CN111232253B - 一种固体工质的储供装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体工质的储供装置，包括：固体工质储供器，管路，隔离阀，电磁阀，快速断接器和加压供气机构；固体工质储供器连接管路一端，管路另一端用于连接电推进装置；管路上设置有隔离阀和电磁阀；快速断接器的一端连接在隔离阀和电磁阀之间的管路中，快速断接器的另一端连接加压供气机构；通过在储供装置中充入高于一个大气压的保护气体，基于压差原理，能够防止外界湿空气进入，避免固体工质产生化学反应而失效，可以作为长期的固体工质储供和保护装置至于地面。

Description

一种固体工质的储供装置

技术领域

本申请涉及航天电推进技术领域，尤其涉及一种固体工质的储供装置。

背景技术

近年来的随着人类对宇宙空间的探索越来越频繁，各种空间卫星如雨后春笋般快速发展，特别是行星探测器、深空探测和微小卫星等技术的发展，空间探测技术越来越先进。因此，要发展高效的推进系统，确保空间探测任务能够进行，航天事业的突破有赖于推进技术的发展。目前，我国的电推进技术的研究已经进入了较为稳定的阶段，电推进技术以其高比冲、质量体积等优势逐渐走向实用。电推进技术的原理是利用电能加热、离解和加速工质形成高速射流而产生推力的技术；电推进系统主要包括固体工质储供装置和电推进装置。尽管某些工程样机的主要指标满足或者超过国内外相同的要求，但是随着电推进技术能够成熟地被应用，还需要进行一系列的地面验证试验。在地面验证期间，以固态工质为推进剂的推进器处于真空状态，使得固体工质的长时间储存成为一个难点，由于外部环境的不可控等因素，可能导致外部湿空气等气体进入固体工质储供装置，与内部的固体工质发生化学反应，进而堵塞管路系统，导致电推进系统的储供装置失效，给电推进系统带来毁灭性的创伤。因此，需要一种能够保护储供装置中的固体工质在长期存储时不被受潮和失效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种固体工质的储供装置，以解决或者部分解决电推进系统的储供装置中的固体工质在长期存储时容易与湿空气反应而失效的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种固体工质的储供装置，包括：固体工质储供器，管路，隔离阀，电磁阀，快速断接器和加压供气机构；

固体工质储供器连接管路一端，管路另一端用于连接电推进装置；

管路上设置有隔离阀和电磁阀；快速断接器的一端连接在隔离阀和电磁阀之间的管路中，快速断接器的另一端连接加压供气机构；

其中，在需要充气时，开启加压供气机构、快速断接器和电磁阀，通过加压供气机构输出保护气体流通管路，以将管路中的杂质气体通过电磁阀从管路的另一端排出；关闭电磁阀并开启隔离阀，保护气体通过管路流入固体工质储供器，以使固体工质储供器中的保护气体的气压超过一个大气压。

可选的，加压供气机构包括气瓶和减压阀，减压阀的入口连接气瓶的出口，减压阀的出口连接快速断接器。

如上述的技术方案，在加压供气机构与快速断接器之间还连接有流体过滤器。

进一步的，流体过滤器的过滤精度为5μm~25μm。

如上述的技术方案，快速断接器包括公头和母头，母头连接加压供气机构，公头连接在隔离阀和电磁阀之间的管路中。

可选的，在固体工质储供器中的保护气体的气压超过一个大气压以后，将快速断接器的公头替换为金属堵头。

如上述的技术方案，在隔离阀和电磁阀之间的管路上设有三通；三通的第一端连接快速断接器，三通的第二端通过管路连接隔离阀，三通的第三端通过管路连接电磁阀。

如上述的技术方案，在固体工质储供器和管路的外侧设有柔性加热器。

如上述的技术方案，当电推进系统未工作时，储供装置中的保护气体的压强在0.1MPa以上。

本发明还提供了一种电推进系统，包括电推进装置，以及与电推进装置连接的上述技术方案中任一种储供装置。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开了一种固体工质的储供装置，在储供装置中充入高于一个大气压的保护气体，基于压差原理，能够防止外界湿空气进入到固体工质储供器和管路中，避免其与固体工质产生化学反应导致固体工质失效，同时还能检测管路和电磁阀是否通畅；本实施例提供的储供装置，可以作为长期的固体工质储供和保护装置至于地面，方便长时间的航天地面试验。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的固体工质储供装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的包括了流体过滤器的固体工质储供装置的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的将快速断接器的公头换成金属堵头的固体工质储供装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的使用三通的固体工质储供装置的结构示意图；

附图标记说明：

1、固体工质储供器；2、固体工质；3、隔离阀；4、管路；5、电磁阀；6、快速断接器；7加压供气机构；71、气瓶；72、减压阀；8、流体过滤器；9、金属堵头；10、三通。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

为了解决航天电推进系统中的固态工质在长时间存储时因为外部湿空气进入而导致失效的问题，在一些可选的实施例中，提供了一种固体工质2的储供装置，包括：固体工质储供器1，管路4，隔离阀3，电磁阀5，快速断接器6和加压供气机构7；固体工质储供器1连接管路4一端，管路4另一端用于连接电推进装置；管路4上设置有隔离阀3和电磁阀5；快速断接器6的一端连接在隔离阀3和电磁阀5之间的管路4中，快速断接器6的另一端连接加压供气机构7；

其中，在需要充气时，开启加压供气机构7、快速断接器6和电磁阀5，通过加压供气机构7输出保护气体流通管路4，以将管路4中的杂质气体通过电磁阀5从管路4的另一端排出；关闭电磁阀5并开启隔离阀3，保护气体通过管路4流入固体工质储供器1，以使固体工质储供器1中的保护气体的气压超过一个大气压。

总的来说，本实施例提供了一种能够充入高于一个标准大气压的保护气体的固体工质的储供装置，从而能够保证电推进系统长期处于地面时，不需要对储供装置进行持续加热，即能够保证内部固体工质的干燥，同时利用保护气体的压差，防止外部湿气的进入，确保了长时间在地面存储时，储供装置能够保证内部的固体工质不与外部气体发生反应，提高固体工质的有效性。

具体来说：固体工质储供器1是用于存储固体工质2的容器腔体，腔体的外形可以是长方体、圆柱体或者其他多面体形结构，腔体的材料为不与所述固体工质2发生化学反应的不锈钢材料或镍基合金材料，如316L，等。可选的，储供装置存储的固体工质2可以是碘颗粒或其他种类的固体工质。以碘工质为例，碘工质易与空气中的水蒸气等气体会发生化学反应（吸热升华或者气化），碘工质将转变为腐蚀性较强的其他化学物，有一定的危害性，故而，管路4和电磁阀5选择具有一定防腐性能的材料。

加压供气机构7的作用是向管路4和固体工质储供器1中充入一个标准大气压以上的保护气体，保护气体可以使用氮气或其他种类的不与固体工质2发生反应的惰性气体，如果使用氮气，氮气的纯度应至少在4N以上（99.99%），推荐5N（99.999%），或6N（99.9999%）。加压供气机构7上配备有气压控制器，能够控制管路4和固体工质储供器1中的保护气体的压强。

本实施例中的管路4是流体的输运机构，管路4的一端连接固体工质储供器1，管路4的另一端可以连接电推进装置，以在电推进装置试验或工作时，向其输送推进工质；在电推进装置长期不工作时，管路4的另一端也可以连通外界环境。管路4的材质为不与所输送的流体或工质发生化学反应的不锈钢，镍基合金等材料，管路4的形状根据要求制定，为1/8，1/4不锈钢管等。

靠近固体工质储供器1一端的管路4上设置的隔离阀3是作为开关气路阀使用；隔离阀3的材料为耐腐蚀的不锈钢系列等，在需要向管路4和固体工质储供器1中充气保护时，打开隔离阀3，气体能够顺着管路4进入固体工质储供器1中。

靠近电推进装置一端的管路4上设置的电磁阀5可以选用耐腐蚀和高温不锈钢电磁阀5或镍基高温合金电磁阀5等，要求密封性能良好，漏率要满足系统要求。当电推进系统开始工作时，电磁阀5开启以使工质通过管路4进入电推进装置。值得一提的是，电磁阀5一方面可以在电推进系统开始工作时，能够不借助外界测量工具，利用保护气体的压差，在打开电磁阀5时根据气流通过的声响，确认电磁阀5是否动作正常，管路4输送工质是否通畅；若电磁阀5因为杂质沉积存在卡涩，通过保护气体的压差，在打开电磁阀5时能自动进行吹扫，还可以改善电磁阀5的卡涩失效；另一方面，在电推进系统未工作，储供装置处于长期存储固体工质2的状态时，电磁阀5处于关闭状态，能够防止外部气体特别是水蒸汽进入到所述腔体和所述管路4中，避免对固体工质2产生不利影响。

快速断接器6是作为控制加压供气机构7和管路4是否连通的中介，可以选用世伟洛克(Swagelok)的流体断接器，当需要向固体工质储供器1和管路4充气时，快速断接器6连通实现充气；充气完成后可以方便断开，实现气体的阻断。使用快速断接器6控制保护气体的流入，方便快捷且结构简单。快速断接器6与加压供气机构7和管路4之间可以通过输气管道连接。

本实施例公开了一种固体工质的储供装置，在储供装置中充入高于一个大气压的保护气体，基于压差原理，能够防止外界湿空气进入到固体工质储供器和管路中，避免其与固体工质产生化学反应导致固体工质失效，同时还能检测管路和电磁阀是否通畅；本实施例提供的储供装置，可以作为长期的固体工质储供和保护装置至于地面，方便长时间的航天地面试验。

上述实施例中的加压供气机构7可以使用配备了输送泵的保护气源，为了方便、快捷的进行供气，如基于上述实施例相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，给出了一种加压供气机构7的具体结构，如图2所示，加压供气机构7包括气瓶71和减压阀72，减压阀72的入口连接气瓶71的出口，减压阀72的出口连接快速断接器6。这里使用的气瓶71是将保护气体液化存储的高压气瓶71，其上安装有减压阀72，减压阀72上设有高压表和低压表，高压表用于检测气瓶71中的气体压力，低压表可控制气体的输出压强，即在储供装置中的固体工质储供器1和管路4中的保护气体的压强。

为了避免加压供气机构7和与其连接的管道中存在的杂质颗粒进入固体工质储供器1，基于上述实施例相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，如附图2所示，在加压供气机构7与快速断接器6之间还连接有流体过滤器8。流体过滤器8对流体中的颗粒物进行阻拦和过滤，这些颗粒物通常是来自气瓶71中的杂质，或者是在管道连接时所残留的杂质异物。进一步的，流体过滤器8的过滤精度为5μm~25μm。过滤精度，即流体过滤器8的滤芯孔径，当包含杂质的流体通过过滤器时，过滤器允许通过的最大颗粒的粒径。过滤精度为5μm~25μm，即只有粒径小于5μm~25μm的杂质颗粒才能进入流体过滤器8之后的管道或器件，能够过滤绝大部分的杂质颗粒，具有很高的过滤灵敏度。

基于上述实施例相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，快速断接器6包括公头和母头，母头连接加压供气机构7，公头连接在隔离阀3和电磁阀5之间的管路4中。即，通往固体工质储供器1的管路4连接快速断接器6的公头，加压供气机构7一侧的管路4连接快速断接器6的母头，当需要向腔体个管路4充气时，快速断接器6的公头和母头连接，实现气体的流通；当需要断开时，分开公头和母头，实现气体的阻断。包括公头和母头的快速断接器6能够方便快捷的连通管路4和气瓶71，结构简单便于实施。

当固体工质2需要在地面长期储存时，为了进一步提高储供装置的气密性，避免固体工质2受潮反应，基于前述实施例相同的发明构思，在又一些可选的实施例中，如图3所示，在固体工质储供器1中的保护气体的气压超过一个大气压以后，将快速断接器6的公头替换为金属堵头9。即，在保护气体充气完成后，将快速断接器6的公头快速换成金属堵头9，金属堵头9比公头的气密性更好，结构更加简单，重量更轻，且不影响卫星实施其他工作。如果需要充气，则再将金属堵头9换回快速断接器6的公头。

在上述全部的实施例中，可选的，如图4所示，在隔离阀3和电磁阀5之间的管路4上设有三通10；三通10的第一端连接快速断接器6，三通10的第二端通过管路4连接隔离阀3，三通10的第三端通过管路4连接电磁阀5。三通10作为连接快速断接器6、隔离阀3和电磁阀5之间的连通器，可以使用三通管件，或使用三通阀门。

在上述全部的实施例中，可选的，当电推进系统未工作时，储供装置中的保护气体的压强在0.1MPa以上；优选的，控制保护气体的压强在0.3MPa以上，即通过减压阀72上的低压表控制管路4和固体工质储供器1中的保护气体的压强在3个标准大气压以上，如此，既能够更佳的保护固体工质2不与外界湿空气发生反应，又能良好的检验电磁阀5是否卡涩，工质输送管路4是否通畅。

在上述全部的实施例中，可选的，在固体工质储供器1和储供装置的全部管路4的外侧设有柔性加热器。柔性加热器可使用柔性加热片，缠绕在固体工质2除尘器和管路4上，当需要进行电推进试验时，可对管路4和固体工质储供器1进行加热，使固体工质2升华，气态的工质通过管路4进入推进装置进行工作。

接下来以附图2中的储供装置为例具体说明其工作原理：

（1）当确定在一段时间内不进行电推进实验，固体工质2储供装置需要在地面长期储存时，可进行充气保护。以外部环境为大气环境为例，首先要进行充气时，整个储供装置放置在湿度不大于30%的环境中，腔体内部事先装好合适的碘颗粒工质，电磁阀5和隔离阀3均处于关闭状态，快速断接器6的公母头相连，电磁阀5出口端的管路4与电推进装置断开，并连通大气环境，并保证整个储供装置的内部密封性良好；

（2）加压供气机构7使用高压氮气瓶71，并调节减压阀72的压力表，使低压表的表压为0.3 MPa；氮气先经过流体过滤器8，滤掉不符合要求的颗粒以及杂质，保证进入管路4中气体的清洁度，然后通过事先将公头和母头连接好的快速断接器6，接着气流顺着管路4分别流到隔离阀3和电磁阀5入口以及沿途管道中，整个管道的表压约为0.3 MPa；

（3）打开电磁阀5，氮气经过电磁阀5排出至大气环境，目的在于先将管路4中杂质气体排出，电磁阀5维持开启3分钟左右，然后关掉。紧接着，在关掉电磁阀5之后，打开隔离阀3，氮气将充满固体工质储供器1的整个腔体，维持3分钟以上，使腔体内的保护气体压强达到0.3 MPa，然后关掉隔离阀3。至此，整个装置的充气过程结束，断开快速断接器6的公母头以及氮气瓶71，完成了整个充气工作，在保证密封性的情况下，可以每隔一个月可以充气一次。

基于前述实施例相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，提供了一种电推进系统，包括电推进装置，以及与电推进装置相连的前述实施例中的任一种储供装置。

总的来说，本发明结构简单，节约空间，减少了对干燥箱或干燥氛围的依赖，操作方面，适用性较广。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开了一种固体工质的储供装置，在储供装置中充入高于一个大气压的保护气体，基于压差原理，能够防止外界湿空气进入到固体工质储供器和管路中，避免其与固体工质产生化学反应导致固体工质失效，同时还能检测管路和电磁阀是否通畅；本实施例提供的储供装置，可以作为长期的固体工质储供和保护装置至于地面，方便长时间的航天地面试验。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种固体工质的储供装置，其特征在于，所述储供装置包括：固体工质储供器，管路，隔离阀，电磁阀，快速断接器和加压供气机构；

所述固体工质储供器连接所述管路一端，所述管路另一端用于连接电推进装置；所述固体工质储供器的材质为不锈钢或镍基合金；

所述管路上设置有所述隔离阀和所述电磁阀；所述快速断接器的一端连接在所述隔离阀和所述电磁阀之间的管路中，所述快速断接器的另一端连接所述加压供气机构；

其中，在需要充气时，开启所述加压供气机构、所述快速断接器和所述电磁阀，通过所述加压供气机构输出保护气体流通所述管路，以将所述管路中的杂质气体通过所述电磁阀从所述管路的另一端排出；关闭所述电磁阀并开启所述隔离阀，所述保护气体通过所述管路流入所述固体工质储供器，以使所述固体工质储供器中的保护气体的气压超过一个大气压；

所述电磁阀用于在所述电推进装置开始工作，打开所述电磁阀时，根据气流通过的声响，判断所述电磁阀是否动作正常，所述管路输送工质是否通畅；并在所述电磁阀卡涩时，通过所述保护气体的压差，在打开所述电磁阀时进行吹扫。

2.如权利要求1所述的储供装置，其特征在于，所述加压供气机构包括气瓶和减压阀，所述减压阀的入口连接所述气瓶的出口，所述减压阀的出口连接所述快速断接器。

3.如权利要求1所述的储供装置，其特征在于，在所述加压供气机构与所述快速断接器之间还连接有流体过滤器。

4.如权利要求3所述的储供装置，其特征在于，所述流体过滤器的过滤精度为5μm~25μm。

5.如权利要求1所述的储供装置，其特征在于，所述快速断接器包括公头和母头，所述母头连接所述加压供气机构，所述公头连接在所述隔离阀和所述电磁阀之间的管路中。

6.如权利要求5所述的储供装置，其特征在于，在所述固体工质储供器中的保护气体的气压超过一个大气压以后，将所述快速断接器的公头替换为金属堵头。

7.如权利要求1所述的储供装置，其特征在于，在所述隔离阀和所述电磁阀之间的所述管路上设有三通；所述三通的第一端连接所述快速断接器，所述三通的第二端通过所述管路连接所述隔离阀，所述三通的第三端通过所述管路连接所述电磁阀。

8.如权利要求1所述的储供装置，其特征在于，在所述固体工质储供器和所述管路的外侧设有柔性加热器。

9.一种电推进系统，其特征在于，包括电推进装置，以及与所述电推进装置连接的如权利要求1~8中任一权利要求所述的储供装置。

10.如权利要求9所述的电推进系统，其特征在于，当所述电推进系统未工作时，所述储供装置中的保护气体的压强在0.1MPa以上。

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