CN104122092A - 一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置，用于低温火箭发动机或动力输送系统地面试验。由程序控制器、数据采集处理器、压力传感器组成推进剂贮箱压力测量和指令生成系统，根据需要设定保险阀门回座压力为P_min，开启压力为P_max，感知推进剂贮箱压力值P，并根据这三个值的大小关系生成“开”或“关”数字指令；由低温气动阀门、孔板组成指令执行系统，执行开启放气或关闭动作。可保证增压过程中压力满足P_min≤P≤P_max。若应用于高温气体增压的推进剂贮箱，只需将低温气动阀门更换为可在高温气体环境工作的阀门即可。本发明使用设备技术成熟，提高系统可靠性、适应性和使用率，减少设备及维护成本，提高人机交互水平。

Description

一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种智能控制排气装置，主要用于低温火箭发动机或增压输送系统地面试验，可模拟箭上低温贮箱保险阀门的排气工作过程，属于低温火箭动力系统试验技术。

背景技术

我国CZ-XX系列运载火箭X子级发动机及新一代运载火箭主动力发动机均采用液氢液氧作为推进剂，为减轻贮箱结构质量提高火箭有效载荷，推进剂贮箱设计时内压承载能力均采用较小的冗余系数，为确保低温推进剂加注至飞行结束全过程中贮箱的安全，防止贮箱超压，贮箱均安装低温保险阀门，这种阀门均为特定型号设计，开启压力和回座压力因型号而异。与地面试验使用的其它工业阀门相比较，由于低温保险阀门使用要求的特殊性，其活动部件及密封件可正常工作次数十分有限。

在发动机或推进剂增压输送系统地面试验时，为有效模拟飞行过程贮箱气枕压力控制效果，需要对箭上这种保险活门工作时的排气过程进行模拟。同时，为了提高地面中贮箱的使用效率，增强其保险活门对于不同任务要求的适应性，有必要开发一种可方便调节开启压力和回座压力的箭上保险阀门模拟装置。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置，模拟不同型号的箭上保险阀门排气过程，使地面试验系统无需使用箭上保险阀门，并且试验系统贮箱可实现箭上不同压力范围控制的目的，提高装置的通用性。

本发明的技术方案是：一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置，由程序控制器、数据采集处理器、电缆、压力传感器、低温气动阀门、连接管路、孔板、二位五通电磁阀、减压阀、氮气瓶组成。其中，程序控制器、数据采集处理器、电缆、压力传感器组成贮箱压力测量和指令生成系统；由孔板限制排气气体流量；由低温气动阀门、连接管路、电磁阀、减压阀和氮气瓶组成指令执行机构。

系统工作时，在数据处理设备中，根据具体试验任务要求，设定保险阀门回座压力为P_min，开启压力为P_max：压力传感器通过连接管路与贮箱连接，数据处理设备与压力传感器通过电缆连接，从而感知推进剂贮箱压力值为P并转换为电信号；比较P值与P_min、P_max的大小，当贮箱压力升高，P＞P_max时，生成“开”数字指令，当贮箱压力降低，P＜P_min时，生成“关”数字指令，其余情况下，不生成指令；数据处理器将“开”或“关”数字指令通过电缆传递给程序控制器，程序控制器根据数字指令为电磁阀提供或断开24V直流电源，从而开启或关闭氮气操纵气；氮气源由氮气瓶提供，经减压阀减压至4.5～5.5MPa作为低温气动阀门操纵气，进入二位五通电磁阀，当电磁阀门开启后，氮气通过管路进入低温气动阀门开腔，使气动阀打开，当电磁阀门关闭后，氮气通过管路进入气动阀门关腔，使气动阀门关闭；孔板孔径的大小根据需模拟的保险阀门开启时的流通直径确定，气动阀门打开的情况下，贮箱内气体经过连接管路、气动阀门和孔板，排入大气，贮箱压力降低，气动阀门关闭的情况下，不排放气体；经过上述过程，使贮箱压力满足P_min≤P≤P_max，达到模拟箭上保险阀门工作过程的目的。

本发明可用于模拟推进剂温度为20～300K范围内的贮箱保险阀门，若用于高温气体增压的贮箱保险阀门模拟，只需将低温气动阀门改装为高温气体环境下可靠工作的气动阀门即可，对我国目前运载型号的液氢、液氧及煤油地面试验系统贮箱均可使用。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明可通过数据处理器简便设定P_min和P_max值，采用智能测控系统测量贮箱压力，并与设定的P_min和P_max值比较生成阀门“开”或“关”指令，提高了人机交互水平，从而便于在同一套系统上实现多种型号保险阀门排气过程控制的模拟，进而可以使同一贮箱系统实现多工况的试验，提高了试验系统的适应性和系统利用率，节约了试验成本并缩短系统转换时间。

(2)本发明使用的低温气动阀门、孔板、电磁阀、减压阀等设备，在地面试验中均广泛运用，可靠性高，阀门及密封件可保证正常动作次数远大于箭上保险阀门，且生产成本远低于箭上保险阀门，从而提高了试验系统的可靠性并降低系统维护成本。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图中：1.推进剂贮箱、2.程序控制器、3.数据采集处理器、4.电缆、5.压力传感器、6.低温气动阀门、7.连接管路、8.孔板、9.二位五通电磁阀、10.减压阀、11.氮气瓶。

具体实施方式

如图1所示，本发明主要由程序控制器2、数据采集处理器3、电缆4、压力传感器5、低温气动阀门6、连接管路7、孔板8、二位五通电磁阀9、减压阀10、氮气瓶11组成。其中，程序控制器2、数据采集处理器3、电缆4、压力传感器5组成推进剂贮箱1压力测量和指令生成系统；由孔板8限制排气气体流量；由低温气动阀门6、连接管路7、电磁阀9、减压阀10和氮气瓶11组成指令执行机构。

本发明工作时，首先在数据采集处理器3中设定保险阀门回座压力为P_min，开启压力为P_max；压力传感器5感知推进剂贮箱1压力值为P并转换为电信号；数据采集处理器3比较P值与P_min、P_max的大小，当推进剂贮箱压力升高，P＞P_max时，生成“开”数字指令，当贮箱压力降低，P＜P_min时，生成“关”数字指令，其余情况下，不生成指令；“开”或“关”数字指令通过电缆4传递给程序控制器2，程序控制器2根据数字指令为电磁阀9提供或断开24V直流电源，从而开启或关闭氮气操纵气；氮气源由氮气瓶11提供，经减压阀10减压至4.5～5.5MPa作为低温气动阀门6的操纵气，进入二位五通电磁阀9，当电磁阀门9开启后，氮气通过连接管路7进入低温气动阀门6开腔，使气动阀6打开，当电磁阀门9关闭后，氮气通过管路7进入气动阀门6关腔，使气动阀门6关闭；气动阀门6打开的情况下，推进剂贮箱1内气体经过连接管路7、气动阀门6和孔板8，排入大气，推进剂贮箱1压力降低，气动阀门6关闭的情况下，不排放气体；经过上述过程，使推进剂贮箱1压力满足P_min≤P≤P_max，达到模拟箭上保险阀门工作过程的目的。孔板8孔径的大小根据模拟的保险阀门开启时的流通直径及不同试验工况确定。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (2)

1.一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置，其特征在于：由程序控制器(2)、数据采集处理器(3)、电缆(4)、压力传感器(5)、低温气动阀门(6)、连接管路(7)、孔板(8)、二位五通电磁阀(9)、减压阀(10)、氮气瓶(11)组成。其中，程序控制器(2)、数据采集处理器(3)、电缆(4)、压力传感器(5)组成推进剂贮箱(1)压力测量和指令生成系统；由孔板(8)限制排气气体流量；由低温气动阀门(6)、连接管路(7)、电磁阀(9)、减压阀(10)和氮气瓶(11)组成指令执行机构。

2.根据权利要求1所述的一种箭上保险阀门排气过程的模拟装置，其特征在于：装置工作时，首先在数据采集处理器(3)中设定保险阀门回座压力为P_min，开启压力为P_max；压力传感器(5)感知推进剂贮箱(1)压力值为P并转换为电信号；数据采集处理器(3)比较P值与P_min、P_max的大小，当推进剂贮箱压力升高，P＞P_max时，生成“开”数字指令，当贮箱压力降低，P＜P_min时，生成“关”数字指令，其余情况下，不生成指令；“开”或“关”数字指令通过电缆(4)传递给程序控制器(2)，程序控制器(2)根据数字指令为电磁阀(9)提供或断开24V直流电源，从而开启或关闭氮气操纵气；氮气源由氮气瓶(11)提供，经减压阀(10)减压至4.5～5.5MPa作为低温气动阀门(6)的操纵气，进入二位五通电磁阀(9)，当电磁阀门(9)开启后，氮气通过连接管路(7)进入低温气动阀门(6)开腔，使气动阀(6)打开，当电磁阀门(9)关闭后，氮气通过管路(7)进入气动阀门(6)关腔，使气动阀门(6)关闭；气动阀门(6)打开的情况下，推进剂贮箱(1)内气体经过连接管路(7)、气动阀门(6)和孔板(8)，排入大气，推进剂贮箱(1)压力降低，气动阀门(6)关闭的情况下，不排放气体；经过上述过程，使推进剂贮箱(1)压力满足P_min≤P≤P_max。