CN102588741B - 一种羽流试验平台高纯氦气配气装置及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种羽流试验平台高纯氦气配气装置及应用方法，装置由六部分组成，分别为一个主控管路及五个支控管路，主控管路用于向五路支控管路供气，五个支控管路包括：第一路液氦罐压力控制管路、第二路液氦罐压力控制管路、第三路液氦罐压力控制管路、第四路液氦罐压力控制管路、第五路液氦热沉管路吹除控制管路。本发明为了操作人员更方便、更快捷、更安全的操作高纯氦气配气装置，将系统管路集中布局。

Description

一种羽流试验平台高纯氦气配气装置及应用方法

技术领域

本发明属于真空科学技术领域，具体涉及卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽流试验中所需高纯氦气配气装置及其应用方法。

背景技术

北京航空航天大学“真空羽流效应试验系统”(多功能羽流试验平台)是多用途试验装置，主要用于航天姿、轨控发动机羽流试验研究，同时兼顾卫星等热真空试验。由于羽流试验平台可进行的试验种类繁多，试验中需配有氦气源，且不同用途试验所需的氦气压力不同，这导致其配套的高纯氦气配气装置管路复杂，需要大量元器件对管路中的氦气压力进行控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种既适用于卫星热真空试验又适用于电推进、化学推进发送机羽流试验所需的高纯氦气配气装置及其应用方法，本发明为了操作人员更方便、更快捷、更安全的操作高纯氦气配气装置，将系统管路集中布局。

一种羽流试验平台高纯氦气配气装置，由六部分组成，分别为一个主控管路及五个支控管路，主控管路用于向五路支控管路供气，五个支控管路包括：第一路液氦罐压力控制管路、第二路液氦罐压力控制管路、第三路液氦罐压力控制管路、第四路液氦罐压力控制管路、第五路液氦热沉管路吹除控制管路，其中第一路、第二路、第三路、第四路用于液氦罐增压，第五路液氦热沉管路吹除控制管路用于液氦热沉管路中的氮气吹除。

一种羽流试验平台高纯氦气配气装置应用方法，包括以下几个步骤：

步骤一，打开第一控制手阀、第二控制手阀、第三控制手阀、第四控制手阀、第五控制手阀，实现第一氦气瓶、第二氦气瓶、第三氦气瓶、第四氦气瓶、第五氦气瓶向主集气管的供气；

步骤二，打开主控管路手阀、主控管路放气手阀，观察第二主控管路现场压力表，调节主控管路减压阀至给定出口压力3MPa；

步骤三，调好后，关闭主控管路放气手阀，实现向支控管路集气管的供气；

步骤四，打开支控管路放气手阀，观察支控管路现场压力表，调节支控管路减压阀至各自所需压力；

步骤五，调好后，关闭支控管路减压阀；

步骤六，打开支控管路出气手阀，实现第一、第二、第三、第四、第五支控管路的供气。

本发明的优点在于：

(1)能同时满足卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽流试验多种试验需求；

(2)试验所需高纯氦气由多个氦气瓶提供，氦气瓶中氦气压力15MPa；

(3)配有两级减压阀，第一级通过减压阀将氦气压力降至3MPa，第二级通过减压阀将氦气压力继续降至0.1～0.5MPa可调；

(4)能够提供压强恒定的氦气供使用，氦气纯度99.99％；

(5)各支控管路入口处设有过滤器，能够过滤颗粒物杂质，防止氦气中混有颗粒杂质堵塞管路损坏终端设备；

(6)各支控管路压力调节及供气灵活，可独立工作、也可多管路同时工作，互不影响；

(7)各支控制管路集中布局在室内，便于操作人员室内集中操作控制，不受季节影响

附图说明

图1是本发明提供的高纯氦气配气装置结构示意图；

图2是本发明提供的高纯氦气配气装置应用方法流程图。

图中：

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种羽流试验平台高纯氦气配气装置，如图1所示，主要由六部分组成，分别为一个主控管路及五个支控管路，主控管路用于向五路支控管路供气，五个支控管路包括：第一路液氦罐压力控制管路、第二路液氦罐压力控制管路、第三路液氦罐压力控制管路、第四路液氦罐压力控制管路、第五路液氦热沉管路吹除控制管路，其中第一路、第二路、第三路、第四路功能相同。

主控管路由第一氦气瓶1、第二氦气瓶2、第三氦气瓶3、第四氦气瓶4、第五氦气瓶5、第一现场压力表6、第二现场压力表7、第三现场压力表8、第四现场压力表9、第五现场压力表10、第一控制手阀11、第二控制手阀12、第三控制手阀13、第四控制手阀14、第五控制手阀15、主集气管16、主控管路手阀17、第一主控管路远程压力表18、第一主控管路现场压力表19、第二主控管路远程压力表20、第二主控管路现场压力表21、主控管路过滤器22、主控管路减压阀23、主控管路放气手阀24、主控管路安全阀25、支控管路集气管26组成。

第一氦气瓶1、第二氦气瓶2、第三氦气瓶3、第四氦气瓶4、第五氦气瓶5分别通过第一控制手阀11、第二控制手阀12、第三控制手阀13、第四控制手阀14、第五控制手阀15与主集气管16下端连通，各氦气瓶可单独工作向主集气管16供气，也可同时工作向主集气管16供气，当各氦气瓶中氦气不足时可方便换装，换装时为不影响系统正常工作可关闭相应控制手阀；第一现场压力表6、第二现场压力表7、第三现场压力表8、第四现场压力表9、第五现场压力表10分别用于测量第一氦气瓶1、第二氦气瓶2、第三氦气瓶3、第四氦气瓶4、第五氦气瓶5内的氦气压力，氦气瓶额定压力15MPa，氦气瓶内氦气纯度99.99％，高纯，压力表测量范围0～25MPa；主集气管16外形为圆筒形，左右两端封闭，内径取80mm，壁厚6mm，耐高压；主集气管16上端通过管路顺次连接主控管路手阀17、主控管路过滤器22、主控管路减压阀23并最终与支控管路集气管26左端联通；主控管路手阀17用于控制进入主控管路的氦气量；主控管路过滤器22用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；主控管路减压阀23用于氦气降压，减压器进口压力15MPa，出口压力3MPa；第一主控管路远程压力表18、第一主控管路现场压力表19安装在主控管路减压阀23入口处，用于测量经减压阀入口处的氦气压力；第二主控管路远程压力表20、第二主控管路现场压力表21安装在主控管路减压阀23出口处，用于测量经减压阀出口处的氦气压力；主控管路放气手阀24通过管路与主控管路减压阀23右侧管路连通，系统第一次使用及试验结束后打开，第一次使用时用于管路渣滓吹除，试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高；主控管路安全阀25安装在支控管路集气管26左侧管路上，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路集气管26外形为圆筒形，上下两端封闭，内径取80mm，壁厚6mm，用于收集经减压后的高纯、洁净、恒压氦气，支控管路集气管26右端分别连接有五个支控管路，可作为各支控管路氦气源。

第一路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器101、支控管路减压阀102、支控管路放气手阀103、支控管路安全阀104、支控管路远程压力表105、支控管路现场压力表106、支控管路出气手阀107、第一液氦罐108组成。

支控管路气体过滤器101、支控管路减压阀102、支控管路出气手阀107、第一液氦罐108利用管路从左向右顺次连接。支控管路气体过滤器101用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路减压阀102用于氦气降压，减压器进口压力3MPa，出口压力0.2～0.3MPa可调；支控管路放气手阀103通过管路连接支控管路减压阀102、支控管路出气手阀107之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高；支控管路安全阀104通过管路连接支控管路减压阀102、支控管路出气手阀107之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表105、支控管路现场压力表106用于测量经减压后的氦气压力，确保氦气压力在许用范围内；支控管路出气手阀107右侧通过管路连接至第一液氦罐108，用于控制进入第一液氦罐108的氦气流量。

第二路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器201、支控管路减压阀202、支控管路放气手阀203、支控管路安全阀204、支控管路远程压力表205、支控管路现场压力表206、支控管路出气手阀207、第二液氦罐208组成。

支控管路气体过滤器201、支控管路减压阀202、支控管路出气手阀207、第二液氦罐208利用管路从左向右顺次连接。支控管路气体过滤器201用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路减压阀202用于氦气降压，减压器进口压力3MPa，出口压力0.2～0.5MPa可调；支控管路放气手阀203通过管路连接支控管路减压阀202、支控管路出气手阀207之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高；支控管路安全阀204通过管路连接支控管路减压阀202、支控管路出气手阀207之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表205、支控管路现场压力表206用于测量经减压后的氦气压力，确保氦气压力在许用范围内；支控管路出气手阀207右侧通过管路连接至第二液氦罐208，用于控制进入第二液氦罐208的氦气流量。

第三路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器301、支控管路减压阀302、支控管路放气手阀303、支控管路安全阀304、支控管路远程压力表305、支控管路现场压力表306、支控管路出气手阀307、第三液氦罐308组成。

支控管路气体过滤器301、支控管路减压阀302、支控管路出气手阀307、第三液氦罐308利用管路从左向右顺次连接。支控管路气体过滤器301用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路减压阀302用于氦气降压，减压器进口压力3MPa，出口压力0.2～0.5MPa可调；支控管路放气手阀303通过管路连接支控管路减压阀302、支控管路出气手阀307之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高；支控管路安全阀304通过管路连接支控管路减压阀302、支控管路出气手阀307之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表305、支控管路现场压力表306用于测量经减压后的氦气压力，确保氦气压力在许用范围内；支控管路出气手阀307右侧通过管路连接至第三液氦罐308，用于控制进入第三液氦罐308的氦气流量。

第四路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器401、支控管路减压阀402、支控管路放气手阀403、支控管路安全阀404、支控管路远程压力表405、支控管路现场压力表406、支控管路出气手阀407、第四液氦罐408组成。

支控管路气体过滤器401、支控管路减压阀402、支控管路出气手阀407、第四液氦罐408利用管路从左向右顺次连接。支控管路气体过滤器401用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路减压阀402用于氦气降压，减压器进口压力3MPa，出口压力0.2～0.5MPa可调；支控管路放气手阀403通过管路连接支控管路减压阀402、支控管路出气手阀407之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高；支控管路安全阀404通过管路连接支控管路减压阀402、支控管路出气手阀407之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表405、支控管路现场压力表406用于测量经减压后的氦气压力，确保氦气压力在许用范围内；支控管路出气手阀407右侧通过管路连接至第四液氦罐408，用于控制进入第四液氦罐408的氦气流量。

第五路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器501、支控管路出气手阀502、液氦热沉503组成。

支控管路气体过滤器501、支控管路出气手阀502、液氦热沉503利用管路从左向右顺次连接。支控管路气体过滤器501用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路出气手阀502右侧通过管路连接至液氦热沉503，用于控制进入液氦热沉503的氦气流量。

主控管路内径取15mm，壁厚取5mm；支控管路内径取6mm，壁厚取1mm；系统管路、阀门及其它设备均采用304不锈钢制造。

如图2所示，高纯氦气配气装置操作方法具体包括以下几个步骤：

步骤一，打开第一控制手阀11、第二控制手阀12、第三控制手阀13、第四控制手阀14、第五控制手阀15，实现第一氦气瓶1、第二氦气瓶2、第三氦气瓶3、第四氦气瓶4、第五氦气瓶5向主集气管16的供气；

步骤二，打开主控管路手阀17、主控管路放气手阀24，观察第二主控管路现场压力表21，调节主控管路减压阀23至给定出口压力3MPa；

步骤三，调好后，关闭主控管路放气手阀24，实现向支控管路集气管26的供气；

步骤四，打开支控管路放气手阀(103、203、303、403)，观察支控管路现场压力表(105、205、305、405)，调节支控管路减压阀(102、202、302、402)至各自所需压力；

步骤五，调好后，关闭支控管路减压阀(102、202、302、402)；

步骤六，打开支控管路出气手阀(107、207、307、407、502)，实现第一、第二、第三、第四、第五支控管路的供气。

Claims (2)

1.一种羽流试验平台高纯氦气配气装置，其特征在于，由六部分组成，分别为一个主控管路及五个支控管路，主控管路用于向五路支控管路供气，五个支控管路包括：第一路液氦罐压力控制管路、第二路液氦罐压力控制管路、第三路液氦罐压力控制管路、第四路液氦罐压力控制管路、第五路液氦热沉管路吹除控制管路，其中第一路、第二路、第三路、第四路用于液氦罐增压，第五路液氦热沉管路吹除控制管路用于液氦热沉管路中的氮气吹除；

所述的主控管路由第一氦气瓶（1）、第二氦气瓶（2）、第三氦气瓶（3）、第四氦气瓶（4）、第五氦气瓶（5）、第一现场压力表（6）、第二现场压力表（7）、第三现场压力表（8）、第四现场压力表（9）、第五现场压力表（10）、第一控制手阀（11）、第二控制手阀（12）、第三控制手阀（13）、第四控制手阀（14）、第五控制手阀（15）、主集气管（16）、主控管路手阀（17）、第一主控管路远程压力表（18）、第一主控管路现场压力表（19）、第二主控管路远程压力表（20）、第二主控管路现场压力表（21）、主控管路过滤器（22）、主控管路减压阀（23）、主控管路放气手阀（24）、主控管路安全阀（25）、支控管路集气管（26）组成；

第一氦气瓶（1）、第二氦气瓶（2）、第三氦气瓶（3）、第四氦气瓶（4）、第五氦气瓶（5）分别通过第一控制手阀（11）、第二控制手阀（12）、第三控制手阀（13）、第四控制手阀（14）、第五控制手阀（15）与主集气管（16）下端连通；第一现场压力表（6）、第二现场压力表（7）、第三现场压力表（8）、第四现场压力表（9）、第五现场压力表（10）分别用于测量第一氦气瓶（1）、第二氦气瓶（2）、第三氦气瓶（3）、第四氦气瓶（4）、第五氦气瓶（5）内的氦气压力；主集气管（16）上端通过管路顺次连接主控管路手阀（17）、主控管路过滤器（22）、主控管路减压阀（23）并最终与支控管路集气管（26）左端联通；主控管路手阀17用于控制进入主控管路的氦气量；主控管路过滤器（22）用于过滤氦气；主控管路减压阀（23）用于氦气降压，第一主控管路远程压力表（18）、第一主控管路现场压力表（19）安装在主控管路减压阀（23）入口处，用于测量经减压阀入口处的氦气压力；第二主控管路远程压力表（20）、第二主控管路现场压力表（21）安装在主控管路减压阀（23）出口处，用于测量经减压阀出口处的氦气压力；主控管路放气手阀（24）通过管路与主控管路减压阀（23）右侧管路连通，系统第一次使用及试验结束后打开，第一次使用时用于管路渣滓吹除，试验结束后用于将系统管路和大气连通；主控管路安全阀（25）安装在支控管路集气管（26）左侧管路上，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路集气管（26）右端分别连接有五个支控管路；

所述的第一氦气瓶（1）、第二氦气瓶（2）、第三氦气瓶（3）、第四氦气瓶（4）、第五氦气瓶（5）的定压力15MPa，氦气瓶内氦气纯度99.99%；所述的主集气管（16）外形为圆筒形，左右两端封闭，内径取80mm，壁厚6mm；支控管路集气管（26）外形为圆筒形，上下两端封闭，内径取80mm，壁厚6mm；

所述的第一路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器（101）、支控管路减压阀（102）、支控管路放气手阀（103）、支控管路安全阀（104）、支控管路远程压力表（105）、支控管路现场压力表（106）、支控管路出气手阀（107）、第一液氦罐（108）组成；

支控管路气体过滤器（101）、支控管路减压阀（102）、支控管路出气手阀（107）、第一液氦罐（108）利用管路从左向右顺次连接；支控管路气体过滤器（101）用于过滤氦气；支控管路减压阀（102）用于氦气降压；支控管路放气手阀（103）通过管路连接支控管路减压阀（102）、支控管路出气手阀（107）之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通；支控管路安全阀（104）通过管路连接支控管路减压阀（102）、支控管路出气手阀（107）之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表（105）、支控管路现场压力表（106）用于测量经减压后的氦气压力；支控管路出气手阀（107）右侧通过管路连接至第一液氦罐（108），用于控制进入第一液氦罐（108）的氦气流量；

所述的第二路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器（201）、支控管路减压阀（202）、支控管路放气手阀（203）、支控管路安全阀（204）、支控管路远程压力表（205）、支控管路现场压力表（206）、支控管路出气手阀（207）、第二液氦罐（208）组成；

支控管路气体过滤器（201）、支控管路减压阀（202）、支控管路出气手阀（207）、第二液氦罐（208）利用管路从左向右顺次连接；支控管路气体过滤器（201）用于过滤氦气；支控管路减压阀（202）用于氦气降压；支控管路放气手阀（203）通过管路连接支控管路减压阀（202）、支控管路出气手阀（207）之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通；支控管路安全阀（204）通过管路连接支控管路减压阀（202）、支控管路出气手阀（207）之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表（205）、支控管路现场压力表（206）用于测量经减压后的氦气压力；支控管路出气手阀（207）右侧通过管路连接至第二液氦罐（208），用于控制进入第二液氦罐（208）的氦气流量；

所述的第三路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器（301）、支控管路减压阀（302）、支控管路放气手阀（303）、支控管路安全阀（304）、支控管路远程压力表（305）、支控管路现场压力表（306）、支控管路出气手阀（307）、第三液氦罐（308）组成；

支控管路气体过滤器（301）、支控管路减压阀（302）、支控管路出气手阀（307）、第三液氦罐（308）利用管路从左向右顺次连接；支控管路气体过滤器（301）用于过滤氦气；支控管路减压阀（302）用于氦气降压；支控管路放气手阀（303）通过管路连接支控管路减压阀（302）、支控管路出气手阀（307）之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通；支控管路安全阀（304）通过管路连接支控管路减压阀（302）、支控管路出气手阀（307）之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表（305）、支控管路现场压力表（306）用于测量经减压后的氦气压力；支控管路出气手阀（307）右侧通过管路连接至第三液氦罐（308），用于控制进入第三液氦罐（308）的氦气流量；

所述的第四路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器（401）、支控管路减压阀（402）、支控管路放气手阀（403）、支控管路安全阀（404）、支控管路远程压力表（405）、支控管路现场压力表（406）、支控管路出气手阀（407）、第四液氦罐（408）组成；

支控管路气体过滤器（401）、支控管路减压阀（402）、支控管路出气手阀（407）、第四液氦罐（408）利用管路从左向右顺次连接；支控管路气体过滤器（401）用于过滤氦气；支控管路减压阀（402）用于氦气降压；支控管路放气手阀（403）通过管路连接支控管路减压阀（402）、支控管路出气手阀（407）之间的管路，试验结束后用于将系统管路和大气连通；支控管路安全阀（404）通过管路连接支控管路减压阀（402）、支控管路出气手阀（407）之间的管路，用于防止该段管路压力过高放气用；支控管路远程压力表（405）、支控管路现场压力表（406）用于测量经减压后的氦气压力；支控管路出气手阀（407）右侧通过管路连接至第四液氦罐（408），用于控制进入第四液氦罐（408）的氦气流量；

所述的第五路支控管路，即液氦罐压力控制管路由支控管路气体过滤器（501）、支控管路出气手阀（502）、液氦热沉（503）组成；

支控管路气体过滤器（501）、支控管路出气手阀（502）、液氦热沉（503）利用管路从左向右顺次连接；支控管路气体过滤器（501）用于过滤氦气，保证氦气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞；支控管路出气手阀（502）右侧通过管路连接至液氦热沉（503），用于控制进入液氦热沉（503）的氦气流量；

所述的主控管路内径取15mm，壁厚取5mm；支控管路内径取6mm，壁厚取1mm；系统管路、阀门及其它设备均采用304不锈钢制造；主控管路减压阀用于氦气降压，减压器进口压力15MPa，出口压力3MPa，支控管路减压阀用于氦气降压，减压器进口压力3MPa，出口压力0.2～0.3MPa可调。

2.应用于权力要求1的一种羽流试验平台高纯氦气配气装置应用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一，打开第一控制手阀（11）、第二控制手阀（12）、第三控制手阀（13）、第四控制手阀（14）、第五控制手阀（15），实现第一氦气瓶（1）、第二氦气瓶（2）、第三氦气瓶（3）、第四氦气瓶（4）、第五氦气瓶（5）向主集气管（16）的供气；

步骤二，打开主控管路手阀（17）、主控管路放气手阀（24），观察第二主控管路现场压力表（21），调节主控管路减压阀（23）至给定出口压力3MPa；

步骤三，调好后，关闭主控管路放气手阀（24），实现向支控管路集气管（26）的供气；

步骤四，打开支控管路放气手阀（103、203、303、403），观察支控管路现场压力表（105、205、305、405），调节支控管路减压阀（102、202、302、402）至各自所需压力；

步骤五，调好后，关闭支控管路减压阀（102、202、302、402）；

步骤六，打开支控管路出气手阀（107、207、307、407、502），实现第一、第二、第三、第四、第五支控管路的供气。

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