CN103569375A - 一种高速爆破减压系统 - Google Patents

Abstract

一种高速爆破减压系统涉及一种实验设备，包括试验容器，还包括转接喉道、隔离门、压力储备容器、爆破减压隔膜、隔离门动力系统、爆破减压动力系统和压力平衡装置，所述的试验容器与转接喉道相连，连接处安装爆破减压隔膜；转接喉道通过隔离门与压力储备容器相连；通过隔离门动力系统将隔离门打开。发明利用转接喉道和压力储备容器及隔离门的使用，提高了试验容器降压的时间，进行下一次试验前只需要将压力储备容器及转接喉道中的气压降至试验要求的低压即可，大大缩短了降气压的时间，还节约了降气压所需要的能源。本发明结构简单，操作方便，填补了国内该领域的空白。

Description

一种高速爆破减压系统

技术领域

本发明涉及一种实验设备，具体涉及一种模拟不同压力空间在高速爆破减压隔膜瞬时打通的减压系统。

 

背景技术

在一些航空装备技术研究场所以及航空装备检测场所，经常需要做不同气压的舱室在瞬时连通后的试验，如：飞机舱盖在空中破损后，飞行员氧面罩的工作状态的变化，进而对氧气面罩进行改进，这种情况下，就需要模拟机舱的气压状态和机舱外高空时的气压情况，这种模拟，多采用可密封的两个舱室，舱室中分别设计充入气体，模拟不同气压情况，舱室间的连通处安装有爆破减压隔膜，爆破减压隔膜是密封的，使安装了爆破减压隔膜后的两舱室间的气压不能互相连通。一些安全装备如空训服、供氧面罩、头盔及舱内的氧调器、供氧设备如不经过突然失压的压力冲击试验，这些设备很有可能在使用存在安全隐患，甚至发生爆裂等故障。

在19世纪70年代，随着低压舱模拟技术的兴起，拉开了此试验环境模拟技术研究的序幕；20世纪70年代，在普通低压舱的基础上发展了迅速减压舱，主要用于以上防护装备的研究和检测；目前，该技术也仅能模拟出300毫秒～500毫秒迅速减压试验环境。根据实际，战机从被击中座舱或发生故障到造成飞行座舱瞬间失压，其时间往往只有十几毫秒的时间；再加上试验舱与负压储备舱间的容积比例失调，造成模拟环境与实际环境差距较大，从而导致试验数据所得到的结果与真实结果存在较大误差。因此，上述试验环境已不能满足人们对太空探索和对未来战争的需求。此外，对于试验过程中模拟环境来说，现有技术中最大的问题是与试验容器相连的提供低气压模拟状态的容器每次都要全部进行抽真空以实现减少气压的过程，这种模拟试验方式既浪费时间又浪费能源。

 

发明内容

为解决现有技术中：模拟瞬时失压系统时间过长而导致试验结果数据与真实结果存在较大误差的技术问题，本发明提供了爆破减压时间达到0.015秒左右的瞬时抢夺模拟系统。

一种高速爆破减压系统，包括试验容器，其特征在于：还包括转接喉道、隔离门、压力储备容器、爆破减压隔膜、隔离门动力系统、爆破减压动力系统和压力平衡装置，所述的试验容器与转接喉道相连，连接处安装爆破减压隔膜；转接喉道通过隔离门与压力储备容器相连；通过隔离门动力系统将隔离门打开，爆破减压动力系统将试验容器与转接喉道之间的爆破减压隔膜打破后，则试验容器中的气压快速下降，以达到模拟实验的要求；通过隔离门动力系统将隔离门关闭，然后再打开试验容器的舱门，则可使压力储备容器中的低气压状态得以继续保持；容器间压力平衡装置安装于试验容器与转接喉道之间，以保证压力储备容器和试验容器单独使用时不会因为阀件性能问题发生泄漏。

本发明利用转接喉道和压力储备容器及隔离门的使用，大大提高了试验容器降压的时间要求，同时利用隔离门的开启和闭合，使压力储备容器中始终保持较低的气压状态，进行下一次试验前只需要将压力储备容器及转接喉道中的气压降至试验要求的低压即可，大大缩短了降气压的时间，还节约了降气压所需要的能源。本发明结构简单，操作方便，填补了国内该领域的空白。

 

附图说明

本发明附图的图面说明如下：

图1.一种高速爆破减压系统的总体结构图；

图2.高速爆破减压系统的安装示意图；

图3.高速爆破减压系统的试验容器的结构示意图；

图4.高速爆破减压系统的试验容器的组成示意图

图5.高速爆破减压系统的隔离门拆分示意图；

图6.高速爆破减压系统压力储备容器的结构及组成示意图；

图7.隔离门动力系统的结构及组成示意图；

图8.隔离门动力系统的动作原理图； 

图9.爆破减压动力系统的结构及组成示意图；

图10.压力平衡装置（8）中的容器间平衡装置结构示意图；

图11.压力平衡装置（8）中的隔离门间平衡装置结构示意图；

图12.爆破后压力变化曲线图；

图中：1.试验容器  2.转接喉道  3.隔离门  4.压力储备容器  5.爆破减压隔膜  6.隔离门动力系统  7.爆破减压动力系统  8.压力平衡装置  9.试验容器壳体  10.观察窗  11.门框I  12.舱门I  13.内喉道  14.安装通道  15.隔膜安装门  16.管路贯舱  17.电气贯舱  18.隔离门体  19－铰页安装座  20.铰页  21.液压缸连接座  22.压力储备容器壳体  23.舱门II  24.登舱楼梯  25.门框II  26.鞍座  27.截止阀  28.气用电磁阀  29.蓄能器  30.管路接头  31.安装架  32.液压缸安装座  33.连接销  34.液压缸  35.连接头  36.高压软管  37.液用电磁阀  38.节流阀  39.压板  40.高速气缸  41.撞针  42.调整板  43.贯舱接管I  44.电磁阀（法兰式）  45.贯舱接管II。

 

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的说明如下：

一种高速爆破减压系统，包括试验容器1，其特征在于：还包括转接喉道2、隔离门3、压力储备容器4、爆破减压隔膜5、隔离门动力系统6、爆破减压动力系统7和压力平衡装置，所述的试验容器1与转接喉道2相连，连接处安装爆破减压隔膜5；转接喉道2通过隔离门3与压力储备容器4相连；通过隔离门动力系统6将隔离门3打开，爆破减压动力系统7将试验容器1与转接喉道2之间的爆破减压隔膜5打破后，则试验容器1中的气压快速下降，以达到模拟实验的要求；通过隔离门动力系统6将隔离门3关闭，然后再打开试验容器1的舱门，则可使压力储备容器4中的低气压状态得以继续保持；容器间压力平衡装置8安装于试验容器1与转接喉道2之间，以保证压力储备容器4和试验容器1单独使用时不会因为阀件性能问题发生泄漏。

为保障减压隔膜的安装快速方便，本发明中在转接喉道与试验空间相邻处设计有安装通道，安装通道垂直于转接喉道，在安装通道的外侧面、试验容器壳体外设计有通道入口和隔膜安装门15，减压隔膜从通道入口进入安装通道14后，关闭隔膜安装门15，则通道入口处于密封状态。

所述的试验容器1可以是一个内承压外加强的矩形压力容器，配置了观察窗10、舱门I12及减压隔膜；所述试验容器1的主体部分，采用金属板材成型焊接成矩形盒状结构，表面用金属板材焊接“T”字形筋板加强；舱门I12通过铰页20安装在门框I11上，舱门I12与门框I11间安装密封条进行密封；门框I11采用金属板材成型加工，焊接固定在试验容器壳体9的右方；减压隔膜安装于试验容器1与转接喉道2之间。采用该结构的试验容器1可承受－101KPa静压力和高速爆破减压时80KPa压力的瞬间动态冲击。

为方便观察试验容器1中的工作状态，本发明还在试验容器壳体9上设计有观察窗10，所述观察窗10安装在试验容器1的正前方，观察窗10座与试验容器壳体9通过焊接形式固定连接，视镜玻璃用一金属压板通过螺钉固定安装，视镜玻璃与观察窗10座间安装密封条进行密封；视镜玻璃选用高强度超白玻璃加工。该结构，视野清晰，强度高，安全系数达10倍以上，且工作人员可清晰了解并观察各设备的试验检测情况。

为使转接喉道与试验容器连通时效果更好，本发明还包括内喉道13，采用金属板材成型加工成矩形框，通过焊接方式安装在试验容器1上，通过转接喉道2连通试验容器和压力储备容器4，是爆破减压时的压力泄放通道。

隔离门动力系统6和爆破减压动力系统7均需要管路进行连接，为保证在提供动力的时，试验容器1与转接喉道2处于密封状态，本发明还设计了管路贯舱16，所述管路贯舱16共采用3套，分别安装在试验容器壳体9、转接喉道2和压力储备容器4的侧壁上，隔离门动力系统6和爆破减压动力系统7的动力管路均置于管路贯舱16中。

本发明还包括电气贯舱17，所述电气贯舱17安装在试验容器壳体9和压力储存器的侧壁上。电气贯舱17是舱内照明、监控及其它试验用设备用电和信号传递时的连接通道。为保证密封及用途，电气贯舱17的连接板上可安装密封航插或密封接线柱。

隔离门3的开关直接关系到整个系统是否能快速降压及实现节能的重要组成部分，所述隔离门3安装在压力储备容器4与转接喉道2之间，压力储备容器4或试验容器1单独进行试验时和连续试验更换爆破隔膜时，隔断连通通道，达到节能减排，降低使用成本的目的。主要由隔离门体18、铰页20安装座19、铰页20和液压缸安装座32组成；所述隔离门体18是隔离门3的主要承力件，通过铰页20安装座19和铰页20安装在压力储备容器4与转接喉道2间的门框上；液压缸安装座32通过连接座21使隔离门体18与隔离门动力系统6的液压缸34连接。

为保证足够的强度及减轻门体质量，隔离门体18采用金属板材加工，结构为双层中间框架结构形式。

所述压力储备容器4是用来模拟高空的低气压环境，是试验容器1的真空储备容器，其空间≧50倍的容器空间；压力储备容器4可设计成圆桶形结构，外侧承压层采用金属薄板材成型加工，内部设计“T”字形加强筋进行轴向、径向加强，为保证强度和产品的可加工性，两端设计瓜瓣式椭圆形球冠封头封闭；压力储备容器壳体22、密封安装在壳体上的舱门I12所述舱门I12由门体、门框、密封条、门锁和铰页20部件组成。

为使压力储备容器4使用方便、安全，所述的压力储备容器4还包括方便到达舱门位置的登舱楼梯24和鞍座26组成。为方便工作人员通过舱门进入压力储备容器4设计登舱楼梯24，登舱楼梯24采用金属型材及花纹防滑钢板加工；所述鞍座26参照压力容器支撑相关标准进行设计，采用金属板材组焊加工，是压力储备容器壳体22支撑和固定安装装置。

 爆破减压隔膜5采用高强度钢化玻璃。所述爆破减压隔膜5既要保证足够的强度以承受试验前压力储备容器4与试验容器1之间存在压力，又要保证减压试验时，隔膜应瞬间破碎成颗粒状，不影响压力减压时间，所以选用高强度钢化玻璃。

隔离门动力系统6包括液压缸34、气用电磁阀28和液用电磁阀37、蓄能器29；蓄能器29的上部为压缩空气容腔，下部为液压油工作腔，压缩空气容腔与液压油工作腔之间用活塞板隔开，蓄能器29将气压动力转化为液压动力，再通过管路将液压动力传送给液压缸，从而控制液压缸的活塞杆的伸缩；蓄能器29通过支撑装置安装架31固定安装在舱体上；节流阀38控制蓄能器与液压缸之间的流量，调节隔离门3打开或关闭速度；采用压缩气体为动力，气体管路部分用气用电磁阀控制导通与否，通过蓄能器29将气压动力转化为液压动力，液用电磁阀控制液压油路的导通与否；液压油推动液压缸34的活塞杆运动，实现隔离门3的开启或关闭。隔离门动力系统6设计的难点和目的是解决单独采用液压为动力带来的庞大复杂的液压泵站等附属机构建设以及单独采用气压为动力时产生的瞬间冲击力易使门体损坏等缺陷。

保证隔离门3打开或关闭过程中，液压缸34会发生一定角度转动时，动力管路能够持续提供动力，本发明中的动力管路选用高压软管36。

所述隔离门动力系统6还包括截止阀27，当系统发生故障及异常现象时，关闭截止阀27，切断系统管路，方便维护和检修的截止阀27；系统进行自动化控制的执行元件；管路贯舱16密封的贯舱件及相应的快速密封接头。

所述爆破减压动力系统7是为试验时爆破减压隔膜5爆破提供动力，实现爆破减压隔膜5瞬间破碎，试验容器1压力瞬间从正常环境达到高空低气压压力环境。为达到上述目的，采用高速气缸40为主要动力执行元件，利用压缩空气为动力源；控制4件电磁阀组合，改变压缩气体推动高速气缸40活塞按设定的要求伸出或收回，从而推动撞针41撞破减压隔膜；所述撞针41采用合金结构钢制造，并经多次试验修整撞针41针角，以满足高速破碎减压隔膜的功能需求。

所述容器间压力平衡装置8安装在压力储备容器4与转接喉道2间舱壁上的压力平衡装置，该装置包括一个通过焊接固定在舱壁上的钢管，还在转接喉道2端通过法兰连接安装两个气体流向相反的电磁阀，在电磁阀与管道之间设计安装了一个调整板42。上述设计可有效的调节气体平衡的速度，还可以保证压力储备容器4和试验容器1单独使用时不会因为阀件性能问题发生泄漏，。

本发明还包括隔离门3压力平衡装置，安装在两道隔离门3之间，由一个焊接固定在隔离门3密封板上钢管及电磁阀组成。隔离门3压力平衡装置用来平衡试验过程中两道隔离门3间空间与容器空间存在的压力。

在试验过程中，隔离门3处于关闭状态时，隔离门3两端容器以及两道隔离之间空间与外容器间存在的压力差，减小隔离门3开启阻力。

使用该高速爆破减压系统时，要遵守以下步骤：

⒈检查气源及系统各部件达到试验状态后，通过自动控制系统，隔离门动力系统6中的相应电磁阀开启，气源中心通过管路向系统提供气压动力，气压动力经蓄能器29转换为液压动力，并把液压动力通过管路传递给液压缸34，液压缸34的活塞杆伸出，从而缓慢推动的隔离门3关闭。

⒉根据试验需求，计算试验前所压力储备容器4需要预置的压力高度；关闭压力储备容器4的舱门I12I及其它与外界相通的通道，启动真空机组，将压力储备容器4内压力预置到所需的压力高度。

⒊检查爆破减压隔膜5安装环境满足隔膜安装条件后，将爆破减压隔膜5安装到位。

⒋将需试验研究的和需检测的装置、装备、仪器仪表、航空用品等按要求固定安装到试验容器1内。

⒌关闭试验容器1的舱门I12及其它与外界相通的通道，启动真空机组，将试验容器1内压力预置到试验前所需的压力高度。

⒍打开压力储备容器4与转接喉道2间舱壁上的压力平衡装置中的电磁阀，使压力储备容器4与转接喉道2间的压力达到平衡。打开隔离门3上压力平衡装置中的电磁阀，使两隔离门3间空间与转接喉道2间的压力达到平衡。

⒎开启隔离门动力系统6中的相应电磁阀，气源中心通过管路向系统提供气压动力，气压动力经蓄能器29转换为液压动力，并把液压动力通过管路传递给液压缸34，液压缸34的活塞杆收缩，从而拉动隔离门3开启，连通压力储备容器4与转接喉道2通道。

⒏关闭压力储备容器4与转接喉道2间舱壁上的压力平衡装置中的电磁阀；关闭隔离门3上压力平衡装置中的电磁阀。

⒐检查确认各环节达到试验要求，再次检查压力储备容器4及试验容器1内压力符合试验要求，如不符合，启动真空机组使其压力达到试验所需压力。

⒑检查试验过程采集仪器仪表达到工作状态及确认试验安全后，打开爆破减压动力系统7中相应电磁阀，使气源中心通过管路向高速气缸40提供动力，高速气缸40活塞杆迅速伸出，推动安装在活塞杆头的撞针41撞击爆破减压隔膜5。

⒒爆破减压隔膜5在撞针41撞击下，瞬间破碎，通过转接喉道2连通压力储备容器4和试验容器1，使试验容器1内压力瞬间下降到所需压力高度。

⒓通过压力采集系统，可检查试验容器1压力变化曲线（见附图12）。

⒔开启隔离门动力系统6中的相应电磁阀，气源中心通过管路向系统提供气压动力，气压动力经蓄能器29转换为液压动力，并把液压动力通过管路传递给液压缸34，液压缸34的活塞杆伸出，从而缓慢推动的隔离门3关闭。

⒕通过自动控制系统，将试验容器1及转接喉道2内的压力上升到地面高度。

⒖打开试验容器1的舱门I12，检查各受试或被检装置、装备、仪器仪表、航空用品等的完好程度。

⒗清理隔膜碎片，按上述3～15步骤，重新进行下一次试验或检测。

Claims (10)

1. 一种高速爆破减压系统，包括试验容器（1），其特征在于：还包括转接喉道（2）、隔离门（3）、压力储备容器（4）、爆破减压隔膜（5）、隔离门动力系统（6）、爆破减压动力系统（7）和压力平衡装置，所述的试验容器（1）与转接喉道（2）相连，连接处安装爆破减压隔膜（5）；转接喉道（2）通过隔离门（3）与压力储备容器（4）相连；通过隔离门动力系统（6）将隔离门（3）打开，爆破减压动力系统（7）将试验容器（1）与转接喉道（2）之间的爆破减压隔膜（5）打破后，则试验容器（1）中的气压快速下降，以达到模拟实验的要求；通过隔离门动力系统（6）将隔离门（3）关闭，然后再打开试验容器（1）的舱门，则可使压力储备容器（4）中的低气压状态得以继续保持；容器间压力平衡装置（8）安装于试验容器（1）与转接喉道（2）之间，以保证压力储备容器（4）和试验容器（1）单独使用时不会因为阀件性能问题发生泄漏。

2. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：在转接喉道与试验空间相邻处设计有安装通道（14），安装通道（14）垂直于转接喉道（2），在安装通道的外侧面、试验容器壳体外设计有通道入口和隔膜安装门（15），减压隔膜从通道入口进入安装通道（14）后，关闭隔膜安装门（15），则通道入口处于密封状态。

3. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：所述的试验容器（1）是一个内承压外加强的矩形压力容器，配置了观察窗（10）、舱门I（12）及减压隔膜；所述试验容器（1）的主体部分，采用金属板材成型焊接成矩形盒状结构，表面用金属板材焊接“T”字形筋板加强；舱门I（12）通过铰页（20）安装在门框I（11）上，舱门I（12）与门框I（11）间安装密封条进行密封；门框I（11）采用金属板材成型加工，焊接固定在试验容器壳体（9）的右方；减压隔膜安装于试验容器（1）与转接喉道（2）之间。

4. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：还设计了管路贯舱（16），所述管路贯舱（16）共采用3套，分别安装在试验容器壳体（9）、转接喉道（2）和压力储备容器（4）的侧壁上，隔离门动力系统（6）和爆破减压动力系统（7）的动力管路均置于管路贯舱（16）中。

5. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：所述隔离门（3）主要由隔离门体（18）、铰页安装座（19）、铰页（20）和液压缸安装座（32）组成；所述隔离门体（18）是隔离门（3）的主要承力件，通过铰页安装座（19）和铰页（20）安装在压力储备容器（4）与转接喉道（2）间的门框上；液压缸安装座（32）通过连接座（21）使隔离门体（18）与隔离门动力系统（6）的液压缸（34）连接。

6. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：隔离门动力系统（6）包括液压缸（34）、气用电磁阀（28）和液用电磁阀（37）、蓄能器（29）；蓄能器（29）的上部为压缩空气容腔，下部为液压油工作腔，压缩空气容腔与液压油工作腔之间用活塞板隔开，蓄能器（29）将气压动力转化为液压动力，再通过管路将液压动力传送给液压缸，从而控制液压缸的活塞杆的伸缩；蓄能器（29）通过支撑装置安装架（31）固定安装在舱体上；节流阀（38）控制蓄能器与液压缸之间的流量，调节隔离门（3）打开或关闭速度；采用压缩气体为动力，气体管路部分用气用电磁阀控制导通与否，通过蓄能器（29）将气压动力转化为液压动力，液用电磁阀控制液压油路的导通与否；液压油推动液压缸（34）的活塞杆运动，实现隔离门（3）的开启或关闭。

7. 根据权利要求6所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：所述隔离门动力系统（6）还包括截止阀（27），当系统发生故障及异常现象时，关闭截止阀（27），切断系统管路。

8. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：爆破减压动力系统（7）采用高速气缸（40）为主要动力执行元件，利用压缩空气为动力源；控制4件电磁阀组合，改变压缩气体推动高速气缸（40）活塞按设定的要求伸出或收回，从而推动撞针（41）撞破减压隔膜；所述撞针（41）采用合金结构钢制造，并经多次试验修整撞针（41）针角。

9. 根据权利要求1所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：所述容器间压力平衡装置（8）安装在压力储备容器（4）与转接喉道（2）间舱壁上的压力平衡装置，该装置包括一个通过焊接固定在舱壁上的钢管，还在转接喉道（2）端通过法兰连接安装两个气体流向相反的电磁阀，在电磁阀与管道之间设计安装了一个调整板（42）。

10. 根据权利要求9所述的一种高速爆破减压系统，其特征在于：本发明还包括隔离门（3）压力平衡装置，安装在两道隔离门（3）之间，由一个焊接固定在隔离门（3）密封板上钢管及电磁阀组成。

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