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特征在于冷屏外层(6) 上部为扩压腔(1)，扩压腔(1)内层装有双压控制减压阀(2)、系统极限温 度减压阀(4)及系统极限压力减压阀(3)，所述扩压腔(1)底部设置节流后 冷蒸汽入口(5)，冷蒸汽入口(5)与二次扩压进气管路(9)上端的进气口连 接，饱和蒸汽进气口(15)设在冷屏内外夹层内毛细材料支架(8)顶部，所述 二次扩压进气管路(9)紧贴冷屏外层(6)内表面且等分圆周排开，二次扩压 进气管路(9)出口接二次扩压器(10)，二次扩压器(10)出口接二次扩压排 气管路(11)，二次扩压排气管路(11)在冷屏底部等分圆周排开。

2、根据权利要求1所述的空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特征在 于所述的系统极限温度减压阀(4)及系统极限压力减压阀(3)位于双压控制 减压阀(2)两侧。

3、根据权利要求1或2所述的空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特 征在于所述的双压控制减压阀(2)由阀体基座(34)、阀座(14)、阀芯(18) 和电机(12)构成：

所述阀体基座(34)下端设一阀体端面压盖(38)，阀体基座(34)内装有 大弹簧(17)，大弹簧(17)的运动端连接一大弹簧压盖(28)，大弹簧压盖(28) 下端与阀体端面压盖(38)连接；所述阀体基座(34)下部侧壁上开有阀体进 气口(36)，阀体进气口(36)的上端装有法兰盘(23)，法兰盘(23)上端开 有阀体侧出气口(21)，阀体基座(34)上端设有阀体中出气口(20)；阀体基 座(34)腔内装一轴向密封圈(24)；

所述阀座(14)装在阀体基座(34)中央，阀座(14)的下部为阀杆基座 (33)，阀杆基座(33)外圆柱面上与法兰盘(23)之间套装端面密封圈(22)， 所述阀杆基座(33)内腔装有小弹簧(16)，小弹簧(16)的运动端与小弹簧压 盖(27)连接，小弹簧压盖(27)设在阀杆基座(33)的下端，与所述的大弹 簧压盖(28)相接；所述阀杆基座(33)的上端设一锥形阀座(31)，锥形阀座 (31)上开有锥形出口(19)，锥形阀座(31)下端开有进气口(25)；

所述阀芯(18)装在阀座(14)中央，阀芯(18)的下部为阀杆(29)，阀 杆(29)上端连接锥形阀芯(32)，所述的小弹簧压盖(27)安装于阀杆(29)上， 阀杆(29)一端接入所述的端面压盖(38)的中心孔面并连接电机转轴(39)， 另一端与所述的锥形阀芯(32)连接，阀杆中间套装一阀座轴盖(37)。

4、根据权利要求3所述的空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特征在 于所述的阀杆基座(33)侧壁上设有阀座进气口(26)。

5、根据权利要求1或2所述的空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特 征在于所述的极限压力控制阀(3)及极限温度控制阀(4)均包括极限阀阀杆 (48)、极限阀锥形阀芯(44)、极限阀阀体(51)、极限阀锥形阀座(45)及弹 簧(41)，所述极限阀阀杆(48)安装于极限阀阀体(51)中央，极限阀阀杆(48) 一端与极限阀锥形阀芯(44)连接，另一端接极限阀阀体压盖(49)，极限阀阀 杆(48)穿过极限阀阀体轴盖(46)中心孔，极限阀阀体(51)上连接一极限 阀锥形阀座(45)，极限阀锥形阀座(45)上端设有锥形开口(50)，极限阀锥 形阀座(45)内侧为极限阀锥形阀芯(44)，极限阀阀体(51)和锥形阀座(45) 的连接处设一极限阀法兰盘(52)；极限阀阀体(51)内装有弹簧(41)，弹簧 (41)的运动端与弹簧压盖(47)连接，弹簧压盖(47)设在阀体压盖(49) 内上端。

6、根据权利要求5所述的空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特征在 于所述的极限阀阀体(51)侧壁上设有阀体进气口(54)；所述锥形阀座(45) 上开有基座进气口(53)。

说明书

技术领域

本发明涉及空间冷屏蔽相变制冷系统中的冷蒸汽排放控制技术，特别适用 于空间冷屏蔽系统中饱和蒸汽或过热蒸汽的排放控制，具体说是适用于空间飞 行器中饱和蒸汽及系统中残余气体的空间排放问题的一种空间冷屏蔽系统冷蒸 汽排放控制装置。

背景技术

由于飞行器在起动及稳定飞行过程中具有复杂的气动传热工况，所以冷屏 中低温流体处于激烈的相变及多相流动状态并伴随有压力及温度的剧烈变化， 不断产生大量的饱和蒸汽及过热蒸汽，含湿蒸汽及过热蒸汽在变压变温过程中 不段向外排放同时造成空间飞行扰动问题，扰动会改变飞行器飞行轨迹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是变压、变温、变流量的空间动态制冷过程中 的低温流体流动排放所带来的技术难题，提高空间相变制冷效率，有效控制冷 屏表面温度分布，实现空间制冷的相对稳定，从而减小对飞行器轨迹的影响， 提供一种空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置。
本发明的技术问题采用下述技术方案解决：
一种空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，其特征在于冷屏外层上部为扩 压腔，扩压腔内层装有双压控制减压阀、系统极限温度减压阀及系统极限压力 减压阀，所述扩压腔底部设置节流后冷蒸汽入口，冷蒸汽入口与二次扩压进气 管路上端的进气口连接，饱和蒸汽进气口设在冷屏内外夹层内毛细材料支架顶 部，所述二次扩压进气管路紧贴冷屏外层内表面且等分圆周排开，二次扩压进 气管路出口接二次扩压器，二次扩压器出口接二次扩压排气管路，二次扩压排 气管路在冷屏底部等分圆周排开。所述的系统极限温度减压阀及系统极限压力 减压阀位于双压控制减压阀两侧。
所述的双压控制减压阀由阀体基座、阀座、阀芯和电机构成：
所述阀体基座下端设一阀体端面压盖，阀体基座内装有大弹簧，大弹簧的 运动端连接一大弹簧压盖，大弹簧压盖下端与阀体端面压盖连接；所述阀体基 座下部侧壁上开有阀体进气口，阀体进气口的上端装有法兰盘，法兰盘上端开 有阀体侧出气口，阀体基座上端设有阀体中出气口；阀体基座腔内装一轴向密 封圈。
所述阀座装在阀体基座中央，阀座的下部为阀杆基座，阀杆基座外圆柱面 上与法兰盘之间套装端面密封圈，所述阀杆基座内腔装有小弹簧，小弹簧的运 动端与小弹簧压盖连接，小弹簧压盖设在阀杆基座的下端，与所述的大弹簧压 盖相接；所述阀杆基座的上端设一锥形阀座，锥形阀座上开有锥形出口，锥形 阀座下端开有进气口。
所述阀芯装在阀座中央，阀芯的下部为阀杆，阀杆上端连接锥形阀芯，所 述的小弹簧压盖安装于阀杆上，阀杆一端接入所述的端面压盖的中心孔面并连 接电机转轴，另一端与所述的锥形阀芯连接，阀杆中间套装一阀座轴盖。
所述的阀杆基座侧壁上设有阀座进气口。
所述的极限压力控制阀及极限温度控制阀均包括极限阀阀杆、极限阀锥形 阀芯、极限阀阀体、极限阀锥形阀座及弹簧，所述极限阀阀杆安装于极限阀阀 体中央，极限阀阀杆一端与极限阀锥形阀芯连接，另一端接极限阀阀体压盖， 极限阀阀杆穿过极限阀阀体轴盖中心孔，极限阀阀体上连接一极限阀锥形阀座， 极限阀锥形阀座上端设有锥形开口，极限阀锥形阀座内侧为极限阀锥形阀芯， 极限阀阀体和锥形阀座的连接处设一极限阀法兰盘；极限阀阀体内装有弹簧， 弹簧的运动端与弹簧压盖连接，弹簧压盖设在阀体压盖内上端。
所述的极限阀阀体侧壁上设有阀体进气口。所述锥形阀座上开有基座进气 口。
本发明主要针对空间飞行器冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制问题，利用压力差 式减压机构控制内部饱和蒸汽压力，从而控制内部饱和液体的温度，实现制冷 过程稳定，冷屏蔽系统表面温度分布均匀，内部饱和液体不会溢出空间，系统 内冷蒸汽在空间无振、无噪、均匀、对称排放，从而不影响空间飞行器飞行轨 迹。其特点是能够满足冷屏内部饱和蒸汽压力及饱和温度稳定的要求，可以充 分利用一次节流后的冷量来冷却冷屏表面，有利于出口低温冷蒸汽吸收太阳能 辐射变成过热蒸汽，能够减小气流造成的振动、噪音及对飞行器的扰动影响。

附图说明

图1为本发明结构示意图；
图2为双压控制减压阀安装位置示意图；
图3为冷屏内部管路分布示意图；
图4为本发明外层半剖仰视示意图；
图5双压控制减压阀立体结构示意图；
图6为阀体基座示意图；
图7为阀座结构示意图；
图8为阀芯结构示意图；
图9为双压控制减压阀剖视图；
图10为极限压力减压阀剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细说明。
一种空间冷屏蔽系统冷蒸汽排放控制装置，冷屏外层6上部为扩压腔1，扩 压腔1内层装有双压控制减压阀2、系统极限温度减压阀4及系统极限压力减压 阀3。扩压腔1底部设置节流后冷蒸汽入口5，冷蒸汽入口5与二次扩压进气管 路9上端的进气口连接，饱和蒸汽进气口15设在冷屏内外夹层内毛细材料支架 8顶部，所述二次扩压进气管路9紧贴冷屏外层6内表面且等分圆周排开，二次 扩压进气管路9出口接二次扩压器10，二次扩压器10出口接二次扩压排气管路 11，二次扩压排气管路11在冷屏底部等分圆周排开。双压控制减压阀2由阀体 基座34、阀座14、阀芯18和电机12构成：阀体基座34下端设一阀体端面压 盖38，阀体基座34内装有大弹簧17，大弹簧17的运动端连接一大弹簧压盖28， 大弹簧压盖28下端与阀体端面压盖38连接；所述阀体基座34下部侧壁上开有 阀体进气口36，阀体进气口36的上端装有法兰盘23，法兰盘23上端开有阀体 侧出气口21，阀体基座34上端设有阀体中出气口20；阀体基座34腔内装一轴 向密封圈24；阀座14装在阀体基座34中央，阀座14的下部为阀杆基座33， 阀杆基座33外圆柱面上与法兰盘23之间套装端面密封圈22，所述阀杆基座33 内腔装有小弹簧16，小弹簧16的运动端与小弹簧压盖27连接，小弹簧压盖27 设在阀杆基座33的下端，与所述的大弹簧压盖28相接；所述阀杆基座33的上 端设一锥形阀座31，锥形阀座31上开有锥形出口19，锥形阀座31下端开有进 气口25。阀芯18装在阀座14中央，阀芯18的下部为阀杆29，阀杆29上端连 接锥形阀芯32，所述的小弹簧压盖27安装于阀杆29上，阀杆29一端接入所述 的端面压盖38的中心孔面并连接电机转轴39，另一端与所述的锥形阀芯32连 接，阀杆29中间套装一阀座轴盖37，阀座轴盖37可以沿阀杆29上下活动，阀 杆基座33侧壁上设有阀座进气口26。
极限压力控制阀3及极限温度控制阀4具有相同的结构，两者外形一致， 区别在于弹簧的预紧力前者大于后者。均包括极限阀阀杆48、极限阀锥形阀芯 44、极限阀阀体51、极限阀锥形阀座45及弹簧41，所述极限阀阀杆48安装于 极限阀阀体51中央，极限阀阀杆48一端与极限阀锥形阀芯44连接，另一端接 极限阀阀体压盖49，极限阀阀杆48穿过极限阀阀体轴盖46中心孔，极限阀阀 体51上连接一极限阀锥形阀座45，极限阀锥形阀座45上端设有锥形开口50， 极限阀锥形阀座45内侧为极限阀锥形阀芯(44)，极限阀阀体51和锥形阀座45 的连接处设一极限阀法兰盘52；极限阀阀体51内装有弹簧41，弹簧41的运动 端与弹簧压盖47连接，弹簧压盖47设在阀体压盖49内上端。极限阀阀体51 侧壁上设有阀体进气口54；锥形阀座45上开有基座进气口53。
将双压控制减压阀2安装于冷屏系统的顶部外层6一次扩压腔1内层，根 据气流出口截面大小设定小弹簧16预紧压力为制冷剂三相点对应的饱和蒸汽压 力，大弹簧17预紧压力根据气动恶性传热条件设定，饱和蒸汽压力沿阀杆29 方向作用于锥形阀芯32与饱和蒸汽直接接触的锥形面上，当系统压力超过制冷 剂三相点对应的饱和压力时，小弹簧压盖27受力并沿轴向运动压紧小弹簧16， 双压控制阀2的阀芯18与阀座14分离，饱和蒸汽沿阀体进气口36、阀座进气 口26、基座进气口25流动并经锥形阀芯32与锥形阀座31之间缝隙节流后由锥 形出口19排入扩压腔1，在扩压腔1中微扩压整流后均匀分配于二次扩压进气 管路9，再到二次扩压器10中扩压整流，最后经二次扩压排气管路11均匀、无 噪、无振、无扰动排入空间。当冷屏突然遇到恶性大热流密度传热时内部蒸汽 压力剧增，压力超过大弹簧17预紧力时，大弹簧压盖28受力并沿阀体基座34 轴向压缩大弹簧17，整个阀座14从阀体15沿轴向脱离密封，蒸汽沿阀体进气 口36、阀座进气口26、阀体侧出气口21、阀体中出气口20以无节流效应方式 排入扩压腔1，经扩压整流后再进入二次扩压进气管路9、二次扩压器10、二次 扩压排气管路11后排入空间，当压力降低后阀座14恢复原位，阀芯18开始以 节流形式工作。双压控制减压阀2末端安装有步进电机12，当系统压力介于双 压控制减压阀2高低压力之间时，在有电源控制的情况下，可控制阀芯18的进 缩量，从而控制系统内饱和蒸汽压力，进而控制冷屏蔽系统表面6温度。
当热流密度超过双压控制减压阀2高压控制压力时，开口截面更大的极跟 温度控制阀4及系统极限压力控制阀3相继打开，系统卸压，压力减小后自动 关闭，双压控制控制阀2开始工作。当冷屏外表面温度超过要求控制温度时， 极限温度控制阀4打开卸压并降温。当饱和蒸汽压力超过系统设计压力时，极 限压力控制阀3打开卸压，此时，所有阀门均已打开并以最大速度卸压。
工作原理为：双压控制减压阀2安装于冷屏系统的顶部扩压腔1，低压控制 系统内制冷剂维持三相点对应的饱和蒸汽压力，如果内部压力超过三相点对应 的饱和压力，则双压控制减压阀2自动打开以节流方式卸压，从而可以起到节 流制冷效应，产生的冷量被二次扩压进气管路9所吸收，从而使冷屏表面6温 度维持在制冷剂三点相点温度。当系统内部压力低于三相点对应的饱和压力时， 双压控制减压阀2自动关闭，如此循环。双压控制减压阀2高压控制压力为制 冷剂环境温度下所对应的饱和蒸汽压力值或饱和蒸汽压力的某一倍数，具体倍 数的大小根据系统恶性传热条件下可能造成的最大压力的变化情况设定，当压 力超过规定压力时，双压控制减压阀2的阀座14沿轴向弹开，饱和蒸汽以无节 流效应的大开口方式排出卸压，压力减小后阀座14恢复原位，双压控制减压阀 2以节流效应继续工作。
节流后冷蒸汽流入蒸发器管路即二次扩压进气管路9，二次扩压进气管路9 与冷屏外层6紧密接触，二次扩压进气管路9中的冷蒸汽或气液两相可以直接 吸收太阳能辐射热进而充分蒸发与过热，同时冷却冷屏外表面6，使外表面6温 度分布更加均匀合理，从而达到节流后冷量的进一步利用。