一种金属膜片式气体减压阀研制.pdf

第37卷第6期
火箭推进
Vol.37,o,6
2011年12月
JOURNAL OF ROCKET PROPULSION
Dec.2011
种金属膜片式气体减压阀研制
陈文曲,李路路,陈健
(上海空间推进研究所,上海20023
摘要:为满足某推进分系统压力调节流量范围大、控制要求精度高、可靠性高且需满足
长时间在轨使用的要求,研制了一种高精度金属膜片式气体减压阀。对该逆向卸荷金属膜片
式气体减压阀的方案设计、结构特点、关键技术以及达到的技术指标进行了总结,并给出了
飞行试验验证结果,经飞行试验验证,减压阀飞行工作状态良好,满足使用要求
关键词:逆向卸荷;金属膜片;减压阀
中图分类号:V432-34文献标识码:A文章编号:1672-9374(201106-0030-05
Development of pneumatic pressure
regulator with metal diaphragm
CHEN Wen-qu, LI Lu-lu, CHEN Jian
(Shanghai Institute of Space Propulsion, Shanghai 200233, China
Abstract The pressure regulator is one of the core units in space propulsion systems. The overall
scheme design, structural characteristics, key technologies and achieved qualifications of the reverse
unloading pneumatic pressure regulator with metal diaphragm are summarized. The key technology
breakthrough achieved in the R&D process is described. The verified results in the space flights test-
ing indicate that the pressure regulator works well. Therefore, the research is significant for optimiz
ing the structural parameters and reliable design of the regulator
Keywords: reverse unloading: metal diaphragm; pressure regulator
理,通过启闭件(阀芯)节流,将高压气体降
0引言
低,并利用自身能量使出口压力白动满足预定要
求。在某推进分系统上应用这类阀门,要求其出
气体减压阀是恒压挤压式姿轨控发动机系统口压力调节精度高、动态特性好和长时间工作可
关键的压力调节元件,其出口压力精度直接影响靠性高,并且在大流量范制下出口压力偏差小。
姿轨控发动机的控制精度。减压阀利用节流原设计该减压阀的关键技术难点包括:满足大流量
收稿日期:201-05-10;修回日期:2011-10-11
基金项目:国家航天高技术项月(2006AA705309)
作者简介:陈文曲(1979-),男,工程师,研究领域为液体火箭发动机阀门设计
万方数据
第37卷第6期
陈文曲,等:一种金属膜片式气体减压阀研制
范围使用工况的适应性;很高的产品输出压力调
节精度(包括高进口压力下的静压精度)和安全1方案设计
性、可靠性要求等。
本文以某推进分系统的金属膜片式气体减压1.1主要性能参数
阀为对象,闻述其方案设计和结构特点、关键技
表1列出了某推进分系统减压阀主要性能实
术以及达到的技术指标并给出了飞行试验结果。际参数。
表1减压阀主要性能实际参数
Tab. I Actual parameters for main performances of pressure regulator
减压阀
减压阀A
减压阀B
性能参数
工作介质
氮气
氨气
进工作压力pMPa
额定输出压力p,MPa
输出压力精度
1.3%
4.4%
氮气流量*(x106)(m3s-)
1540~4
360~36
20分钟内静压MPa
≤p,+0.1
(零流量工况)
(出口气垫容积0.17L)(出口气垫容积0.5
工作温度范围C
40~+50
-40~+50
总外漏率/(Pam2s
≤1x10-7(23MPa下氮检
单件质量kg
1.38
0.68
注:*额定输出压力下的实际参数
1.2方案要点
些推进分系统上,其采用卸荷式结构,调节精度
国内现阶段常见的航天器推进系统上使用的高、动态特性好,但为解决静压性能问题,设计
战压阀主要有无卸荷式和卸荷式两种结构形式。上采用了常值耗气孔,因此,在具有长时在轨运
作为减压阀中最主要的控制元件之一,敏感元件行要求的应用条件下受到一定的限制。上世纪90
用来感应减压阀出口压力的变化以保证出口压力年代,针对某推进分系统对压力调节提出的工作
的稳定性和精确性。常见的航天器推进分系统上流量范围大、轨道和姿态控制要求精度高、可靠
的减压阀主要敏感元件有膜片式和活塞式。膜片性高且必须满足长时在轨使用工况的要求,进一
具有重量轻、体积小、密封性好和调节精度高等步研制了一种高精度金属膜片式气体减压阀。该
优点;活塞适用于输出压力高的场合,但不具备高精度减压阀采用反向卸荷式结构,利用不锈钢
轻重量、小体积,密封性较差,且存在较大的摩金属(波纹)膜片作为敏感元件,具有输出压力
擦力,对减压阀的输出压力精度有较大的不利影精度高、静压稳定、适应流量范围大、全程压力
响。有些推进分系统上使用的减压阀采用无卸荷加载工况下工作寿命长、低漏率和高可靠性等优
式结构,具有结构简单、技术成熟等特点,但压点,满足了系统的使用工况并成功应用于历次飞
力调节精度不高,尤其在大流量跨度范围下,其行试验中。
压力特性和流量特性均不佳。在上世纪70年代
图1给出了这种金属膜片式气体减压阀的外
研制的金属膜片式气体减压阀成功应用于另外一形图和原理结构设计图。减压阀主要由过滤器
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