【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器增压输送系统流体控制领域，尤其涉及一种航天器用卸荷式永磁自锁电磁阀。
技术介绍
1、电磁阀作为一种响应快、成本低、原理简单、与控制系统兼容性良好的流体通、断控制单机，广泛应用于液体火箭、卫星、空间探测器、载人航天器等各航天领域，电磁阀的性能及可靠性直接影响整个系统的运行乃至任务的成败。传统的电磁阀由绕组线圈通电产生磁场，进而提供衔铁向一侧运动的驱动力，而断电后衔铁回位的反力则由弹性元件提供，当要其维持工作状态时需要对线圈长期供电。这带来两方面的问题，其一长期供电带来能耗问题，特别对于执行深空探测任务的航天器而言，较高的能耗需求将验证影响其工作寿命及任务规划；第二长时间通电导致线圈发热，电阻升高，影响电磁阀性能，且当散热环境严酷时，持续的热量累积将威胁到电磁阀乃至整个系统的正常工作。
2、本专利技术针对航天器单机产品节能、高可靠、高寿命且适应于不同工作介质的需求，在结构上进行创新设计，提出一种航天器用卸荷式永磁自锁电磁阀，用于控制航天器、运载火箭中增压输送系统中气路的通断。电磁阀采用先导式结构，开、闭线圈通脉冲电流控制衔铁朝不同方向运动，带动电磁头阀芯组件分离、压合引压口及卸荷口处密封止口，控制主阀背压腔内气体压力进而控制主阀打开、关闭。主阀密封副的密封力完全由介质压差作用力及弹簧力决定，对于永磁体的设计可拥有较大裕度。衔铁运动至一侧限位位置后，线圈断电，由永磁体发出的磁通维持衔铁在一侧吸合，从而实现阀门打开、关闭状态的无源保持，降低航天器能耗，同时由于每次通电为脉冲电流，供电时间短(<100
3、文献《bilatch isolation valve for spacecraft propulsion systems》公开了一种bilatch构型永磁自锁电磁阀，该构型电磁阀该结构采用软磁材料制成衔铁，衔铁中心有供阀芯安装的安装座，阀芯通过弹簧作用力固定在软磁电枢上，同时弹簧也对电枢整体产生向关闭位置止口方向推动的力。永磁体呈放射状沿阀体圆周均布，采用磁通环将永磁体传递过来的磁通均布并均匀地传递至电枢上防止阀芯因受力不均衡而泄漏。该构型电磁阀为轴流直动式电磁阀，与本专利技术卸荷式电磁阀工作原理有很大区别，此外该构型中永磁体采用条状永磁体，与本专利技术中扇环状永磁体拼接成圆环的结构有较大差异。综上，该方案与本专利技术设计出发点、技术方案及功能实现上均有较大差异。
4、文献《common valve design of space shuttle payload propulsion systemapplications》公开了一种大吸力直动式两位两通永磁自锁电磁阀结构。该结构中通过设置挠性支撑片降低了衔铁运动过程中的摩擦力，提升了运动部件的寿命。该构型电磁阀为轴流直动式电磁阀，与本专利技术卸荷式电磁阀工作原理有很大区别。因此，该技术方案与本专利技术在设计出发点、技术方案及功能实现上均有较大差异。
5、文献《磁锁式双稳态自锁阀相应特性理论研究》公开了一种永磁自锁电磁结构。该阀采用整体焊接构型，强化了密封性但其可检性较差，本专利技术采用螺栓连接，胶圈、非金属密封环与止口压合的冗余密封方式，从而具备良好的可检性，可拆卸型。此外，该阀阀芯密封副的密封轴向力完全由永磁力提供，使其永磁体设计时裕度不能过大否则容易出现密封部件压溃的情况，因此该阀在不同温度、电流的工况下的适应性有限，本专利技术通过合理设置功能性容腔及通道，主阀密封副密封力只由密封弹簧弹簧力及介质压差作用力决定，永磁体的设计上可以有较大裕度。综上，该技术方案与本专利技术在技术方案及密封原理上有较大差异。
6、专利技术专利cn105570470a《一种先导式电磁阀》公开了一种先导式永磁自锁电磁阀结构，该结构中永磁自锁阀作为先导阀控制主阀中背压腔气体的充、放，进而控制主阀的打开、关闭。该阀在工作时，先导阀阀芯密封非金属处密封比压与磁吸力呈正相关，因此其磁吸力设计裕度受限，此外其卸荷口处压力受下游压力波动影响，主阀活门背压腔压力受下游压力影响。本专利技术通过合理设置功能性容腔及通道，主阀密封副密封力只由密封弹簧弹簧力及介质压差作用力决定，磁吸力设计上可以有较大裕度，同时本方案卸荷口对外，主阀部分活门组件背压不受下游压力影响。综上，综上，该结构的技术方案、功能实现与本专利技术均有较大差异。
7、专利技术专利cn106641398a《一种大口径先导卸荷式电磁阀》公开了一种大口径先导卸荷式电磁阀。该阀采用组合式阀芯结构，导阀嵌套至主阀之内，在主阀设置引压口、连通孔及节流孔。当介质入口与介质出口存在压差时，线圈通电后，导阀芯先被吸起一小段距离，主阀芯上的泄压孔先被打开将主阀上腔和阀门的介质出口连通，由于泄压孔流通面积比节流孔大，主阀芯上腔压力迅速下降，当主阀芯上的介质作用力小于电磁铁吸力时，主阀芯在电磁吸力和介质力的作用下打开。阀门需要关闭时，给线圈断电，导阀芯在弹簧的作用力下先关闭，主阀芯上腔压力迅速上升，导阀芯和主阀芯在弹簧力和介质力共同作用下向下运动，阀门关闭。弹簧同时为主阀芯及导阀芯提供密封力。该阀需持续通电保持阀门打开状态，长时间通电导致线圈发热，电阻升高，影响电磁阀性能，且当散热环境严酷时，持续的热量累积将威胁到电磁阀乃至整个系统的正常工作。本专利技术在衔铁运动至一侧限位位置后，线圈断电，由永磁体发出的磁通维持衔铁在一侧吸合，从而实现阀门打开、关闭状态的无源保持。因此，该方案与专利技术在技术方案、功能实现上均有较大差异。
8、专利技术专利cn108006301a《一种永磁式自锁阀》公开了一种直通式永磁自锁阀结构，方案中中阀门对下游密封时，永磁力直接传导至密封副上，导致永磁体设计裕度受限，本专利技术通过合理设置功能性容腔及通道，主阀密封副密封力只由密封弹簧弹簧力及介质压差作用力决定，永磁体的设计上可以有较大裕度。因此，该方案与专利技术在技术方案、功能实现上均有较大差异。
9、综上所述，对航天器单机产品节能、高可靠、高寿命且适应于不同工作介质的需求，在结构上进行创新设计，提出一种航天器用卸荷式永磁自锁电磁阀。用于控制航天器、运载火箭中增压输送系统中气路的通断。电磁阀采用先导式结构，开、闭线圈通脉冲电流控制衔铁朝不同方向运动，带动电磁头阀芯组件分离、压合引压口及卸荷口处密封止口，控制主阀背压腔内气体压力进而控制主阀打开、关闭。通过设置引压通道、引泄通道及各功能容腔，保证主阀密封副的密封力完全由介质压差作用力及弹簧力决定，对于永磁体的设计可拥有较大裕度。衔铁运动至一侧限位位置后，线圈断电，由永磁体发出的磁通维持衔铁在一侧吸合，从而实现阀门打开、关闭状态的无源保持，降低航天器能耗，同时由于每次通电为脉冲电流，供电时间短(<100ms)，产生的热量很小，断电后为热量导出提供时间，避免高真空环境下的线圈热量快速积聚问题。
10、在已公开的文献中未检索到有明显相同技术特征的对比文件，本专利有新颖性、创新性。
技术实现思路
1、本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：包括主阀部分、电磁头部分；所述主阀部分与电磁头部分通过紧固件连接；
2.根据权利要求1所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述紧固件紧固件连接具体为：连接螺栓、弹垫及平垫片连接。
3.根据权利要求1所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述主阀部分包括接管嘴(1)、主阀壳体(2)、密封铜垫(3)、O胶圈(4)、挡圈(5)、O胶圈(6)、挡圈(7)、活门组件(8)、窄涨圈(9)、密封弹簧(10)；
4.根据权利要求3所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述主阀壳体(2)设有主阀上止口，与活门组件(8)上密封环配合；活门组件运动至上密封环压合在主阀壳体(2)的主阀上止口后运动停止，此时背压腔与引压腔由主阀上止口密封处隔绝，来流介质压力与背压腔之间压差维持活门组件(8)上密封环与主阀上止口所形成密封副间需用密封比压的轴向力，所述电磁阀开度达到最大，上游介质向下游流动。
5.根据权利要求4所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在
6.根据权利要求5所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述电磁头部分包括磁导底壳(16)、磁导壳体(17)、磁套组件(18)、永磁环组件(19)、O胶圈(20)、挡圈(21)、O胶圈(22)、挡圈(23)、闭线圈组件(24)、开线圈组件(25)、衔铁组件(26)、电连接器(27)；
7.根据权利要求6所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：磁套组件(18)包括隔磁钢段和软磁合金段，结构为圆筒状，包括隔磁钢段和软磁合金段，隔磁钢段与软磁合金段焊接连接，在两侧靠近端面部分开设有胶圈槽；衔铁组件(26)置于磁套组件(18)柱段腔体空间内，与磁套组件(18)内壁面滑动配合；磁套组件(18)与衔铁组件(26)滑动配合面沿120°均布3道导流槽，用于衔铁组件(26)运动时辅助排气；闭线圈组件(24)、开线圈组件(25)均包括线圈及骨架，线圈骨架由中空柱段及位于柱段两端的圆环状格挡平板组成，线圈层叠缠绕在线圈骨架的中空柱段外壁面上；闭线圈组件(24)及开线圈组件(25)的线圈骨架与磁套组件(18)进行孔-轴配合，线圈骨架内壁面抱箍在磁套组件(18)外壁面；闭线圈组件(24)、开线圈组件(25)引线引出端分别焊接在两个电连接器(27)上；永磁环组件(19)为实心圆环状，内壁面环抱包裹导磁套组件(18)外壁面，外壁面与磁导外壳(17)的内壁面配合。
8.根据权利要求7所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：主阀部分与电磁头部分通过连接螺栓、弹垫及平垫片连接，并通过O胶圈(11)、O胶圈(12)、O胶圈(13)实现自锁电磁阀与外界环境密封，通过O胶圈(14)、挡圈(15)实现引压通道与背压腔气流通道隔绝。
9.根据权利要求8所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：其中的活门组件(8)由金属制成的活门基体及非金属制成的上、下密封环组成；活门组件(8)为敞口腔体结构，背侧设有弹簧腔，用于安装密封弹簧(10)；活门组件(8)侧壁设有扰流槽，在活门组件(8)及窄涨圈(9)装入主阀壳体(2)后，扰流槽位于引压腔侧，使得窄涨圈(9)前流场激发湍流，均匀压力分布，降低活门组件(8)在打开过程中的颤振概率。
10.根据权利要求9所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其中的衔铁组件(26)包括空心衔铁、阀芯基体、密封块、衔铁端帽、阀芯弹簧；空心衔铁为内腔中空柱段结构，两侧设有连接螺纹，连接螺纹外螺纹，内腔中部设有限位平台；衔铁端帽为螺盖结构，一侧为连接螺纹，连接螺纹为内螺纹，另一侧平面侧开设导向通孔；阀芯基体为柱段结构，一侧有热压腔，另一侧设有弹簧导向柱，阀芯基体中部位置环向设有外凸的限位台阶；密封块为非金属材料，与阀芯基体热压腔热压成为一体结构；衔铁端帽与空心衔铁间螺接连接，内部形成中空容腔，阀芯基体与密封块的组合结构及阀芯弹簧置入该中空容腔中，阀芯弹簧一侧抵靠空心衔铁内腔限位平台另一侧穿过阀芯基体弹簧导向柱，抵靠阀芯基体限位环底部；阀芯基体限位环结构另一侧抵靠衔铁端帽平面侧内侧端面，阀芯基体柱段结构穿过衔铁端帽导向孔。
...【技术特征摘要】
1.一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：包括主阀部分、电磁头部分；所述主阀部分与电磁头部分通过紧固件连接；
2.根据权利要求1所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述紧固件紧固件连接具体为：连接螺栓、弹垫及平垫片连接。
3.根据权利要求1所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述主阀部分包括接管嘴(1)、主阀壳体(2)、密封铜垫(3)、o胶圈(4)、挡圈(5)、o胶圈(6)、挡圈(7)、活门组件(8)、窄涨圈(9)、密封弹簧(10)；
4.根据权利要求3所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述主阀壳体(2)设有主阀上止口，与活门组件(8)上密封环配合；活门组件运动至上密封环压合在主阀壳体(2)的主阀上止口后运动停止，此时背压腔与引压腔由主阀上止口密封处隔绝，来流介质压力与背压腔之间压差维持活门组件(8)上密封环与主阀上止口所形成密封副间需用密封比压的轴向力，所述电磁阀开度达到最大，上游介质向下游流动。
5.根据权利要求4所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：主阀壳体(2)设有引压通道连接引压腔与电磁头压力容腔，钻孔位置采用销钉楔入后进行焊接防止泄漏，设有双道引泄通道连接电磁头压力容腔与主阀背压腔内介质。
6.根据权利要求5所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：所述电磁头部分包括磁导底壳(16)、磁导壳体(17)、磁套组件(18)、永磁环组件(19)、o胶圈(20)、挡圈(21)、o胶圈(22)、挡圈(23)、闭线圈组件(24)、开线圈组件(25)、衔铁组件(26)、电连接器(27)；
7.根据权利要求6所述的一种航天器用卸荷式用永磁自锁电磁阀，其特征在于：磁套组件(18)包括隔磁钢段和软磁合金段，结构为圆筒状，包括隔磁钢段和软磁合金段，隔磁钢段与软磁合金段焊接连接，在两侧靠近端面部分开设有胶圈槽；衔铁组件(26)置于磁套组件(18)柱段腔体空间内，与磁套组件(18)内壁面滑动配合；磁套组件(18)与衔铁组件(26)滑动配合面沿120°均布3道导流槽，用于衔铁组件(26)运动时辅助排气；闭线圈组件(24)、...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢黄骏，李杨，乔鑫，魏东，王树杰，刘红宝，臧辉，张明，姚怀宇，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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