CN104237020B - 低温管路高压爆破试验装置 - Google Patents

低温管路高压爆破试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空航天结构强度技术领域，具体涉及一种低温管路高压爆破试验装置。该装置包括加注系统和增压系统；加注系统包括依次连接的通径为20mm的不锈钢软管S2、低温管路、通径为20mm的不锈钢软管S1，手动阀门F1，液氮罐，S1为加注管，S2为排气管；增压系统包括依次连接的压力传感器D1、通径为10mm的不锈钢软管L1、手动阀门F1、通径为20mm的不锈钢软管S1、低温管路、通径为20mm的不锈钢软管S2、通径为10mm的不锈钢软管L2、通径为10mm的橡胶软管J1、手动阀门F2、氮气瓶。本发明可实现在管路充满低温介质的状态下对其加载高压载荷，以便通过试验的手段得到低温管路的真实受力状态和承载极限。

Description

低温管路高压爆破试验装置
技术领域
本发明属于航空航天结构强度技术领域，具体涉及一种低温管路高压爆破试验装置。
背景技术
低温介质在火箭的研制和发射过程中被越来越多的应用到，如液氮、液氢、液氧等。因此在研制过程中不仅要考虑到火箭的结构，而且要考虑温度对结构强度的影响。低温管路作为火箭必不可少的构件，长久以来都是通过计算的手段考核其受力状态和结构承载极限，而且真实状态无从得知。而通用的低温增压设备的最高使用压力仅为7MPa，不能满足对管路爆破试验的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温管路高压爆破试验装置，实现在管路充满低温介质的状态下对其加载高压载荷，以便通过试验的手段得到低温管路的真实受力状态和承载极限。
本发明所采取的技术方案为：
一种低温管路高压爆破试验装置，
包括加注系统和增压系统；
加注系统包括依次连接的通径为20mm的不锈钢软管S2、低温管路、通径为20mm的不锈钢软管S1，手动阀门F1，液氮罐，S1为加注管，S2为排气管；
增压系统包括依次连接的压力传感器D1、通径为10mm的不锈钢软管L1、手动阀门F1、通径为20mm的不锈钢软管S1、低温管路、通径为20mm的不锈钢软管S2、通径为10mm的不锈钢软管L2、通径为10mm的橡胶软管J1、手动阀门F2、氮气瓶。
所述低温管路两端各设置有一个开口法兰。
所述开口法兰包括上端的密封面、腔体和下端的固定支撑端，腔体的侧面设置有加注口，所述加注口与腔体底面，也即固定支撑端的上表面平齐，固定支撑端固定在地面上，腔体与加注口连通，排水时靠水的自重通过加注口自行流出。
所述开口法兰采用不锈钢材料0Cr18Ni9。
打开手动阀门F1开始对低温管路加注液氮，当有液氮从通径为20mm的不锈钢软管S2排出时，说明低温管路、已经充满液氮，关闭阀门F1，液氮加注结束；放置一段时间，待通径为20mm的不锈钢软管S2，不再有液氮排出，进行下一步操作。
液氮加注完毕后，将手动阀门F1与液氮罐分离，连接通径为10mm的不锈钢软管L1和压力传感器D1，打开手动阀门F1，此时测压端为封闭状态不会有大量低温气体流过，压力传感器D1处于常温工作状态；依次将氮气瓶、通径为10mm的橡胶软管J1、通径为10mm的不锈钢软管L2和通径为20mm的不锈钢软管S2对接，使增压端处于封闭状态不会有大量低温气体流过，通径为10mm的橡胶软管J1处于常温工作状态；增压时，开启手动阀门F2对管路进行增压。
所述压力传感器D1通过测量线路连接到数控采集系统，通过数控采集系统设置采样频率，对压力值进行实时测量；当管路发生破坏时，压力值会突然下降至零，记录其压力最高值即为爆破压力。
所述通径为20mm的不锈钢软管S1、S2承载20Mpa。
所述通径为10mm的不锈钢软管L1、L2承载23MPa。
所述通径为10mm的橡胶软管J1承载30MPa；所述压力传感器D1量程为20MPa。
本发明所取得的有益效果为：
本发明所述低温管路高压爆破试验装置操作简单，并且试验中高压气枕较小，试验件爆破时的威力较小，采用较为简单的防护就可以保证设备及人员的安全。本发明可实现在管路充满低温介质的状态下对其加载高压载荷，通过试验的手段得到低温管路的真实受力状态和承载极限。
附图说明
图1为本发明所述低温管路高压爆破试验装置的开口法兰示意图；
图2为本发明所述低温管路高压爆破试验装置的加注系统示意图；
图3为本发明所述低温管路高压爆破试验装置的增压系统示意图；
图中：1、加注口；2、密封面；3、固定支撑端；4、腔体；5、液氮罐；6、低温管路；7、氮气瓶；
S1、S2为通径为20mm的不锈钢软管，承载20MPa；L1、L2为通径为10mm的不锈钢软管，承载23MPa；J1为通径为10mm的橡胶软管，承载30MPa；F1、F2为手动阀门；D1为压力传感器，量程为20MPa。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
首先解决管路的安装和固定的问题。通常低温管路6两端各设置有一个开口法兰，如图1所示，所述开口法兰包括上端的密封面2、腔体4和其下端的固定支撑端3，腔体4的侧面设置有加注口1，所述加注口1与腔体4底面，也即固定支撑端3的上表面平齐，腔体4与加注口1连通，排水时靠水的自重通过加注口1自行流出。该开口法兰同时具有密封、加注增压和固支这三项功能。为了保证其低温状态下的性能，采用不锈钢材料0Cr18Ni9进行加工。安装时，在低温管路6的两端分别安装开口，并通过其固定支撑端3固定在地面上。
其次解决低温介质加注的问题。低温试验中通常采用较为安全便宜的液氮作为低温介质。如图2所示，加注系统包括依次连接的通径为20mm的不锈钢软管S2、低温管路6、通径为20mm的不锈钢软管S1，手动阀门F1，液氮罐5，S1为加注管，S2为排气管；打开手动阀门F1开始对低温管路6加注液氮，当有液氮从通径为20mm的不锈钢软管S2排出时，说明低温管路6已经充满液氮，关闭阀门F1，液氮加注结束。放置一段时间，待通径为20mm的不锈钢软管S2，不再有液氮排出，进行下一步操作。
再次解决对管路加载高内压载荷的问题。通常的增压和测压设备无法在低温状态下工作，因此增压时应避免低温液体和气体接触到增压和测压设备。按如图3所示，增压系统包括依次连接的压力传感器D1、通径为10mm的不锈钢软管L1、手动阀门F1、通径为20mm的不锈钢软管S1、低温管路6、通径为20mm的不锈钢软管S2、通径为10mm的不锈钢软管L2、通径为10mm的橡胶软管J1、手动阀门F2、氮气瓶7；
压力传感器D1与通径为20mm的不锈钢软管S1之间通过通径为10mm的不锈钢软管L1进行过渡，通径为10mm的橡胶软管J1和通径为20mm的不锈钢软管S2之间通过通径为10mm的不锈钢软管L2进行过渡。液氮加注完毕后，将手动阀门F1与液氮罐5分离，连接通径为10mm的不锈钢软管L1和压力传感器D1，打开手动阀门F1，此时测压端为封闭状态不会有大量低温气体流过，而且由于通径为10mm的不锈钢软管L1的热导效应，压力传感器D1处于常温工作状态。同样，依次将氮气瓶7、通径为10mm的橡胶软管J1、通径为10mm的不锈钢软管L2和通径为20mm的不锈钢软管S2对接，使增压端处于封闭状态不会有大量低温气体流过，而且由于通径为10mm的不锈钢软管L2的热导效应，通径为10mm的橡胶软管J1处于常温工作状态。增压时，开启手动阀门F2对管路进行增压。
最后解决对管路压力的检测的问题。将压力传感器D1通过测量线路连接到数控采集系统，通过数控采集系统设置采样频率，对压力值进行实时测量。当管路发生破坏时，压力值会突然下降至零，记录其压力最高值即为爆破压力。

Claims (8)

1.一种低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：
包括加注系统和增压系统；
加注系统包括依次连接的通径为20mm的不锈钢软管S2、低温管路(6)、通径为20mm的不锈钢软管S1，手动阀门F1，液氮罐(5)，S1为加注管，S2为排气管；
增压系统包括依次连接的压力传感器D1、通径为10mm的不锈钢软管L1、手动阀门F1、通径为20mm的不锈钢软管S1、低温管路(6)、通径为20mm的不锈钢软管S2、通径为10mm的不锈钢软管L2、通径为10mm的橡胶软管J1、手动阀门F2、氮气瓶(7)；
打开手动阀门F1开始对低温管路(6)加注液氮，当有液氮从通径为20mm的不锈钢软管S2排出时，说明低温管路(6)已经充满液氮，关闭阀门F1，液氮加注结束；放置一段时间，待通径为20mm的不锈钢软管S2不再有液氮排出，进行下一步操作；
液氮加注完毕后，将手动阀门F1与液氮罐(5)分离，连接通径为10mm的不锈钢软管L1和压力传感器D1，打开手动阀门F1，此时测压端为封闭状态不会有大量低温气体流过，压力传感器D1处于常温工作状态；依次将氮气瓶(7)、通径为10mm的橡胶软管J1、通径为10mm的不锈钢软管L2和通径为20mm的不锈钢软管S2对接，使增压端处于封闭状态不会有大量低温气体流过，通径为10mm的橡胶软管J1处于常温工作状态；增压时，开启手动阀门F2对管路进行增压。
2.根据权利要求1所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述低温管路(6)两端各设置有一个开口法兰。
3.根据权利要求2所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述开口法兰包括上端的密封面(2)、腔体(4)和下端的固定支撑端(3)，腔体(4)的侧面设置有加注口(1)，所述加注口(1)与腔体(4)底面，也即固定支撑端(3)的上表面平齐，固定支撑端(3)固定在地面上，腔体(4)与加注口(1)连通，排水时靠水的自重通过加注口(1)自行流出。
4.根据权利要求2所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述开口法兰采用不锈钢材料0Cr18Ni9。
5.根据权利要求1所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述压力传感器D1通过测量线路连接到数控采集系统，通过数控采集系统设置采样频率，对压力值进行实时测量；当管路发生破坏时，压力值会突然下降至零，记录其压力最高值即为爆破压力。
6.根据权利要求1所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述通径为20mm的不锈钢软管S1、S2承载20MPa。
7.根据权利要求1所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述通径为10mm的不锈钢软管L1、L2承载23MPa。
8.根据权利要求1所述的低温管路高压爆破试验装置，其特征在于：所述通径为10mm的橡胶软管J1承载30MPa；所述压力传感器D1量程为20MPa。
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