一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器.pdf

本发明公开了一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，该恒压水蒸发器由冷却水箱和压力控制阀组成，压力控制阀通过连接头螺纹连接在冷却水箱的水箱壳体的顶面上，压力控制阀包括有阀体、调节杆、压盖、单向阀、阀套、弹簧压座、弹簧、锥形阀芯、滤网和连接头。本发明的恒压水蒸发器克服了空天飞行器上使用的水蒸发器由于高空工作时水的沸点过低而造成的水的过度消耗问题，当冷却水箱内的水蒸气压力低于设定值时，锥形阀芯关闭；当冷却水箱内的压力高于设定值时，锥形阀芯打开，向大气排气。

1、  一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，该恒压水蒸发器有一冷却水箱(1)，其
特征在于：还设有一压力控制阀(2)，该压力控制阀(2)通过连接头(205)螺
纹连接在冷却水箱(1)的水箱壳体(11)的顶面上；
压力控制阀(2)包括有阀体(203)、调节杆(201)、压盖(209)、单向阀(207)、阀套(206a)、弹簧压座(206b)、弹簧(208)、锥形阀芯(206)、滤网(204)、连接头(205)；
阀体(203)沿中心线设有A中心通孔(234)；阀体(203)的上端设有一个多阶沉头孔，该多阶沉头孔分为三个腔，该三个腔是指A腔(235)、B腔(236)和C腔(237)；阀体(203)的下端设有A沉头孔(231)，A沉头孔(231)内设有内螺纹；阀体(203)上设有传感器接口(232)和排气口(233)；锥形阀芯(206)的一端穿过阀套(206a)上的通孔、A腔(235)后顶紧在A中心通孔(234)的上端，A中心通孔(234)的下端与滤网(204)接触；阀套(206a)安装在B腔(236)中，且阀套(206a)的阀腔中放置有弹簧(208)，该弹簧(208)的一端套装在锥形阀芯(206)的上端，弹簧(208)的另一端套装在弹簧压座(206b)的下端；锥形阀芯(206)与阀套(206a)下端设有的一通孔之间设有A密封圈(3)，C腔(237)内设有内螺纹，压盖(209)螺纹连接在阀体(203)的C腔(237)内；阀套(206a)的上端与压盖(209)的端面之间设有C密封圈(5)；
连接头(205)上设有外螺纹，连接头(205)沿中心线方向设有B中心通孔(251)；
压盖(209)上设有外螺纹，压盖(209)沿中心线方向设有螺纹孔，该螺纹孔用于实现调节杆(201)与压盖(209)安装在一起；
调节杆(201)的杆上设有外螺纹，调节杆(201)沿中心线方向设有C中心通孔(213)，调节杆(201)的上端设有C沉头孔(212)，该C沉头孔(212)内安装有D密封圈(6)；调节杆(201)的下端设有B沉头孔(211)，B沉头孔(211)上设有内螺纹，该B沉头孔(211)内通过螺纹连接有单向阀(207)，该单向阀(207)下端套有B螺母(201a)；
调节杆(201)的螺纹杆上螺纹连接有A螺母(202a)、刻度盘(202)，通过调节调节杆(201)使阀套(206a)中的弹簧(208)压缩来定制压力控制阀(2)的设定值；
单向阀(207)的阀体上设有外螺纹，单向阀(207)沿中心线方向设有D中心通孔(274)，D中心通孔(274)的端部设有球阀(271)，球阀(271)与弹簧压帽(273)之间设有B弹簧(272)。

2、  根据权利要求1所述的适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，其特征在于：传感器接口(232)内安装有压力传感器，该压力传感器用来采集冷却水箱(1)中的冷却水(13)受热后产生的蒸气压力。

3、  根据权利要求1所述的适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，其特征在于：当对阀套(206a)的阀腔进行抽真空时，单向阀(207)的球阀(271)为打开状态，当完成对阀套(206a)的阀腔抽真空处理后，单向阀(207)的球阀(271)在内外压差的作用下始终保持关闭状态。

一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器
技术领域
本发明涉及一种水蒸气蒸发器。更特别地说，是指一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器。
背景技术
水蒸发器作为空天飞行器液压系统的主要散热元件，其工作特性直接决定了液压系统的工作温度，所以其对液压系统的正常工作极为重要。而对于空天飞行器，高空大气压力较低，水蒸发器直接与大气相通，水的沸点直接受到大气压力的影响，所以在飞行器高空飞行时，蒸发器中的水在较低的温度下就开始沸腾，虽然能够有效对液压系统散热，但由于水沸点过低，造成水的过度消耗。水的过度消耗必然降低了水的散热效率，所以为了液压系统的工作时间要求，就必须增加蒸发器中的水量，从而增加了系统的重量，而重量的增加不仅影响飞行器的性能，更加影响飞行器的飞行成本，所以在确保液压系统正常工作的同时尽量减少蒸发器的水量至关重要。
发明内容
为了克服现有的空天飞行器上使用的水蒸发器由于高空工作时水的沸点过低而造成的水的过度消耗问题，本发明提出了一种具有恒压特征的水蒸发器。该恒压水蒸发器由冷却水箱和压力控制阀组成，当冷却水箱内的水蒸气压力低于设定值时，锥形阀芯关闭；当冷却水箱内的压力高于设定值时，锥形阀芯打开，向大气排气。
本发明是一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，该恒压水蒸发器有一冷却水箱和一压力控制阀，该压力控制阀通过连接头螺纹连接在冷却水箱的水箱壳体的顶面上。
压力控制阀包括有阀体、调节杆、压盖、单向阀、阀套、弹簧压座、弹簧、锥形阀芯、滤网、连接头；
阀体沿中心线设有A中心通孔；阀体的上端设有一个多阶沉头孔，该多阶沉头孔分为三个腔，该三个腔是指A腔、B腔和C腔；阀体的下端设有A沉头孔，A沉头孔内设有内螺纹；阀体上设有传感器接口和排气口；锥形阀芯的一端穿过阀套上的通孔、A腔后顶紧在A中心通孔的上端，A中心通孔的下端与滤网接触；阀套安装在B腔中，且阀套的阀腔中放置有弹簧，该弹簧的一端套装在锥形阀芯的上端，弹簧的另一端套装在弹簧压座的下端；锥形阀芯与阀套下端设有的一通孔之间设有A密封圈，C腔内设有内螺纹，压盖螺纹连接在阀体的C腔内；阀套的上端与压盖的端面之间设有C密封圈；
连接头上设有外螺纹，连接头沿中心线方向设有B中心通孔；
压盖上设有外螺纹，压盖沿中心线方向设有螺纹孔，该螺纹孔用于实现调节杆与压盖安装在一起；
调节杆的杆上设有外螺纹，调节杆沿中心线方向设有C中心通孔，调节杆的上端设有C沉头孔，该C沉头孔内安装有D密封圈；调节杆的下端设有B沉头孔，B沉头孔上设有内螺纹，该B沉头孔内通过螺纹连接有单向阀，该单向阀下端套有B螺母；
调节杆的螺纹杆上螺纹连接有A螺母、刻度盘，通过调节调节杆使阀套中的弹簧压缩来定制压力控制阀的设定值；
单向阀的阀体上设有外螺纹，单向阀沿中心线方向设有D中心通孔，D中心通孔的端部设有球阀，球阀与弹簧压帽之间设有B弹簧。
本发明的一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器的优点在于：
(1)压力控制阀采用多段腔的设计，并利用该多段腔来装配单向阀、阀套、锥形阀芯，使得冷却水在对液压系统进行散热时产生的水蒸气的压力恒定。
(2)通过调节杆与单向阀的组合使用，能够对压力控制阀进行抽真空处理，并且使阀套的阀腔保持真空状态。
(3)本发明设计的压力控制阀，其设定压力不随外界大气环境压力的变化而变化，从而准确地控制了冷却水箱内的气体压力，进而控制了水的沸点。
(4)在确保水蒸发器能够正常给液压系统散热的同时，通过控制水蒸气的压力对水的沸点进行控制，从而确保水不至于过度消耗。
附图说明
图1是本发明恒压水蒸发器的剖视图。
图2是本发明压力控制阀的剖视图。
图2A是本发明压力控制阀中调节杆与单向阀的剖视图。
图中：       1.冷却水箱     11.水箱壳体     12.液压油管      13.冷却水131.水位面     2.压力控制阀   201.调节杆      211.B沉头孔      212.C沉头孔213.C中心通孔  201a.B螺母     202.刻度盘      202a.A螺母       203.阀体231.A沉头孔    232.传感器接口 233.排气口      234.A中心通孔    235.A腔236.B腔        237.C腔        204.滤网        205.连接头       251.B中心通孔206.锥形阀芯   206a.阀套      206b.弹簧压座   207.单向阀       271.球阀272.B弹簧      273.弹簧压帽   274.D中心通孔   208.弹簧         209.压盖3.A密封圈      4.B密封圈      5.C密封圈       6.D密封圈        7.E密封圈
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明的一种适用于空天飞行器的恒压水蒸发器，该恒压水蒸发器由冷却水箱1和压力控制阀2组成，压力控制阀2通过连接头205螺纹连接在冷却水箱1的水箱壳体11的顶面上，即水箱壳体11的顶面上开有一个螺纹孔。
在本发明中，冷却水箱1内装有冷却水(去离子水、纯净水、蒸馏水等)，但冷却水的用量为冷却水箱1的容积的3/4(即冷却水箱1内的冷却水13的水位面131至冷却水箱1的上顶面内壁有一空间，该空间充满冷却水升温后产生的蒸气)。冷却水箱1的壳体11顶面设有螺纹孔，该螺纹孔用于将压力控制阀2安装在冷却水箱1上。液压油管12横向穿透安装在冷却水箱1上，冷却水箱1内的冷却水13对液压油管12进行冷却。由于液压油管12工作时产生的高温使冷却水也升温，又因在高空中，冷却水的沸点低，易造成冷却水的过度消耗，使液压油管12散热效率降低，因此本发明利用在水箱壳体11的顶面上安装压力控制阀2来弥补冷却水的过度消耗。
在本发明中，压力控制阀2包括有阀体203、调节杆201、压盖209、单向阀207、阀套206a、弹簧压座206b、弹簧208、锥形阀芯206、滤网204、连接头205。
阀体203沿中心线设有A中心通孔234；阀体203的上端设有一个多阶沉头孔，该多阶沉头孔分为三个腔，该三个腔是指A腔235、B腔236和C腔237；阀体203的下端设有A沉头孔231，A沉头孔231内设有内螺纹；阀体203上设有传感器接口232和排气口233。传感器接口232内可以安装一压力传感器，该压力传感器用来采集冷却水箱1中的冷却水受热后产生的蒸气压力。排气口233用于将冷却水箱1中产生的水蒸气排出，水蒸气的排出是在锥形阀芯206打开后，水蒸气顺次经B中心通孔251(设置在连接头205上)、A中心通孔234(设置在阀体203的中心线上)、A腔235后，经排气口233排出。锥形阀芯206的一端穿过阀套206a上的通孔、A腔235后顶紧在A中心通孔234的上端，A中心通孔234的下端与滤网204接触，该滤网204可以过滤掉混在水蒸气中的液态水和杂质。阀套206a安装在B腔236中，且阀套206a的阀腔中放置有弹簧208，该弹簧208的一端套装在锥形阀芯206的上端，弹簧208的另一端套装在弹簧压座206b的下端。锥形阀芯206与阀套206a下端设有的一通孔之间设有A密封圈3，该A密封圈3能够阻止A腔235中的空气进入阀套206a，从而保证了阀套206a的阀腔为一密闭容腔。C腔237内设有内螺纹，压盖209螺纹连接在阀体203的C腔237内。阀套206a的上端与压盖209的端面之间设有C密封圈5。
连接头205上设有外螺纹，连接头205沿中心线方向设有B中心通孔251。B中心通孔251用于冷却水受热后产生的水蒸气通过。
压盖209上设有外螺纹，压盖209沿中心线方向设有螺纹孔，该螺纹孔用于实现调节杆201与压盖209安装在一起。
调节杆201的杆上设有外螺纹，调节杆201沿中心线方向设有C中心通孔213，调节杆201的上端设有C沉头孔212，该C沉头孔212内安装有D密封圈6，该D密封圈6保证在通过C中心通孔213对阀套206a的阀腔抽真空时的密封性；调节杆201的下端设有B沉头孔211，B沉头孔211上设有内螺纹，该B沉头孔211内通过螺纹连接有单向阀207，该单向阀207下端套有B螺母201a，该B螺母201a使B密封圈4与调节杆201下端面贴紧，同样保证阀套206a的阀腔为一密闭容腔。调节杆201的螺纹杆上螺纹连接有A螺母202a、刻度盘202，通过调节调节杆201使阀套206a中的弹簧208压缩来定制压力控制阀2的设定值，该设定值可以通过刻度盘202上的数值读到，而刻度盘202上的数值是经过接在传感器接口232处的压力传感器标定过的，以保证刻度盘202上刻度的准确性。
单向阀207的阀体上设有外螺纹，单向阀207沿中心线方向设有D中心通孔274，D中心通孔274的端部设有球阀271，球阀271与弹簧压帽273之间设有B弹簧272。在本发明中，当对阀套206a的阀腔进行抽真空时，单向阀207的球阀271为打开状态，当完成对阀套206a的阀腔抽真空处理后，单向阀207的球阀271在内外压差的作用下始终保持关闭状态。
在本发明中，压力控制阀2能够使其设定压力不受外界大气环境压力变化的影响，只与弹簧208的预压缩量有关。阀体203、压盖209、单向阀207三者连接处采用了多个密封圈(A密封圈3、B密封圈4、C密封圈5、E密封圈7)，使得阀套206a的阀腔为一个密闭容腔；在压力控制阀2工作之前，先通过C中心通孔213对阀套206a的阀腔进行抽真空处理，使得阀套206a的阀腔成为一个真空腔，该阀套206a的阀腔内的真空度为1×10^-2Pa～1×10^-3Pa；在阀套206a的阀腔上方安装单向阀207，在内外压差的作用下，可以通过单向阀207使阀套206a的阀腔始终保持在真空状态下；锥形阀芯206在A腔235内受到空气压力的上下作用面面积相等，这样锥形阀芯206上端只受弹簧208的压力，下端只受经过A中心通孔234的水蒸气的压力；在该B腔236内安装弹簧208(弹簧208与调节杆201的作用，实现对压力控制阀2的设定值进行定制)，保证了压力控制阀2的设定压力不受外界环境压力变化的影响。
本发明的恒压水蒸发器，压力控制阀2通过连接头205安装在冷却水箱1的壳体11的顶面上，使水箱内的冷却水3的水位面131的水蒸气直接与压力控制阀2上的连接头205的B中心通孔251相通；在通过调节杆201进行压力控制阀2的设定值定制时，可以应用刻度盘202上标注的压力刻度得到，而刻度盘202上的压力刻度是经过接在传感器接口232处的压力传感器标定过的，这样就可以非常方便准确地为压力控制阀2设定压力值；当冷却水箱内的水蒸气压力高于设定值时，锥形阀芯打开，此时水蒸气在进入压力控制阀2后的顺次流动为B中心通孔251、滤网204、A中心通孔234后，由排气口233排出，从而使冷却水箱1内的气体压力保持恒定，进而控制了水的沸点，降低了水的消耗。通过在阀体203上设计一个接口232，该接口232内安装有压力传感器，可以对刻度盘202上的压力刻度进行标定，还可以通过该压力传感器来采集水箱内冷却水受热时的蒸气压力，以便实时监控冷却水受热时的蒸气压力，提高了恒压水蒸发器的可靠性。