CN103411775A - 一种针对液体火箭发动机试验的燃料供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对液体火箭发动机试验的燃料供应系统，包括氢气来源系统、氢气输运管路系统以及配气台系统；氢气来源系统包括大型高压气体储罐、高压气瓶、过滤器、手调减压器、氢气泵以及管道；氢气输运系统包括三条主路和一条点火路d，其中三条主路分别为主路a、主路b、主路c；配气台系统包括三个主路支路、点火路支路、第五支路和吹除填充气路；三个主路支路分别为主路支路a、主路支路b、主路支路c；本发明中采用低压氢气和高压氢气分开使用的原则，高压氢气直接充入到高压气罐，低压氢经过一定的降压和增压设备达到高压继续充入到高压气罐，这样充分的利用了氢气瓶中的剩余介质，提高了利用率。

Description

一种针对液体火箭发动机试验的燃料供应系统

技术领域

本发明涉及一种火箭发动机试验的燃料供应系统装置，属于航天发动机技术领域。具体来说，此供应系统主要针对的是以氢气为燃料的液体火箭发动机试验。

背景技术

液体火箭发动机供应系统是进行发动机试车过程中必不可少的部分，其主要的功能是供给发动机燃料和氧化剂。氢气作为一种重要的燃料来源，在航天推进剂领域占有重要的地位，其作为推进剂主要的优点包括分子质量轻，能量高，无毒无污染等。因此氢气供应系统平台的搭建成为了成功进行液体火箭发动机试验的一项关键技术。

目前，国内在进行发动机试验系统平台建设的过程中，对于氢气来源部分，直接对氢气储罐使用高压氢气瓶进行充气，利用单向阀来控制气体流动的方向，阻止气体发生倒流现象。这样的操作需要气瓶中的气压高于气罐中的压力才能进行，同时造成了氢气瓶中剩余气体的浪费。另外大部分采用的是主减压器放置在配气台中，通过配气台直接对主减压器进行调节，以期望调节参数达到试验要求，但是由于推进剂需要在主减压器内部进行流通，操作人员则直接通过手动来控制调节减压器的调压范围，这样增加了氢气介质与人员直接接触的可能性，考虑氢气是一种易燃易爆介质，因此系统存在一定的危险性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述的问题，提出了一种安全可靠，氢气介质得到充分利用的液体火箭发动机试验氢气供应系统。同时，通过对系统管路中残余的氢气进行一定的置换，可以实现对其他气体进行试验的要求，例如甲烷等。因此本试验系统是一款可以供多类燃料介质使用的燃料供应装置。

本发明的优点在于：

（1）本发明液体火箭发动机燃料供应系统针对设计的介质为氢气，通过一定的置换程序对氢气进行置换，可以达到管路中使用其它介质的需求，例如甲烷等；

（2）本发明液体火箭发动机燃料供应系统的氢气来源系统中，采用低压氢气和高压氢气分开使用的原则，高压氢气直接充入到高压气罐，低压氢经过一定的降压和增压设备达到高压继续充入到高压气罐，这样充分的利用了氢气瓶中的剩余介质，提高了利用率；

（3）本发明液体火箭发动机燃料供应系统采用多条主路以及一条点火路的设计方案，使得各路管路在实际使用的过程中能够达到其设计参数的合理范围内，一般流量下可以使用一条点火路和一条主管路即可满足要求，在需要大流量的条件下，可以采用三条主路或是两条主路与一条点火路搭配的方案。防止了在一条管路下，大流量和小流量时公用一条管路时带来的安全性隐患；

（4）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，摆脱了以往主减压器由于需要通过介质，直接将其放在配气台的方式，此发明中主管路减压器采用远程调控的方式，即通过一个低压窄调节范围的副减压器来控制一个高压宽范围的主减压器，两者减压器后的压力值呈比例关系，一一对应。主减压器在实际工程中放在试验间以远离人群，副减压器放置在配气台中，其通过的是氮气等惰性气体，安全性好；

（5）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中的主要阀门采用了气动截止阀，可以实行远程控制，其主要考虑的目的是氢气介质化学安定性不好，容易发生泄露等，直接通过手阀人工操作容易发生危险等。气动截止阀的调节方式采用了统一调节方式，气源前端设置一个小型气室，这样能够充分的保证各个气动截止阀气源压力稳定。防范了一般气动阀的气源压力直接通过管道中的气体保持，由于其气源不充足导致的气源压力不稳定的缺点；

（6）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中主要减压器后端都会设置一个压力表测点，辅助一个压力传感器。其中压力表测点在管道上，显示盘放置在配气台上面，其数值可以迅速的显示出来，这样可以方便操作人员进行减压器调节。压力传感器的数值通过电缆直接的输送到测控机柜中，两者的数值进行比对，可以容易的判断试验参数是否符合要求。这样的方式提高了减压器后端压力调节的精度，摆脱了以往操作人员需要前往试验间观看仪表的弊端；

（7）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中每条路采用了两轮吹除的方案，其中一次是从气罐出口的吹除管路中通入高压的氮气，在音速喷嘴后端设置一路排气路。这样对这段管路进行了燃料气体介质的排出工作。另一路在波纹管后端设置一路吹除路，直接从通入气体段到后续的发动机进行了吹除工作。这样就达到了对整体试验系统中剩余气体的吹除工作，减少了剩余气体的危险性。对于第一吹除路，在吹除完毕以后，需要保证管道内部为正压，即比外界大气压要高。这样可以保证管道再次使用时，里面气体不会发生倒流，引起设备损坏。而只使用一路吹除路无法达到这样的要求；

（8）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，在连接发动机的前端设备中，使用了波纹管装置，减少发动机推力测量中管路的伸缩拉变对其影响；

（9）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，在关键部位安装了安全阀设备。保证管道内部压力不会超过其压力允许的最高值，若管道压力过高，安全阀进行安全泄压方式，保证了整个试验装置的安全性；

（10）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，主要的压力测量点压力表前端都设置了一个手阀，这样可以保证管道内部正压的情况下对损坏的压力仪表进行更换，提高了系统的可维修性；

（11）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，管路中设置了两个主要的气动截止阀设备，主要功能为保证气体介质在输运过程中参数可控的状态，避免了一个气动截止阀无法充分控制气体在管路中输运的流量，压力等参数的弊端；

（12）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，在必要的部分设置了过滤器装置，例如气罐出口，管路设备尾端等，这样保证了气源的清洁度；

（13）本发明液体火箭发动机燃料供应系统中，电磁阀等设备均采用了防爆处理，增强试验过程中的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：

101-高压气瓶            102a-手动截止阀        102b-手动截止阀

102c-手动截止阀         102d-手动截止阀        102e-手动截止阀

102f-手动截止阀         103a-单向阀            103b-单向阀

104a-过滤器             104b-过滤器            105-三通阀

106a-压力表             106b-压力表            106c-压力表

106d-压力表            107-手调减压器         108a-安全阀

108b-安全阀            108c-安全阀            109-小型低压气体储罐

110-氢气泵             111-大型高压气体储罐   201a-气动截止阀

201b-气动截止阀        201c-气动截止阀        201d-气动截止阀

201e-气动截止阀        202a-过滤器            202b-过滤器

203a-压力表            203b-压力表            203c-压力表

203d-压力表            204a-手动截止阀        204b-手动截止阀

204c-手动截止阀        205-气动减压器         206-安全阀

207-音速喷嘴           208a-防爆电磁阀        208b-防爆电磁阀

209-波纹管             210-单向阀             211a-气动截止阀

211b-气动截止阀        212a-压力表            212b-压力表

212c-压力表            213a-手动截止阀        213b-手动截止阀

213c-手动截止阀        214-气动减压器         215-安全阀

216-音速喷嘴           217a-防爆电磁阀        217b-防爆电磁阀

218-波纹管             219-单向阀             220-过滤器

3-配气台               301a-手动截止阀        301b-手动截止阀

301c-手动截止阀        301d-手动截止阀        301e-手动截止阀

301f-手动截止阀        301g-手动截止阀        301h-手动截止阀

301i-手动截止阀        301j-手动截止阀        301k-手动截止阀

301l-手动截止阀        301m-手动截止阀        301n-手动截止阀

302-过滤器             303a-压力表            303b-压力表

303c-压力表            303d-压力表            303e-压力表

304a-手调减压器        304b-手调减压器        304c-手调减压器

304d-手调减压器        305-小型气体储罐       401-液体火箭发动机推力室

402-发动机点火器

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。

本发明是一种针对液体火箭发动机试验的燃料供应系统，如图1所示，包括氢气来源系统、氢气输运管路系统以及配气台系统3。

氢气来源系统包括大型高压气体储罐111、高压气瓶101、过滤器104a、手调减压器107、氢气泵110以及管道。

高压气瓶101主要的功能是提供最初氢气的来源，高压气瓶101的出口、手动截止阀102a、单向阀103a依次通过管道连接，形成一个高压气瓶组，通过手动截止阀102a、单向阀103a能够达到控制气体流向的目的，为了提高供气能力，将若干个高压气瓶组并联，即若干个高压气瓶组中的单向阀103a通过管路连接，管路的另一端连接过滤器104a，过滤器104a的另一端连接三通阀105的第一个端口，三通阀105的第二个端口通过手动截止阀102e连接大型高压气体储罐111的入口，三通阀105的第三个端口连接手调减压器107，三通阀105的第三个端口与手调减压器107之间的管路上连接有手动截止阀102b和压力表106a，手调减压器107另一端连接小型低压气体储罐109的入口，手调减压器107与小型低压气体储罐109之间的管路上连接有安全阀108a，小型低压气体储罐109的底端还连接有手动截止阀102c，小型低压气体储罐109的出口通过过滤器104b连接氢气泵110，小型低压气体储罐109的出口与过滤器104b之间的管路上还设有压力表106b，氢气泵110连接单向阀103b，氢气泵110与单向阀103b之间的管路上还设安全阀108b和压力表106c，单向阀103b的另一端分为两路，其中一路连接手动截止阀102d，另外一端连接三通阀第二端口与手动截止阀102e之间的管路，大型高压气体储罐111连接有手动截止阀102f，大型高压气体储罐111还连接有安全阀108c，大型高压气体储罐111与安全阀108c之间的管路上还设有压力表106d。

从高压气瓶101中出来的高压气体直接通过三通阀105进入大型高压气体储罐111，剩余的低压气体通过三通阀105进入另一路，来对气体进行加压操作。考虑到高压气瓶101中剩余的气体只是比大型高压气体储罐111低一些，但是还是具有一定的压力值，对此使用手调减压器107进行减压操作，低压气体在氢气泵110的作用下，提升压力值，最后充入到大型高压气体储罐111中。小型低压气体储罐109主要用来对气体的流速过快有一定的缓冲作用，防止气体流速过快与管路摩擦产生静电，从而发生危险。

氢气输运系统包括三条主路和一条点火路d，其中三条主路分别为主路a、主路b、主路c。

大型高压气体储罐111的出口连接气动截止阀201a一端，气动截止阀201a的另一端连接过滤器202a，气动截止阀201a与过滤器202a之间的管路上还设有气动截止阀201b和气动截止阀201c，过滤器202a的输出分为五路，第一路、第二路、第三路分别连接主路a中的气动截止阀201d、主路b的气动截止阀201d、主路c的气动截止阀201d，第四路连接点火路d的气动截止阀211a，第五路连接压力表203a。

主路a、主路b、主路c、点火路d的结构相同，主路a中，气动截止阀201d的一端连接气动减压器205，气动截止阀201d与气动减压器205之间的管路上设有手动截止阀204a，手动截止阀204a的另一端连接压力表203b，气动减压器205的另一端连接音速喷嘴207，气动减压器205与音速喷嘴207之间的管路上设有安全阀206，还有手动截止阀204b，手动截止阀204b连接有压力表203c，音速喷嘴207的另一端分为三路，第一路连接压力表203d，第二路连接波纹管209，第三路连接手动截止阀204c，手动截止阀204c的另一端连接防爆电磁阀208a，波纹管209的另一端连接气动截止阀201e，气动截止阀201e的另一端连接过滤器202b，过滤器202b连接液体火箭发动机推力室401。气动截止阀201e与过滤器202b之间的管路上设有单向阀210，单向阀210的另一端连接防爆电磁阀208b。

主路b中的过滤器202b连接液体火箭发动机推力室401。

主路c中的过滤器202b连接液体火箭发动机推力室401。

点火路d中，气动截止阀211a的一端连接气动减压器214，气动截止阀211a与气动减压器214之间的管路上设有手动截止阀213a，手动截止阀213a的另一端连接压力表212a，气动减压器214的另一端连接音速喷嘴216，气动减压器214与音速喷嘴216之间的管路上设有安全阀215，还有手动截止阀213b，手动截止阀213b连接有压力表212b，音速喷嘴216的另一端分为三路，第一路连接压力表212c，第二路连接波纹管218，第三路连接手动截止阀213c，手动截止阀213c的另一端连接防爆电磁阀217a，波纹管218的另一端连接气动截止阀211b，气动截止阀211b的另一端连接过滤器220，过滤器220连接发动机点火器402。气动截止阀211b与过滤器220之间的管路上设有单向阀219，单向阀219的另一端连接防爆电磁阀217b。

三条主路为供给大流量发动机时一起使用，而点火路d为供给发动机点火器402的推进剂介质时使用。大推力火箭发动机点火器在一般情况下面可以采用小推力发动机进行点火，这样稳定性好，易于控制。因此特意设计一条点火路d以满足点火发动机介质需要。对于三条主路采用分开形式而没有采用一条管路，一方面原因是一条管路流量过大，造成管路系统内径过大，使得供应系统的阀门选择异常困难，其大口径的阀门价格过高，不符合经济性的要求，最后形成了三条主管路同时对发动机进行供应的原则，另一方面的原因是由于实际管路在试验时的需求经常性的维持在较低流量状态下进行，这样使用一条主路即可满足试验要求，防止了由于一条大管路带来的同样流量流速过低的问题。氢气流速控制规范参照《氢气站设计规范》（GB50177-2007）。

配气台系统3包括三个主路支路、点火路支路、第五支路和吹除填充气路。三个主路支路分别为主路支路a、主路支路b、主路支路c。

手动截止阀301a一端连接氮气管路，另一端连接过滤器302，过滤器302的输出端分为两路，第一路连接手动截止阀301b，第二路又分为六路，分别连接压力表（303a）、三个主路支路中的手动截止阀301c、点火路支路中的手动截止阀301f和第五支路中的手动截止阀301i；

主路支路a、主路支路b、主路支路c和点火路支路结构相同，第五支路比主路支路b多设有小型气体储罐305，其余连接方式均相同。

主路支路a中，手动截止阀301c前端设有压力表303a，手动截止阀301c另一端连接手调减压器304a，手调减压器304a的另一端连接手动截止阀301e，手调减压器304a与手动截止阀301e之间的管路上还设有手动截止阀301d和压力表303b，通过手动截止阀301e控制主路a中气动减压器205，手动截止阀301e与主路a中气动减压器205之间是气体控制关系，气流通过手动截止阀301e，进入气动减压器205内部，进入的气流对气动减压器205后的燃料介质压力起到控制作用，两者的压力值有一定的比例对应关系，但是控制气体只停留在气动减压器205内部，不进入主管路a中，在试验完毕之后，气动减压器205自动对气体进行泄放。

通过主路支路b中的手动截止阀301e控制主路b中气动减压器205，手动截止阀301e与主路b中气动减压器205之间是气体控制关系，气流通过手动截止阀301e，进入气动减压器205内部，进入的气流对气动减压器205后的燃料介质压力起到控制作用，两者的压力值有比例对应关系，但是控制气体只停留在气动减压器205内部，不进入主管路b中，在试验完毕之后，气动减压器205自动对气体进行泄放。

通过主路支路c中的手动截止阀301e控制主路c中气动减压器205，手动截止阀301e与主路c中气动减压器205之间是气体控制关系，气流通过手动截止阀301e，进入气动减压器205内部，进入的气流对气动减压器205后的燃料介质压力起到控制作用，两者的压力值有比例对应关系，但是控制气体只停留在气动减压器205内部，不进入主管路c中，在试验完毕之后，气动减压器205自动对气体进行泄放。

点火路支路中，手动截止阀301f一端连接手调减压器304b，手调减压器304b的另一端连接手动截止阀301h，手调减压器304b与手动截止阀301h之间的管路上还设有手动截止阀301g和压力表303c，通过手动截止阀301h控制点火路d中气动减压器214，手动截止阀301h与点火路d中气动减压器214之间是气体控制关系，气流通过手动截止阀301h，进入气动减压器214内部，进入的气流对气动减压器214后的燃料介质压力起到控制作用，两者的压力值有比例对应关系，但是控制气体只停留在气动减压器214内部，不进入点火路d中，，在试验完毕之后，气动减压器214自动对气体进行泄放。

第五支路中，手动截止阀301i一端连接手调减压器304c，手调减压器304c的另一端连接手动截止阀301k，手调减压器304c与手动截止阀301k之间的管路上还设有手动截止阀301j和压力表303d，手动截止阀301k的另一端连接小型气体储罐305的入口，小型气体储罐305的出口与氢气输运管路系统中的气动截止阀201a、气动截止阀201b、气动截止阀201c、主路a中的气动截止阀201d、主路b中的气动截止阀201d、主路c中的气动截止阀201d、主路a中的气动截止阀201e、主路b中的气动截止阀201e、主路c中的气动截止阀201e、点火路d中的气动截止阀211a、点火路d中的气动截止阀211b。小型气体储罐305的出口气体对所有的气动截止阀（201a～201e，211a～211b）起到提供操纵气源的作用，气动截止阀（201a～201e，211a～211b）在工作时需要有气源保证，用来进行阀门的开闭操作。其中气动截止阀201e和211b在图中没有进行标识，主要考虑是图中连接困难和保持图形的美观需要。

吹除填充气路中，手动截止阀301l一端连接氮气管路，另一端连接手调减压器304d，手调减压器304d的另一端连接手动截止阀301n，手调减压器304d与手动截止阀301n之间的管路上还设有手动截止阀301m和压力表303e，手动截止阀301n的另一端连接所有的吹除气体管路入口，具体包括氢气输运管路系统中的气动截止阀201c、主路a中的防爆电磁阀208b、主路b中的防爆电磁阀208b、主路c中的防爆电磁阀208b和点火路d中的防爆电磁阀217b。

氢气输运系统与配气台系统3相互联系，氢气输运系统中的气动减压器205的调节是通过配气台系统3中的手调减压器304a进行的。调节的气体采用了氮气介质，氮气具有安全稳定的化学特性，常态下，不与氢气有任何的化学反应发生。气动减压器205操纵方式采用了比例放大的调节方式，即手调减压器304a后压力值与气动减压器205后压力值成比例关系，一一对应，这样的调节方式实现了一种气动减压器205后压力值的远程调控能力，从根本上实现了操作人员与推进剂危险介质的分离，有效的提高了供应系统的安全性能。关于主管路（即主路a,主路b，主路c）输运系统中的每个气动截止阀（201a～201e,211a～211b）的调节方式，通过在调节管路中放置一个小型气体储罐305，通过小型气体储罐305有储气的功能，能够在长时间内维持一定的压力状态，从而能够迅速地达到操纵所有气动截止阀（201a～201e，211a～211b）的功用，避免了以往一个气动截止阀（201a～201e，211a～211b）需要对应一条调节气路的繁琐过程。

工作过程：

本发明中由于主路分为三路，其工作原理一致，在实际过程中，根据试验总体参数决定需要使用几路同时工作，例如三路同时工作，则需三路管路器件同时工作，与一条主路工作的原理一致，因此下面的说明过程以一路主路a和一路点火路d来说明整个试验系统的工作过程，即小流量下的工作状态。

进行发动机试验之前，需要准备对发动机工作介质进行储存，即将购买来的高压气瓶101中的介质冲入到大型高压气体储罐111中。具体操作如下：首先检查阀门状态，保证手动截止阀102a,手动截止阀102b,手动截止阀102c，手动截止阀102d，手动截止阀102e，保持关闭状态。接下来打开三通阀105，将其导向改为大型高压气体储罐111方向，打开手动截止阀102a，同时打开手动截止阀102e，对大型高压气体储罐111进行充气操作。在一段时间的充气过程之后，高压气瓶101中的压力值与大型高压气体储罐111中的压力保持一致。随即将三通阀105转向手调减压器107方向，高压气瓶101中剩余的较低压气体通过手调减压器107进行进一步的减压操作，气体进入小型低压气体储罐109中，形成一定的缓冲作用，降低气体在管道中的流动速度。通过氢气泵110对气体进行增压操作，增压后的气体介质直接进入了大型高压气体储罐111。气体充入完毕以后关闭手动截止阀102e。打开手动截止阀102b，放掉手调减压器107至高压气瓶101之间管道内部的气体。打开手动截止阀102c，放掉小型低压气体储罐109中的剩余气体。打开手动截止阀102d，放掉氢气泵110至手动截止阀102e之间管道内部的气体。在一段时间的泄气操作以后，将手动截止阀102a，手动截止阀102b，手动截止阀102c，手动截止阀102d，手动截止阀102e进行关闭操作。至此，对发动机工作介质进行储存的任务已经完毕。

单向阀103a和单向阀103b的设置为防止气体充气过程中，由于大型高压气体储罐111压力过高导致气体在管道内部形成倒流的现象，从而发生危险。过滤器104a和过滤器104b为对气瓶中的气体进行过滤操作，保证气体介质的洁净度，阻止由于管道的不洁净物质对气体形成干扰。手调减压器107为手动控制减压器，进口压力范围比较广，出口压力较低且固定是其优点。安全阀104a和104b在试验中主要起到保护管道内壁压力不会过高的作用，若管道内部压力超过其设定的阈值，则安全阀104a和104b马上启动保护功能，进行管内气体泄气操作，降低管内压力值。压力表106a的作用是检测手调减压器107前端压力值，用来评估手调减压器107入口压力是否满足其使用范围要求。压力表106b的作用是检测小型低压气体储罐109出口压力值是否满足氢气泵110进口要求，若压力值过高则可能采用泄气操作，即打开手动截止阀102c。压力表106c的作用是测定气体介质在氢气泵110增压作用下，其压力值是否满足进入大型高压气体储罐111的条件。大型高压气体储罐111设备自带的安全阀108c，压力表106d，主要功能是对其进行压力保护作用，如果压力值过高且达到安全阀108c阈值，则安全阀108c自我进行泄气操作,若压力值较高但未达到安全阀108c的阈值，则打开102f进行泄气操作。

开始进行小流量试验之时，首先需要检查管路器件设备的开关状态，除开手动截止阀204a，手动截止阀204b，手动截止阀204c，手动截止阀213a，手动截止阀213b，手动截止阀213c保持常开的状态外，其他的阀门及元器件都需要保持常闭的状态。这些阀门只有在压力表出现了损伤的情况下，进行相关关闭操作，这样可以安全的进行压力仪表的更换，或是排气路出现问题，立即进行相应的隔离阻断作用。接下来检查压力表203c，压力表212b上显示的压力值大小，正常状态下显示值不为零，因为在每次试验结束以后需要进行管道内部的吹除工作，吹除完毕以后需要建立管道内部正压的操作，保证试验开始之时，气体不会发生倒流的现象。

在检查完毕以后开始进行发动机供应系统的调试任务，首先进行对配气台3进行操作，主要是调节各个主减压器的出口压力大小。打开手动截止阀301a，观察压力表303a的示数值，确保其为一个稳定值，防止气体泄漏。打开手动截止阀301c，调节手调减压器304a,设定某个固定的参数值，其参数值与气动减压器205的出口后端压力值有一定的比例关系，同时观察压力表303b参数值，保证手调减压器304a出口压力满足设定要求。打开手动截止阀301e。至此，调节气动减压器205出口压力值的操作完成。随即打开手调减压器301f，调节手调减压器304b，设定某个固定参数值，其参数值与气动减压器214的出口后端压力值有一定的比例关系，同时观察压力表303c的参数值，保证气动减压器214的出口压力满足设定要求。打开手动截止阀301h，至此，调节气动减压器214出口压力值的操作完成。打开手动截止阀301i，调节手调减压器304c，同时观察303c压力表示数，保证其出口压力值能够到达打开各个气动截止阀阀芯的气压值大小。打开手动截止阀301k，小型气体储罐305主要是用来储存气动截止阀门的控制气体，使其操作气动截止阀门的速度更加迅速稳定。至此，对各个气动截止阀门气源的调节操作已经完成。打开手动截止阀301l，调节手动减压器304d，同时观察压力表303e数值大小，保证其手动减压器出口压力值大小满足试验要求。打开手动截止阀301n。至此，吹除气路的气源调节操作已经完成，试验前对配气台操作已经完成。

正式开始试验，首先打开气动截止阀201a，观察压力表203a数值大小，保证其数值稳定且达到试验要求压力值大小。打开气动截止阀201d，观察压力表203b数值大小，保证其在气动减压器205允许的入口压力范围内。观察压力表203c数值大小，保证其压力值为设定的气动减压器205出口压力的大小，此处管路内壁布有压力传感器，能够实时的传输其压力值给测控计算机，对压力表203c显示值和压力传感器数值进行对比。对比无误后打开气动截止阀201e，将发动机主路燃料氢气输入到液体火箭发动机推力室401，至此，发动机燃料供应主路a的调节已经完毕。随即打开气动截止阀211a，观察压力表212a数值的大小，保证其数值在气动减压器214允许的入口压力范围内。观察压力表212b数值大小，保证其压力值为设定的气动减压器214出口压力的大小，另外此处管路内壁布有压力传感器，能够实时的传输其压力值给测控计算机，对压力表212b显示值和压力传感器数值进行对比。对比无误后打开气动截止阀211b，将发动机点火燃料氢气输入到发动机点火器402内，至此，发动机点火燃料供应点火路d的调节已经完成。发动机供应系统至此完成了对燃料的供应过程，等待氧化剂系统同时供应，则发动机开始进行点火燃烧过程。发动机点火成功后，关闭气动截止阀211b。

供应系统中，压力表203c和压力表212b整合到配气台上，这样方便配气台操作人员对其数据进行观察，而不用进入试验间对其进行查看，降低了试验过程对人员的危险性。安全阀206和安全阀215分别对气动减压器205出口压力和气动减压器214出口压力进行监控，如果超过额定值，安全阀206和安全阀215则自动进行泄气操作，对管路进行保护。管路中音速喷嘴207和音速喷嘴216分别对管路中的流量参数进行控制，达到试验参数要求，音速喷嘴具有设计参数固定不变，通过更换不同的音速喷嘴即可对流量进行不同的调节能力的优点。气动截止阀采用远程计算机控制的方法，通过计算机设定相应的时序达到阀门的先后自动开闭的操作，消除气体流动带来的延迟问题。管路中波纹管209和波纹管218主要作用是消除管路安装过程中的应力大小，另外降低发动机工作过程中，推进剂供给对推力测量的影响。过滤器202a将从大型高压气体储罐111中出来的气体介质杂质进行过滤，保证气体介质的洁净度，降低颗粒物对阀门等器件的冲刷，防止对其损伤。过滤器202b和过滤器220对管路中的杂质进行进一步过滤，保证进入发动机的为干净气体。

试验结束后，关闭气动截止阀201a，切断气体供给来源。关闭气动截止阀201e，打开防爆电磁阀208b，通过单向阀210，对主路a进行吹除操作。打开防爆电磁阀217b，通过单向阀219对点火路d进行吹除操作。按照一定时序打开防爆电磁阀208a、防爆电磁阀217a和气动截止阀201b，最后打开气动截止阀201c，对相应的管路进行吹除操作。当管路剩余的燃料介质氢气完全排尽以后，关闭防爆电磁阀208b和防爆电磁阀217b，停止其对管路后端的吹除操作。关闭防爆电磁阀208a、防爆电磁阀217a和气动截止阀210b，当管路压力表203b和压力表212a的显示值超过零值时，则关闭气动截止阀201d和气动截止阀211a。当管路压力表203a的显示值超过零值时，则关闭气动截止阀201b，随即关闭气动截止阀201c，至此主路供应系统操作完毕。

主路操作完毕后，对配气台3进行相关操作。关闭手动截止阀301a和手动截止阀301l，对气源进行关闭措施。打开手动截止阀301d，手动截止阀301g，手动截止阀301j和手动截止阀301m，对减压器后端气体进行放气操作。一段时间过后，关闭手动截止阀301e，手动截止阀301h，手动截止阀301k和手动截止阀301n。打开手动截止阀301b，对减压器前端压力进行泄放，一段时间过后，关闭手动截止阀301c，手动截止阀301f和手动截止阀301i。最后关闭手动截止阀301b,手动截止阀301d，手动截止阀301g，手动截止阀301j和手动截止阀301m。至此配气台3操作完毕，即整体试验系统操作完毕。

Claims (1)

1.一种针对液体火箭发动机试验的燃料供应系统，包括氢气来源系统、氢气输运管路系统以及配气台系统（3）；

氢气来源系统包括大型高压气体储罐（111）、高压气瓶（101）、过滤器（104a）、手调减压器（107）、氢气泵（110）以及管道；

高压气瓶（101）的出口、手动截止阀（102a）、单向阀（103a）依次通过管道连接，形成一个高压气瓶组，将若干个高压气瓶组并联，即若干个高压气瓶组中的单向阀（103a）通过管路连接，管路的另一端连接过滤器（104a），过滤器（104a）的另一端连接三通阀（105）的第一个端口，三通阀（105）的第二个端口通过手动截止阀（102e）连接大型高压气体储罐（111）的入口，三通阀（105）的第三个端口连接手调减压器（107），三通阀（105）的第三个端口与手调减压器（107）之间的管路上连接有手动截止阀（102b）和压力表（106a），手调减压器（107）另一端连接小型低压气体储罐（109）的入口，手调减压器（107）与小型低压气体储罐（109）之间的管路上连接有安全阀（108a），小型低压气体储罐（109）的底端还连接有手动截止阀（102c），小型低压气体储罐（109）的出口通过过滤器（104b）连接氢气泵（110），小型低压气体储罐（109）的出口与过滤器（104b）之间的管路上还设有压力表（106b），氢气泵（110）连接单向阀（103b），氢气泵（110）与单向阀（103b）之间的管路上还设安全阀（108b）和压力表（106c），单向阀（103b）的另一端分为两路，其中一路连接手动截止阀（102d），另外一端连接三通阀第二端口与手动截止阀（102e）之间的管路，大型高压气体储罐（111）连接有手动截止阀（102f），大型高压气体储罐（111）还连接有安全阀（108c），大型高压气体储罐（111）与安全阀（108c）之间的管路上还设有压力表（106d）；

氢气输运系统包括三条主路和一条点火路d，其中三条主路分别为主路a、主路b、主路c；

大型高压气体储罐（111）的出口连接气动截止阀（201a）一端，气动截止阀（201a）的另一端连接过滤器（202a），气动截止阀（201a）与过滤器（202a）之间的管路上还设有气动截止阀（201b）和气动截止阀（201c），过滤器（202a）的输出分为五路，第一路、第二路、第三路分别连接主路a中的气动截止阀（201d）、主路b的气动截止阀（201d）、主路c的气动截止阀（201d），第四路连接点火路d的气动截止阀（211a），第五路连接压力表（203a）；主路a、主路b、主路c、点火路d的结构相同，主路a中，气动截止阀（201d）的一端连接气动减压器（205），气动截止阀（201d）与气动减压器（205）之间的管路上设有手动截止阀（204a），手动截止阀（204a）的另一端连接压力表（203b），气动减压器（205）的另一端连接音速喷嘴（207），气动减压器（205）与音速喷嘴（207）之间的管路上设有安全阀（206），还有手动截止阀（204b），手动截止阀（204b）连接有压力表（203c，）音速喷嘴（207）的另一端分为三路，第一路连接压力表（203d），第二路连接波纹管（209），第三路连接手动截止阀（204c），手动截止阀（204c）的另一端连接防爆电磁阀（208a），波纹管（209）的另一端连接气动截止阀（201e），气动截止阀（201e）的另一端连接过滤器（202b），过滤器（202b）连接液体火箭发动机推力室（401）；气动截止阀（201e）与过滤器（202b）之间的管路上设有单向阀（210），单向阀（210）的另一端连接防爆电磁阀（208b）；主路b中的过滤器（202b）连接液体火箭发动机推力室（401）；主路c中的过滤器（202b）连接液体火箭发动机推力室（401）；点火路d中过滤器（220）连接发动机点火器（402）；

配气台系统（3）包括三个主路支路、点火路支路、第五支路和吹除填充气路；三个主路支路分别为主路支路a、主路支路b、主路支路c；

手动截止阀（301a）一端连接氮气管路，另一端连接过滤器（302），过滤器（302）的输出端分为两路，第一路连接手动截止阀（301b），第二路又分为六路，分别连接压力表（303a）、三个主路支路中的手动截止阀（301c）、点火路支路中的手动截止阀（301f）和第五支路中的手动截止阀（301i）；主路支路a，主路支路b、主路支路c和点火路支路结构相同，第五支路比主路支路b多设有小型气体储罐（305），其余连接方式均相同；主路支路a中，手动截止阀（301c）前端设有压力表（303a），手动截止阀（301c）另一端连接手调减压器（304a），手调减压器（304a）的另一端连接手动截止阀（301e），手调减压器（304a）与手动截止阀（301e）之间的管路上还设有手动截止阀（301d）和压力表（303b），通过手动截止阀（301e）控制主路a中气动减压器（205）；通过主路支路b中的手动截止阀（301e）控制主路b中气动减压器（205）；通过主路支路c中的手动截止阀（301e）控制主路c中气动减压器（205）；通过点火路支路中的手动截止阀（301h）控制点火路d中气动减压器（214）；第五支路中的手动截止阀（301k）的另一端连接小型气体储罐（305）的入口，小型气体储罐（305）的出口与氢气输运管路系统中的气动截止阀（201a）、气动截止阀（201b）、气动截止阀（201c）、主路a中的气动截止阀（201d）、主路b中的气动截止阀（201d）、主路c中的气动截止阀（201d）、主路a中的气动截止阀（201e）、主路b中的气动截止阀（201e）、主路c中的气动截止阀（201e）、点火路d中的气动截止阀（211a）、点火路d中的气动截止阀（211b）连接；吹除填充气路中，手动截止阀（301l）一端连接氮气管路，另一端连接手调减压器（304d），手调减压器（304d）的另一端连接手动截止阀（301n），手调减压器（304d）与手动截止阀（301n）之间的管路上还设有手动截止阀（301m）和压力表（303e），手动截止阀（301n）的另一端连接所有的吹除气体管路入口，具体包括氢气输运管路系统中的气动截止阀（201c）、主路a中的防爆电磁阀（208b）、主路b中的防爆电磁阀（208b）、主路c中的防爆电磁阀（208b）和点火路d中的防爆电磁阀（217b）。

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