CN106121863B - 一种低温流体变工况泵压式输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的低温流体变工况泵压式输送系统由减压器（1）、电磁阀（2）、孔板（3）、阀门（4）、汽化器（5）、阀门（6）、调节阀（7）、温度传感器（8）、压力传感器（9）、过滤器（10）、终端（11）、流量计（12）、调节阀（13）、阀门（14）、阀门（15）、变频电机（16）、离心泵（17）、阀门（18）、容器（19）以及管路连接而成。本系统用于泵压方式输送低温液体，通过精确控制增压气流量和泵频率，结合调节阀开度，实现低温液体输送流量的精确控制。采用外气源增压和汽化器增压两种方式。以减压器、电磁阀、汽化器、离心泵、变频电机和调节阀组成压力精确控制组件，以输送流量、增压气量、泵入口压力等作为测控对象。该套系统蕴含的变流量控制技术，可用于采用低温液体输送且需要变流量的工程领域。

Description

一种低温流体变工况泵压式输送系统

技术领域

本发明涉及低温流体的变流量输送技术，应用于低温液体火箭动力系统试验以及其他低温液体输送领域。

背景技术

动力系统试验工作是新研制火箭飞行试验之前最大型的地面试验，是动力系统最接近飞行状态的试验，是运载火箭研制过程中的关键环节。目前，国内外运载火箭的发展趋势是无毒无污染，大多采用低温推进剂，如液氧/煤油和液氧/液氢等。动力系统试验为最大程度模拟实际火箭发射过程，加注过程按发射场测发流程要求，向箭体贮箱加注低温推进剂。低温推进剂加注系统的特点是：①工况多，不同试验的贮箱规模、加注压力和流量都不同，且覆盖较宽流量范围；②可靠性要求高，动力系统试验规模大、参试系统多，整个加注过程要严格遵照试验流程和加注指标执行，任何故障都可能导致整个试验的失败。

发明内容

本发明的技术解决问题：本发明提供低温推进剂变流量输送技术，用于低温液体火箭动力系统试验，另外，对输送低温液体且需要变流量控制的应用领域提供方法。主要解决如下问题：

(1)应实现低温流体的大流量输送。

(2)应同时满足不同终端的低温流体的加注需求，实现宽范围、变工况的加注需求。

(3)应适应流量和压力精确控制要求。

(4)应保证低温泵入口压力在规定范围内。

(5)应尽量减小外气源对低温液体品质的影响。

(6)应具有多种流量调节手段，系统可靠。

本发明的技术解决方案：

(1)泵压输送方法可实现低温介质的大流量输送。

(2)改变泵频率和改变调节阀开度，两种方法单独或综合应用实现不同的流量和压力输出。回流方法可以进一步拓宽流量指标范围。

(3)终端11给定加注流量Q及压力P，据此对变频电机选择合适的频率控制泵的转速或调整调节阀开度，获得液体输送的初始流量。实际加注过程，根据加注流量Q和加注压力P实测值的反馈，调整泵的电机频率，辅以调整泵后调节阀开度，最终实现流量的精确控制。

(4)通过电磁阀+孔板组合，控制增压气流量，进而控制泵前压力。可通过开启相应孔板组合，控制增压流量。大尺寸孔板和小尺寸孔板组合使用，可根据要求进行及时更换。外气源增压用于低温泵启动段，汽化器预冷完成后，采用汽化增压方法保证泵前压力。

(5)采用低温液体汽化增压方法可尽量减小外气源对液体品质的影响。采用汽化器增压系统，泵后分流一部分低温流体进入汽化器，吸热相变为气体给容器增压，以保证一定的泵前压力。

(6)采用泵变频、管路变阻力特性和分流的方法单独或综合应用，可以实现多手段的相互备份，提高系统可靠性。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)以往的液体火箭动力系统试验台都是采用气体挤压的方式，低温推进剂输送系统普遍存在以下问题：推进剂流量调节依赖于增压气体流量，对于大流量输送工况，气体增压系统的设计十分复杂，尤其是大流量气体压力调节器研制难度大。同时，造成增压气源规模庞大，建设经费和试验成本巨大，安全管理要求高。随着运载火箭技术的发展，动力系统试验的要求较以前大幅度提高，受国内贮箱、阀门、减压器等设备技术水平所限，低温推进剂加注系统采用气体挤压的实现难度更加突出。因此，在满足火箭动力系统试验要求和降低成本的情况下，国外新建或改建低温推进剂加注泄出系统都开始采用泵压式方案。据了解，采用泵压式低温推进剂的变流量加注方案，国内液体火箭动力系统研制试验单位尚无应用，也无相关文献报道，属于一项亟待解决的新技术。

(2)以往低温推进剂输送系统的贮罐汽化增压通常采用汽化器自增压方案，利用贮罐与汽化器液位高差所产生的静压压力克服汽化器进液段、汽化段、过热段的全部流阻，进而使进液、汽化和增压过程顺利进行。随着贮罐液位不断降低，汽化器两端压差发生改变，须通过不断调节增压阀的方式来保持增压气体流量的稳定。这一方案的主要问题是：受贮罐基础高度和液位影响，汽化器供液能力有限。本发明采取泵后分流液氧作为汽化器入口介质，由于泵出口压力较高，汽化器的供液能力更充足。此外，可以通过调整调节阀开度，实现分流流量的合理配比和泵前压力的稳定。并且，该方案具备流量扩展能力，原则上只要有功率足够大的液氧泵，加注流量就可随之提升。

(3)通常泵压式加注具有较高的流量指标，在实现小流量加注时，如果单纯依靠降低泵频率和减小泵后调节阀开度的方法，会降低泵效率和增加管路流阻，由此带来低温介质的较大温升。对此采用分流的方法，可以使泵和泵后调节阀工况更合理，减小泵效率损失和管路系统的阻力损失。通过调节回流调节阀开度，实现宽范围的主送流量。

附图说明

图1是低温流体变工况泵压式输送系统原理图。1是减压器、2是电磁阀、 3是孔板、4是阀门、5是汽化器、6是阀门、7是调节阀、8是温度传感器、9 是压力传感器、10是过滤器、11是终端、12是流量计、13是调节阀、14是阀门、15是阀门、16是变频电机、17是离心泵、18是阀门、19是容器。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施对本发明作进一步描述：

如图所示，本系统由外气源增压管路、汽化器增压管路、容器以及液体输送管路四部分构成，其中外气源增压管路由减压器1、电磁阀2、孔板3以及连接管路组成；汽化器增压管路由汽化器5、阀门15以及连接管路组成；液体输送管路由阀门18、14、6，变频电机16，离心泵17，调节阀13、7，流量计 12，过滤器10及连接管路组成；容器19上接外气源增压管路和汽化器增压管路，下接液体输送管路，作为压力容器应配备安全阀、爆破片的安全泄放装置，此外应安装液位计，测量和显示介质液位。除了工艺系统之外，还包括测量控制系统，本发明仅介绍参数控制方法，对测量、控制技术本身不做详述。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种低温流体变工况泵压式输送系统，其特征是：由减压器、电磁阀、孔板、容器、离心泵、变频电机、汽化器、调节阀、阀门、流量计、温度传感器、压力传感器、过滤器以及管路连接而成；其中减压器、电磁阀、孔板、容器依次由管路连接构成外气源增压管路；容器、离心泵、调节阀、流量计、温度传感器、压力传感器、过滤器依次由管路连接构成液体输送管路，过滤器出口连接管路向终端输送液体；容器与离心泵之间、离心泵与调节阀之间管路上分别设置有阀门，离心泵由变频电机驱动；在离心泵出口处设置有与汽化器入口连接并设有阀门的分支管路，汽化器出口通过管路连接到孔板与容器的连接管路，构成汽化器增压管路；在液体输送管路调节阀出口设置包含另一个调节阀的分支管路与容器连接，构成液体回流管路；控制电磁阀、调节阀、变频电机，外气源和汽化器增压两种模式互为备份和补充，高精度参数测控。

2.根据权利要求1所述的低温流体变工况泵压式输送系统，其特征是：外气源采用减压器+孔板的方式进行增压，通过孔板组合控制增压流量；孔板为两路并联设置，每一路都包括设于减压器下游的电磁阀、以及设于电磁阀下游的孔板。

3.根据权利要求1所述的低温流体变工况泵压式输送系统，其特征是：通过泵后按比例分流一定量低温流体，进入汽化器给容器增压，实现泵前压力的精确控制。

4.根据权利要求1所述的低温流体变工况泵压式输送系统，其特征是：通过调节回流管路调节阀开度，实现泵后主送流量的一部分回流，达到更宽的流量覆盖范围。