CN101782466A - 试验台冷却水系统设计 - Google Patents

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Abstract

全流量试验台冷却水系统设计，通过调节增压水箱的压力，调节水的流量，为试验件提供冷却水。冷却水系统由空气增压管路、进水箱、回水箱、阀门、流量计和过滤器组成，可分为空气增压系统和循环水系统。空气增压系统是将高压空气源通过减压器降低到设计值，给进水箱增压，实现对水流量的控制；进水管道和回水管道设计有一定倾斜角度，有利于管道中空气的排放；管道中设计有储气管，能减轻水流对阀门的水击作用和存储管道中的空气。

Description

试验台冷却水系统设计
【技术领域】
本发明涉及液体火箭发动机试验台冷却水系统的设计，尤其涉及全流量补燃循环发动机冷却水供应系统。
【背景技术】
全流量补燃循环发动机是液体火箭发动机的新型循环方式，是针对美国航天飞机主发动机中存在的问题而提出的一种改进型发动机，其带来的核心技术是气-气喷注器和富氧预燃室。京航空航天大学自2002年以来，开展全流量补燃循环发动机关键技术的研究，建立全流量补燃循环发动机实验台，探索该发动机关键技术的解决方案，为将来大推力、可重复使用火箭发动机的研制打下基础。在全流量发动机的关键部件试验研究任务中，常需要对试验件在高温高压下进行试验研究，因而在试验过程中，需要设计有冷却系统，避免高温燃气烧坏试验件。在常温下，水是理想的冷却剂，具有比热大、使用方便、安全性高等特点，使用水做冷却介质的试验系统能满足绝大部分试验件的冷却要求。但当前对冷却系统设计的研究很少，没有完整的资料可供参考，本发明中完整提出冷却水系统的设计方法，提出设计中需要关注问题，可供各种需要设计冷却系统的试验台参考。
【发明内容】
本发明地提出了冷却水系统的设计，能实现冷却水的循环使用，可准确调节管道中水的压力和流量；通过控制阀门的开启和关闭，实现冷却水的供给和切断。试验系统设计有高的可靠性和安全性。
本发明的全流量试验台氢气系统的设计如下所述。试验台冷却水系统分为两部分，一是空气增压部分，包括空气减压器和阀门等部件，将高压空气减压到设计的压力，为进水箱增压，实现对水压力的控制；另一部分是水路系统，包括进水箱、回水箱、阀门、流量计、液位计、过滤器和水泵等部件，组成循环水系统，冷却试验件。在试验件前的管道是进水管路，试验件后的管道是回水管路。
空气增压系统将高压空气引至减压器前，调节空气在减压器出口处的压力，并将低压空气引至进水箱，使进水箱压力达到试验时的设计值，通常试验件中水的流通面积比管道面积小，冷却水的流量由水试验件的压力差和试验件的流通面积计算。因此试验中，增压空气的压力对水的流量有重要作用。冷却水管道设计中，在进水箱至试验件之间的管道向地面倾斜5度左右，使进水箱的出口高于试验件冷却水进口，确保管道中水的空气泡能回流到进水箱，避免管道中存在大量空气而导致水流量下降。回水管道设计中，由试验件至回水箱之间管道向上倾斜5度左右，使空气泡能排出试验件，有利于试验件的冷却。
由于试验件可能存在漏水现象，这部分流失的水不能完全起到冷却试验件的作用。将流量计安装在回水管道中，测量到的流量是全部冷却试验件的水，能提高试验的安全性，也方便计算水吸收的热量。
【附图说明】
图1是本发明试验台冷却水系统图。
【具体实施方式】
本发明首次提出试验台的冷却水循环系统设计。包括空气增压系统和水循环系统，其具体实施方式如下。
高压空气首先通过过滤器1和手动阀门2，进入减压器4，减压器4之前设计有压力传感器3，调压时首先观察压力传感器3的压力大于试验设计的低压压力值。减压器后设计有安全阀门和放气的阀门，观察压力传感器5和压力表6能确保调节的压力是否与试验设计值相符，当低压压力高于安全阀的设计值或高于试验设计值时安全阀和排气阀门能泻放管道中的空气。
空气进入进水箱8后为水提供驱动力，使水以一定流速流过过滤器10和手动球阀11，并流入试验件。试验件之前安装有压力传感器12和温度传感器13，测量试验件前的温度和压力，使眼睑之后安装有压力传感器14和温度传感器15，通过试验件前后的压力差和水流通面积计算出水流量，温度差用于计算所吸收的热量。试验件的水入口水平位置要低于进水箱水出口的水平位置，其倾斜角度约为5度左右。在回水管道中安装有涡轮流量计16，可测量回水管道中水的体积流量，冷却水经过气动阀门18后进入回水箱，气动阀门18之前设计有储气管17，用于存储能将回水管道中的空气，防止高压空气泡撞击到阀门上破裂，破环阀门；此外储气管17还能起到缓冲作用，减弱回流水对阀门的水击作用。进水箱9和回水箱20安装有液位计，能监测水箱中水的储存量。回水箱中的水可通过水泵21，回流至进水箱中，实现水的循环利用。

Claims (6)

1.全流量试验台冷却水试验系统由包括空气增压系统和水循环系统，由减压器、阀门、进水箱、回水箱、流量计、液位计、过滤器、管道和水泵等部件组成，其特征在于，能实现冷却水的循环利用。
2.如权利要求1所述的冷却水试验系统，其特征在于：设计有空气增压系统，通过空气对水箱增压，实现对水流量的控制。
3.如权利要求1或2所述的氢气试验系统，其特征在于：进水管道由进水箱出口向地面倾斜5度左右到试验件；回水管道由试验件至回水箱之间向上倾斜5度左右。
4.如权利要求3所述的氢气试验系统，其特征在于：流量计安装在回水管路中，提高试验的安全性。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的氢气试验系统，其特征在于：在气动阀门前设计有储气管，能减轻水对阀门的水击作用和存储管路中空气。
6.如权利要求5所述的氢气试验系统，其特征在于：在试验件前后安装有压力传感器和温度传感器，用于计算冷却水流量和水吸收的热量。
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