ТОПЛИВОИЗОЛИРУЮЩАЯ СИСТЕМА С РАЗРЫВНОЙ МЕМБРАНОЙ Российский патент 2024 года по МПК F16K17/16 F16K31/00 

Уровень техники

[0001] Для продвижения и/или регулировки ориентации транспортные средства сжигают топливо. В некоторых типах транспортных средств до «активации» топливо может содержаться в изолированном отсеке топливной системы транспортного средства. Изолированный отсек является прочным для гарантии герметичности. После активации топливо высвобождается из изолированного отсека, чтобы транспортное средство стало работоспособным для продвижения и/или регулировки ориентации.

Сущность изобретения

[0002] Топливоизолирующая система согласно одному из примеров настоящего изобретения включает в себя корпус клапана, образующий проточный канал, проходящий от входа к выходу, и разрывную мембрану, встроенную в корпус клапана. Разрывная мембрана находится в проточном канале и герметизирует по текучей среде вход относительно выхода. Рядом с разрывной мембраной расположен исполнительный механизм. Исполнительный механизм включает в себя плунжер, выполненный с возможностью перемещения, вызывающего пробитие разрывной мембраны, что обеспечивает сообщение по текучей среде указанного входа и указанного выхода. Топливный резервуар имеет выход, присоединенный к входу корпуса клапана или выполненный как одно целое с ним.

[0003] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления исполнительный механизм представляет собой тепловой исполнительный механизм.

[0004] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления представляет собой восковой исполнительный механизм.

[0005] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления плунжер представляет собой поршень.

[0006] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления плунжер выполнен с возможностью прокалывания разрывной мембраны.

[0007] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления разрывная мембрана имеет по меньшей мере одну линию надреза.

[0008] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления разрывная мембрана является изогнутой.

[0009] Дополнительный вариант осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления включает в себя лезвие, расположенное рядом с разрывной мембраной и находящееся с противоположной стороны мембраны относительно исполнительного механизма.

[0010] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления разрывная мембрана приварена к корпусу клапана.

[0011] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления разрывная мембрана является металлической.

[0012] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления, корпус клапана, в дополнение к указанным входу и выходу, имеет контрольное отверстие, которое открыто в проточный канал и сообщается по текучей среде с выходом, при этом не сообщаясь с входом.

[0013] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления выход содержит фильтр.

[0014] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления выход содержит трубку Вентури.

[0015] Еще один вариант осуществления любого из раскрытых вариантов осуществления включает в себя топливный резервуар, соединенный с входом.

[0016] В дополнительном варианте осуществления любого из раскрытых выше вариантов осуществления в топливном резервуаре содержится гидразин под давлением.

[0017] В дополнительном варианте осуществления топливоизолирующая система в любом из предыдущих вариантов осуществления находится в транспортном средстве.

Краткое описание чертежей

[0018] Различные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники из следующего подробного раскрытия изобретения. Чертежи, сопровождающие подробное раскрытие, можно кратко описать следующим образом.

[0019] На фиг. 1 показан пример топливной системы, находящейся в космическом летательном аппарате.

[0020] На фиг. 2 показан запорный клапан топливной системы, находящийся в приведенном в действие состоянии для пробития разрывной мембраны.

[0021] На фиг. 3 показан отдельный вид примерной разрывной мембраны.

[0022] На фиг. 4 показан другой пример запорного клапана, выполненного с контрольным отверстием.

[0023] На фиг. 5 показан другой пример запорного клапана, в котором имеется лезвие, расположенное рядом с мембранной частью.

Осуществление изобретения

[0024] Механизмы, управляющие выпуском топлива из изолированных отсеков топливных систем в транспортных средствах, могут быть относительно сложными. Такие механизмы должны быть надежно управляемыми и работоспособными, чтобы активировать выпуск топлива только в нужное время. Как можно понять, чтобы удовлетворять этим требованиям, такие механизмы могут иметь относительно сложную конструкцию. Хотя эти решения эффективны, они могут привести к дополнительным расходам не только из-за самой конструкции, но и из-за этапов установки и мер по обеспечению качества. В соответствии с этим, как станет ясным из настоящего раскрытия, уникальная топливоизолирующая система в настоящем документе направлена на обеспечение надежного, менее дорогого варианта для управления активацией выпуска топлива.

[0025] На фиг. 1 схематично показана примерная топливная система 20 («система 20»). Как показано, система 20 находится в транспортном средстве, которое в целом обозначено позицией 22. Например, транспортное средство 22 является спутником, хотя это изобретение применимо и к другим типам транспортных средств.

[0026] Система 20 включает в себя запорный клапан 24, сообщающийся по текучей среде с выходом 25 топливного резервуара 26, который может содержать топливо 26а, такое как гидразин. Например, выход 25 присоединен к запорному клапану 24 или выполнен как одно целое с ним. Запорный клапан 24 служит для изоляции топлива 26а от остальной части топливной системы 20, которая в целом обозначена позицией 28. Как будет понятно, остальная часть топливной системы 28 может включать в себя магистрали текучей среды, клапаны, инжекторы и другие компоненты двигателя или двигателя малой тяги, которые хорошо изучены на практике.

[0027] Запорный клапан 24 образован корпусом 30 клапана. Корпус 30 клапана изготовлен из металлического сплава и может иметь цельную или многокомпонентную конструкцию, при условии, что он не имеет утечек под давлением и в условиях эксплуатации. Корпус 30 клапана включает в себя вход 32, выход 34 и проточный канал 36, проходящий от входа 32 к выходу 34. Вход 32 приварен к выходу 25 топливного резервуара 26. В этом примере запорный клапан имеет конфигурацию «колена», так что проточный канал 36 повернут приблизительно на 90 градусов. Следует иметь в виду, что геометрию запорного клапана 24 и проточного канала 36 можно изменять.

[0028] Запорный клапан 24 дополнительно включает в себя разрывную мембрану 38, расположенную в проточном канале 36, и исполнительный механизм 40, расположенный рядом с разрывной мембраной 38. Разрывная мембрана 38 герметизирует по текучей среде вход 32 относительно выхода 34. Исполнительный механизм 40 включает в себя плунжер 40а, выполненный с возможностью перемещения выдвигающимся образом (как показано стрелкой 42). Исполнительный механизм 40 расположен так, что плунжер 40а является выдвигаемым на ход, пересекающий разрывную мембрану 38. Например, ход составляет приблизительно полдюйма и прикладывает усилие, составляющее приблизительно 100 фунтов. Разрывная мембрана 38 является разрушаемой под воздействием плунжера 40а, при этом выдвижение плунжера 40а вызывает пробитие разрывной мембраны 38.

[0029] В одном из примеров исполнительный механизм 40 представляет собой тепловой исполнительный механизм. Одним из примеров теплового исполнительного механизма является восковой исполнительный механизм, такой как парафиновый исполнительный механизм. Тепловой исполнительный механизм преобразует тепловую энергию в механическую в виде выдвижения плунжера 40а. В одном из примеров на основе парафина, исполнительный механизм 40 включает в себя нагреватель, который может нагревать парафин, например, до температуры, превышающей температуру плавления парафина (около 176°F). Воск плавится и расширяется, указанное расширение вызывает выдвижение плунжера 40а. Как будет понятно, могут использоваться другие типы исполнительных механизмов, однако восковой исполнительный механизм имеет относительно простое бинарное действие включения/выключения для активации нагревателя и имеет низкую стоимость.

[0030] До разрыва (фиг. 1) разрывная мембрана 38 герметизирует вход 32 относительно выхода 34 таким образом, что топливо 26а остается изолированным в системе 20. Исполнительный механизм 40 приводится в действие для выдвижения плунжера 40а, когда систему 20 нужно активировать для выпуска топлива, чтобы космический летательный аппарат 22 стал работоспособным для приведения в движение и/или регулировки ориентации. При приведении в действие плунжер 40а выдвигается и пробивает разрывную мембрану 38, как показано на фиг. 2. После прорыва вход 32 и выход 34 станут сообщающимися по текучей среде, обеспечивая возможность протекания топлива через запорный клапан 24 к остальной части 28 системы 20 для приведения в движение и/или регулировки ориентации. В еще одном примере запорный клапан 24 можно использовать повторно, удалив пробитую разрывную мембрану 38 и заменив ее новой, непробитой разрывной мембраной 38.

[0031] На фиг. 3 показан отдельный вид примера разрывной мембраны 38. Разрывная мембрана 38 включает в себя мембранную часть 38а и ободок 38b. Мембранная часть 38а в этом примере является металлической и может быть выполнена из титанового или алюминиевого сплава. В связи с этим разрывная мембрана 38 в целом является жесткой, хотя, как вариант, она может быть гибкой, лишь бы она могла поддерживать изоляцию топлива 26а.

[0032] В этом примере мембранная часть 38а является частично сферической и выпуклой (в направлении плунжера 40а). Такая геометрия позволяет мембранной части 38а находиться относительно близко к плунжеру 40а, что уменьшает требуемую длину хода для пробития. Если конструктивные возможности и длина хода позволяют, то мембранная часть 38а может, как вариант, иметь коническую, пирамидальную или другую геометрию, и может быть вогнутой или даже плоской.

[0033] В представленном примере поверхность мембранной части 38а имеет по меньшей мере одну линию 38 с надреза. Линия 38 с надреза представляет собой углубление в поверхности, которое служит для ослабления мембранной части 38а с целью облегчения пробития плунжером 40а. Ободок 38b позволяет герметично закрепить мембрану 38 в корпусе 30 запорного клапана 24. Например, как показано на фиг. 1, мембрана 38 встроена в корпус 30 клапана (т.е. объединена с ним) с помощью ободка 38b, приваренного к фланцу 32а входа 32. Дополнительно или альтернативно, часть или вся мембрана 38 выполнена механической обработкой в корпусе 30 клапана.

[0034] На фиг. 4 показан еще один пример запорного клапана 124. В настоящем изобретении аналогичные ссылочные номера обозначают аналогичные элементы, где это подходит, а ссылочные номера с добавлением сотни или нескольких сотен обозначают модифицированные элементы, которые, как подразумевается, включают в себя одинаковые признаки и преимущества соответствующих элементов. В этом примере запорный клапан 124 выполнен с возможностью контроля потока. В связи с этим, в дополнение к входу 32 и выходу 34, корпус 30 клапана имеет контрольное отверстие 46, которое открывается в проточный канал 36 и сообщается по текучей среде с выходом 34, не сообщаясь при этом с входом 32 (по меньшей мере, до пробития разрывной мембраны 38). Контрольное отверстие 46 может быть выполнено с требуемой формой соединителя для подключения к различному контрольному оборудованию. Выход 34 содержит фильтр 48 и трубку 50 Вентури. Фильтр 48 служит для облегчения удаления примесей из контролируемой текучей среды, а трубка Вентури способствует уменьшению гидравлического удара.

[0035] На фиг. 5 показан еще один пример запорного клапана 224. В этом примере запорный клапан 224 включает в себя по меньшей мере одно лезвие 52, расположенное рядом с разрывной мембраной 38. Лезвие 52 расположено с противоположной стороны разрывной мембраны 38 относительно плунжера 140а исполнительного механизма 40. Плунжер 140а при выдвижении отклоняет мембранную часть 38а к лезвию 52. При соударении лезвия 52 и мембранной части 38а лезвие 52 пробивает мембранную часть 38а. Это пробитие может произойти путем разрезания, прокалывания, разрыва или другим образом, достаточным для разрыва разрывной мембраны 38, чтобы вход 32 и выход 34 стали сообщающимися по текучей среде, обеспечивая возможность протекания топлива через запорный клапан 224 для приведения в движение и/или регулировки ориентации.

[0036] Несмотря на то, что в представленных примерах показана комбинация признаков, не все из них необходимо комбинировать для реализации преимуществ различных вариантов осуществления настоящего изобретения. Иначе говоря, система, разработанная в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего раскрытия, не обязательно будет включать в себя все признаки, показанные на каком-либо из чертежей, или все части, схематически показанные на чертежах. Кроме того, избранные признаки одного примерного варианта осуществления могут быть объединены с избранными признаками других примерных вариантов осуществления.

[0037] Вышеприведенное описание по своему характеру является иллюстративным, а не ограничивающим. Специалистам в данной области техники могут стать очевидными варианты и модификации раскрытых примеров, которые не будут обязательно отклоняться от настоящего изобретения. Объем правовой охраны, предоставляемой настоящему, может быть определен только при изучении нижеприведенной формулы изобретения.

Группа изобретений относится к топливоизолирующей системе. Система включает в себя корпус клапана, образующий проточный канал, проходящий от входа к выходу, разрывную мембрану в проточном канале, герметизирующую по текучей среде вход относительно выхода, а также исполнительный механизм, расположенный рядом с разрывной мембраной. Исполнительный механизм содержит парафин и нагреватель, выполненный с возможностью плавления парафина. Разрывная мембрана встроена в корпус клапана. Указанный парафин обладает возможностью расширяться при плавлении и вызывать выдвижение плунжера, приводящее к пробитию разрывной мембраны. Исполнительный механизм включает в себя плунжер, выполненный с возможностью перемещения, вызывающего пробитие разрывной мембраны, что обеспечивает сообщение по текучей среде указанных входа и выхода. Техническим результатом является обеспечение надежного, а также менее дорогого варианта для управления активацией выпуска топлива. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Топливоизолирующая система, содержащая:

корпус клапана, образующий проточный канал, проходящий от входа к выходу;

разрывную мембрану, встроенную в корпус клапана, при этом разрывная мембрана находится в проточном канале и герметизирует по текучей среде вход относительно выхода;

исполнительный механизм, расположенный рядом с разрывной мембраной, при этом исполнительный механизм включает в себя плунжер, выполненный с возможностью перемещения, вызывающего пробитие разрывной мембраны, что обеспечивает сообщение по текучей среде указанных входа и выхода;

и топливный резервуар, имеющий выход, присоединенный к входу корпуса клапана или встроенный в него,

отличающаяся тем, что исполнительный механизм содержит парафин и нагреватель, выполненный с возможностью плавления парафина, причем указанный парафин обладает возможностью расширяться при плавлении и вызывать выдвижение плунжера, приводящее к пробитию разрывной мембраны.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что плунжер представляет собой поршень.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что плунжер выполнен с возможностью прокалывания разрывной мембраны.

4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что разрывная мембрана имеет по меньшей мере одну линию надреза.

5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что разрывная мембрана является изогнутой.

6. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит лезвие, расположенное рядом с разрывной мембраной и находящееся с противоположной стороны мембраны относительно исполнительного механизма.

7. Система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что разрывная мембрана приварена к корпусу клапана.

8. Система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что разрывная мембрана является металлической.

9. Система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что корпус клапана, в дополнение к указанным входу и выходу, имеет контрольное отверстие, которое открыто в проточный канал и сообщается по текучей среде с выходом, при этом не сообщаясь с входом.

10. Система по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что выход содержит фильтр.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что выход содержит трубку Вентури.

12. Система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что топливный резервуар содержит гидразин под давлением.

13. Транспортное средство, отличающееся тем, что оно содержит топливоизолирующую систему по любому из пп.1-12.