CN106151865B - 一种用于管路低温循环加载试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于低温管路试验技术领域，具体涉及一种用于管路低温循环加载试验系统。增压用液氮储槽与安全阀组A连接，安全阀组A与低温电动调节阀A连接，低温电动调节阀A与汽化器的液相进口连接，汽化器的气相出口与安全阀组B连接，安全阀组B分别与截止阀C、截止阀A、截止阀B连接，截止阀A与加注用液氮储槽的气枕增压进口B连接，在截止阀A与气枕增压进口B之间设置有放空阀B，截止阀B与回收用液氮储槽的气枕增压进口A连接，截止阀B与气枕增压进口A之间设置有放空阀A，截止阀C与缓冲罐的液氮进口连接。本发明用循环液氮对试验件进行冷却和增压，可以满足所需流量和压力的循环液氮，且流量和压力可调节。

Description

一种用于管路低温循环加载试验系统

技术领域

本发明属于低温管路试验技术领域，具体涉及一种用于管路低温循环加载试验系统，在管路低温环境试验时，能够为管路提供稳定压力及流量的液氮。

背景技术

随着我国LNG技术、新一代低温液体推进剂火箭及其地面加注系统以及航天器空间环境模拟设备的发展，低温管路应用的场合也越来广。在航空航天领域，低温运载火箭的低温管路系统主要用于加注、低温推进剂的输送，低温管路向出口提供所需条件，即一定压力、流量等的低温液体。

管路系统作为运载火箭的重要组成部分，在飞行期间，火箭结构和火箭发动机及管路系统之间的振动耦合可能引起整个火箭的纵向振动POGO，这种不稳定性振动对火箭本身或有效载荷危害极大。所以低温管路设计时需充分考虑管路系统的特性，而验证设计合理性的手段就就是模拟真实的工作环境，并进行环境试验。试验结果将更有效的指导设计，因此对管路低温循环加载试验系统的实施具有很大的理论价值和工程实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于管路低温循环加载试验系统，用循环液氮对试验件进行冷却和增压，冷却可以满足试件低温环境的模拟，压力和流量可精确调节；该系统还可用于舱体等结构的工作环境模拟。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于管路低温循环加载试验系统，增压用液氮储槽与安全阀组A连接，安全阀组A与低温电动调节阀A连接，低温电动调节阀A与汽化器的液相进口连接，汽化器的气相出口与安全阀组B连接，安全阀组B分别与截止阀C、截止阀A、截止阀B连接，截止阀A与加注用液氮储槽的气枕增压进口B连接，在截止阀A与气枕增压进口B之间设置有放空阀B，截止阀B与回收用液氮储槽的气枕增压进口A连接，截止阀B与气枕增压进口A之间设置有放空阀A，截止阀C与缓冲罐的液氮进口连接，回收用液氮储槽与出液阀A连接，出液阀A分别与安全阀组C、截止阀D、低温电动调节阀C连接，加注用液氮储槽与出液阀B连接，出液阀B分别与截止阀D、安全阀组D、低温电动调节阀B连接，低温电动调节阀C与流量计B连接，流量计B与安全阀组E连接，安全阀组E与节流孔板的节流孔板出口连接，低温电动调节阀B与流量计A连接，流量计A与缓冲罐的液氮进口连接，缓冲罐与低温电动调节阀D连接，缓冲罐的液氮出口与试件的试件进口连接，试件的试件出口与节流孔板的节流孔板进口连接，试件进口设置有压力传感器连接。

所述的增压用液氮储槽为回收用液氮储槽和加注用液氮储槽气枕增压提供液氮，液氮经过低温电动调节阀A调节流量后，经汽化器的液相进口汽化，汽化后的氮气从汽化器的气相出口，分别通入回收用液氮储槽气枕增压进口A和加注用液氮储槽气枕增压进口B，将液氮从液氮储槽挤出，为系统提供所需流量的液氮，截止阀A控制选择增压的液氮储槽；气枕增压进口A和气枕增压进口B前分别设置了放空阀A和放空阀B；液氮进口与加注用液氮储槽出液口连通，缓冲罐可以模拟管路边界，也可稳定压力和流量；缓冲罐液氮出口与试件的试件进口连通，试件出口设置了节流孔板，液氮经过节流孔板后限流，完成液氮流量的一级调节；液氮加注和回收管路分别设置了孔板流量计A和孔板流量计B，并将管路中液氮的流量值远传至控制器；液氮经过回收管路后，流入回收用液氮储槽，完成加载循环；液氮管路中的加注管路和回收管路分别设置了低温电动调节阀B和低温电动调节阀C；汽化器的汽化器出口设置一旁路，旁路上设置了截止阀C，将加注管路与汽化器出口连通；截止阀D将回收用液氮储槽和加注用液氮储槽液氮出口连通。

所述系统的工作流程为：

(1)试验准备阶段，检查低温电动调节阀A、低温电动调节阀B、低温电动调节阀C、低温电动调节阀D、放空阀A、放空阀B、安全阀组A、安全阀组B、安全阀组C、安全阀组D、安全阀组E初始状态是否正确；确认流量计A、流量计B、压力传感器信号正常；(2)系统置换，为增压用液氮储槽气枕增压，打开安全阀组C的截止阀，打开低温电动调节阀A，打开截止阀C；液氮经汽化器汽化为氮气后，经截止阀C通入管路系统，并将管路系统中的气体介质置换为氮气；(3)管路加注液氮，管路加注液氮也是管路预冷的过程，打开截止阀B、放空阀B、出液阀A、出液阀B、低温电动调节阀B、低温电动调节阀D，调节低温电动调节阀C控制预冷所需液氮的流量；液氮经低温电动调节阀C、流量计B、节流孔板、试件、缓冲罐、流量计A、低温电动调节阀B循环至加注用液氮储槽，当加注用液氮储槽液位上升时，管路加注液氮完成；(4)管路增压，关闭低温流量调节阀C、低温电动调节阀D，打开出液阀B、截止阀A，调节低温电动调节阀A，液氮经汽化器进入气枕增压进口B，开始为增压用液氮储槽气枕增压，监测压力传感器数值，达到设定值后，管路增压完成；(5)加载循环，打开放空阀A、出液阀A、出液阀B，调节低温电动调节阀C控制压力稳定，调节低温电动阀B控制流量稳定，调节低温电动调节阀A控制加注用液氮储槽气枕压力稳定；(6)试验结束，试验结束后，关闭低温电动调节阀A、低温电动调节阀B、低温电动调节阀C，打开低温电动调节阀D、安全阀组A、安全阀组B、安全阀组C、安全阀组D、安全阀组E阀将压力管路卸压至常压。

所述的流量计A、流量计B采用法兰连接方式，流量计A、流量计B上安装有变送器，将液氮流量通过信号的方式远传至控制系统，通过低温电动调节阀B实现液氮流量的闭环控制。

所述的缓冲罐安装在试验管路的入口处，缓冲罐配有压力及液位变送器，将其内的压力及液位通过信号的方式远传至控制系统，试验人员实时监测缓冲罐内压力及液氮的液位。

本发明所取得的有益效果为：

本发明所述用于管路低温试验循环加注系统，用循环液氮对试验件进行冷却和增压，可以满足所需流量和压力的循环液氮，且流量和压力可调节。本发明使用液氮作为冷源，使用缓冲罐起到稳压和稳定流量的作用，可模拟低温带压流动状态的综合环境。系统设置了加注管路及回收管路，可以使液氮循环利用，降低试验成本，提高试验效率。本发明所述低温循环加注系统利用液氮作为低温冷源，使用常用低温阀门和低温储槽，实现液氮的循环加注过程中，压力、流量的闭环控制。在低温环境试验过程中，压力、流量稳定，液氮损耗低。系统可将原理设计应用于低温阀门、低温管路等试验，及低温环境模拟的应用场合，应用范围较广。本发明提供稳定压力、流量的循环液氮，为试件提供流动液氮状态的低温环境，能够真实的模拟试件的工作环境，系统稳定性好，压力控制精度可达到1％，且系统维护方便。

附图说明

图1为用于管路低温循环加载试验系统原理图；

图2为管路低温试验循环加注流程图；

图中：1、增压用液氮储槽；2、回收用液氮储槽；2a、气枕增压进口A；3、加注用液氮储槽；3a、气枕增压进口B；4、缓冲罐；4a、液氮进口；4b、液氮出口；5、安全阀组A；6、低温电动调节阀A；7、汽化器；7a、液相进口；7b、气相出口；8、安全阀组B；9、截止阀A；10、截止阀B；11、放空阀A；12、截止阀C；13、出液阀A；14、安全阀组C；15、放空阀B；16、出液阀B；17、截止阀D；18、安全阀组D；19、低温电动调节阀B；20、低温电动调节阀C；21、流量计A；22、流量计B；23、安全阀组E；24、低温电动调节阀D；25、试件；25a、试件进口；25b、试件出口；26、节流孔板；26a、节流孔板进口；26b、节流孔板出口；27、压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明所述的管路低温试验循环加注系统的连接关系为：增压用液氮储槽1与安全阀组A5连接，安全阀组A5与低温电动调节阀A6连接，低温电动调节阀A6与汽化器7的液相进口7a连接，汽化器7的气相出口7b与安全阀组B8连接，安全阀组B8分别与截止阀C12、截止阀A9、截止阀B10连接，截止阀A9与加注用液氮储槽3的气枕增压进口B3a连接，在截止阀A9与气枕增压进口B3a之间设置有放空阀B15，截止阀B10与回收用液氮储槽2的气枕增压进口A2a连接，截止阀B10与气枕增压进口A2a之间设置有放空阀A11，截止阀C12与缓冲罐4的液氮进口4a连接，回收用液氮储槽2与出液阀A13连接，出液阀A13分别与安全阀组C14、截止阀D17、低温电动调节阀C20连接，加注用液氮储槽3与出液阀B16连接，出液阀B16分别与截止阀D17、安全阀组D18、低温电动调节阀B19连接，低温电动调节阀C20与流量计B22连接，流量计B22与安全阀组E23连接，安全阀组E23与节流孔板26的节流孔板出口26b连接，低温电动调节阀B19与流量计A21连接，流量计A21与缓冲罐4的液氮进口4a连接，缓冲罐4与低温电动调节阀D24连接，缓冲罐4的液氮出口4b与试件25的试件进口25a连接，试件25的试件出口25b与节流孔板26的节流孔板进口26a连接，试件进口25a设置有压力传感器27连接。

其中，增压用液氮储槽1为回收用液氮储槽2和加注用液氮储槽3气枕增压提供液氮，液氮经过低温电动调节阀A6调节流量后，经汽化器7的液相进口7a汽化，汽化后的氮气从汽化器7的气相出口7b，分别通入回收用液氮储槽2气枕增压进口A2a和加注用液氮储槽3气枕增压进口B3a，将液氮从液氮储槽挤出，为系统提供所需流量的液氮，截止阀A9控制选择增压的液氮储槽。气枕增压进口A2a和气枕增压进口B3a前分别设置了放空阀A11和放空阀B15。液氮进口4a与加注用液氮储槽3出液口连通，缓冲罐4启到可以模拟管路边界，也可稳定压力和流量的作用。缓冲罐液氮出口4b与试件25的试件进口25a连通，试件出口25b设置了节流孔板26，液氮经过节流孔板26后限流，完成液氮流量的一级调节。液氮加注和回收管路分别设置了孔板流量计A21和孔板流量计B22，并将管路中液氮的流量值远传至控制器。液氮经过回收管路后，流入回收用液氮储槽2，完成加载循环。液氮管路中的加注管路和回收管路分别设置了低温电动调节阀B19和低温电动调节阀C20。汽化器7的汽化器出口7b设置一旁路，旁路上设置了截止阀C12，将加注管路与汽化器出口7b连通。截止阀D17将回收用液氮储槽2和加注用液氮储槽3液氮出口连通。

如图2所示，管路低温循环加载试验系统工作流程为：

(1)试验准备阶段，检查低温电动调节阀A6、低温电动调节阀B19、低温电动调节阀C20、低温电动调节阀D 24、放空阀A11、放空阀B 15、安全阀组A 5、安全阀组B8、安全阀组C14、安全阀组D18、安全阀组E 23初始状态是否正确；确认流量计A 21、流量计B22、压力传感器27信号正常。

(2)系统置换，为增压用液氮储槽1气枕增压，打开安全阀组C14的截止阀14c，打开低温电动调节阀A6，打开截止阀C12。液氮经汽化器7汽化为氮气后，经截止阀C12通入管路系统，并将管路系统中的气体介质置换为氮气。

(3)管路加注液氮，管路加注液氮也是管路预冷的过程，打开截止阀B10、放空阀B15、出液阀A13、出液阀B16、低温电动调节阀B 19、低温电动调节阀D24，调节低温电动调节阀C20控制预冷所需液氮的流量。液氮经低温电动调节阀C20、流量计B22、节流孔板26、试件25、缓冲罐4、流量计A21、低温电动调节阀B 19循环至加注用液氮储槽3，当加注用液氮储槽3液位上升时，管路加注液氮完成。

(4)管路增压，关闭低温流量调节阀C 20、低温电动调节阀D24，打开出液阀B16、截止阀A9，调节低温电动调节阀A6，液氮经汽化器7进入气枕增压进口B3a，开始为增压用液氮储槽3气枕增压，监测压力传感器27数值，达到设定值后，管路增压完成。

(5)加载循环，打开放空阀A11、出液阀A13、出液阀B16，调节低温电动调节阀C20控制压力稳定，调节低温电动阀B 19控制流量稳定，调节低温电动调节阀A 6控制加注用液氮储槽3气枕压力稳定。

(6)试验结束，试验结束后，关闭低温电动调节阀A6、低温电动调节阀B19、低温电动调节阀C20，打开低温电动调节阀D 24、安全阀组A 5、安全阀组B8、安全阀组C 14、安全阀组D 18、安全阀组E 23阀将压力管路卸压至常压。

增压用液氮储槽1用于为加注液氮储槽3气枕增压，通过低温电动调节阀A6控制流过汽化器7的液氮量，调节加注液氮储槽3气枕压力，并使液氮循环管路压力维持稳定。

液氮加注储槽3采用挤压方式，将液氮输送至液氮循环管路，并达到液氮循环的目的。

液氮回收储槽2将液氮循环管路中的液氮回收，达到液氮重复利用的目的。

流量计A21和B22作为液氮流量计量的二次仪表，完成液氨流量的闭环控制反馈。

缓冲罐4利用自身的气枕容积，达到稳定管路压力以及稳定流量的功能。缓冲罐4配有低温电动放空阀D24，可实现管路卸压的功能。

增压用液氮储槽1利用自增压对本体气枕进行增压，配有增压液氮管路、增压回气管路及自增压汽化器。液氮经自增压汽化器汽化后，经增压回气管路通入储槽气枕，实现自增压，并作为管路低温试验循环加注系统的压力源。

汽化器7安装在液氮加注储槽增压回气管路上，将增压用液氮储槽1出液管路中的液氮进行汽化，实现液氮加注储槽3气枕的增压。

低温电动调节阀A6、B19、C20是管路低温试验循环加注系统压力调节和流量调节的核心设备，低温电动调节阀C20根据控制系统给出的控制信号，调节阀芯开度，并通过压力传感器27的反馈信号完成压力的闭环控制。低温电动调节阀A6、B19、C20分别安装在液氮加注储槽增压回气管路、液氮加注管路、液氮回收管路。

流量计A21、B22分别安装在液氮加注管路和液氮回收管路上，用于测量液氮循环管路中液氮的流量。流量计A21、B22采用法兰连接方式，方便安装及检修。流量计A21、B22上安装有变送器，将液氮流量通过信号的方式，远传至控制系统，通过低温电动调节阀B19实现液氮流量的闭环控制。

缓冲罐4安装在试验管路的入口处，用于稳定试验管路压力和流量，减少试验过程中的波动。缓冲罐4配有压力及液位变送器，将缓冲罐内的压力及液位通过信号的方式，远传至控制系统，方便试验人员实时监测缓冲罐内压力及液氮的液位。

管路低温试验循环加注系统工作时，增压用液氮储槽1启动自增压，调节气枕压力至目标压力，打开管路放空阀C14、18，打开管路置换阀12，开始对液氮循环管路进行置换，置换完成后，关闭管路置换阀12和管路放空阀14、18。

启动低温压力调节阀A6为回收用液氮储槽2气枕增压。打开加注用液氮储槽3放空阀B15，打开缓冲罐4配置的低温电动放空阀D24，打开回收用液氮储槽2出液阀出液阀A13，打开加注用液储槽3出液阀B16，调节加注管路低温电动调节阀C20，开始液氮循环管路预冷。

预冷完成后，关闭缓冲罐4配置的低温电动放空阀D24，开始为缓冲罐4内加注液氮，并为管路进行增压。

增压至目标压力后，通过调节液氮回收管路低温电动调节阀C20，控制试件出口压力值稳定，通过调节液氮加注管路低温电动调节阀B19控制液氮循环管路内液氮流量。液氮经加注用液氮储槽3、液氮循环管路、低温阀B19、C20、缓冲罐4、试件25，将液氮回收至回收用液氮储槽2。

Claims (5)

1.一种用于管路低温循环加载试验系统，其特征在于：增压用液氮储槽(1)与安全阀组A(5)连接，安全阀组A(5)与低温电动调节阀A(6)连接，低温电动调节阀A(6)与汽化器(7)的液相进口(7a)连接，汽化器(7)的气相出口(7b)与安全阀组B(8)连接，安全阀组B(8)分别与截止阀C(12)、截止阀A(9)、截止阀B(10)连接，截止阀A(9)与加注用液氮储槽(3)的气枕增压进口B(3a)连接，在截止阀A(9)与气枕增压进口B(3a)之间设置有放空阀B(15)，截止阀B(10)与回收用液氮储槽(2)的气枕增压进口A(2a)连接，截止阀B(10)与气枕增压进口A(2a)之间设置有放空阀A(11)，截止阀C(12)与缓冲罐(4)的液氮进口(4a)连接，回收用液氮储槽(2)与出液阀A(13)连接，出液阀A(13)分别与安全阀组C(14)、截止阀D(17)、低温电动调节阀C(20)连接，加注用液氮储槽(3)与出液阀B(16)连接，出液阀B(16)分别与截止阀D(17)、安全阀组D(18)、低温电动调节阀B(19)连接，低温电动调节阀C(20)与流量计B(22)连接，流量计B(22)与安全阀组E(23)连接，安全阀组E(23)与节流孔板(26)的节流孔板出口(26b)连接，低温电动调节阀B(19)与流量计A(21)连接，流量计A(21)与缓冲罐(4)的液氮进口(4a)连接，缓冲罐(4)与低温电动调节阀D(24)连接，缓冲罐(4)的液氮出口(4b)与试件(25)的试件进口(25a)连接，试件(25)的试件出口(25b)与节流孔板(26)的节流孔板进口(26a)连接，试件进口(25a)设置有压力传感器(27)连接。

2.根据权利要求1所述的用于管路低温循环加载试验系统，其特征在于：所述的增压用液氮储槽(1)为回收用液氮储槽(2)和加注用液氮储槽(3)气枕增压提供液氮，液氮经过低温电动调节阀A(6)调节流量后，经汽化器(7)的液相进口(7a)汽化，汽化后的氮气从汽化器(7)的气相出口(7b)，分别通入回收用液氮储槽(2)气枕增压进口A(2a)和加注用液氮储槽(3)气枕增压进口B(3a)，将液氮从液氮储槽挤出，为系统提供所需流量的液氮，截止阀A(9)控制选择增压的液氮储槽；气枕增压进口A(2a)和气枕增压进口B(3a)前分别设置了放空阀A(11)和放空阀B(15)；液氮进口(4a)与加注用液氮储槽(3)出液口连通，缓冲罐(4)可以模拟管路边界，也可稳定压力和流量；缓冲罐液氮出口(4b)与试件(25)的试件进口(25a)连通，试件出口(25b)设置了节流孔板(26)，液氮经过节流孔板(26)后限流，完成液氮流量的一级调节；液氮加注和回收管路分别设置了孔板流量计A(21)和孔板流量计B(22)，并将管路中液氮的流量值远传至控制器；液氮经过回收管路后，流入回收用液氮储槽(2)，完成加载循环；液氮管路中的加注管路和回收管路分别设置了低温电动调节阀B(19)和低温电动调节阀C(20)；汽化器(7)的汽化器出口(7b)设置一旁路，旁路上设置了截止阀C(12)，将加注管路与汽化器出口(7b)连通；截止阀D(17)将回收用液氮储槽(2)和加注用液氮储槽(3)液氮出口连通。

3.根据权利要求1所述的用于管路低温循环加载试验系统，其特征在于：所述系统的工作流程为：

(1)试验准备阶段，检查低温电动调节阀A(6)、低温电动调节阀B(19)、低温电动调节阀C(20)、低温电动调节阀D(24)、放空阀A(11)、放空阀B(15)、安全阀组A(5)、安全阀组B(8)、安全阀组C(14)、安全阀组D(18)、安全阀组E(23)初始状态是否正确；确认流量计A(21)、流量计B(22)、压力传感器(27)信号正常；(2)系统置换，为增压用液氮储槽(1)气枕增压，打开安全阀组C(14)，打开低温电动调节阀A(6)，打开截止阀C(12)；液氮经汽化器(7)汽化为氮气后，经截止阀C(12)通入管路系统，并将管路系统中的气体介质置换为氮气；(3)管路加注液氮，管路加注液氮也是管路预冷的过程，打开截止阀B(10)、放空阀B(15)、出液阀A(13)、出液阀B(16)、低温电动调节阀B(19)、低温电动调节阀D(24)，调节低温电动调节阀C(20)控制预冷所需液氮的流量；液氮经低温电动调节阀C(20)、流量计B(22)、节流孔板(26)、试件(25)、缓冲罐(4)、流量计A(21)、低温电动调节阀B(19)循环至加注用液氮储槽(3)，当加注用液氮储槽(3)液位上升时，管路加注液氮完成；(4)管路增压，关闭低温流量调节阀C(20)、低温电动调节阀D(24)，打开出液阀B(16)、截止阀A(9)，调节低温电动调节阀A(6)，液氮经汽化器(7)进入气枕增压进口B(3a)，开始为增压用液氮储槽(3)气枕增压，监测压力传感器(27)数值，达到设定值后，管路增压完成；(5)加载循环，打开放空阀A(11)、出液阀A(13)、出液阀B(16)，调节低温电动调节阀C(20)控制压力稳定，调节低温电动阀B(19)控制流量稳定，调节低温电动调节阀A(6)控制加注用液氮储槽(3)气枕压力稳定；(6)试验结束，试验结束后，关闭低温电动调节阀A(6)、低温电动调节阀B(19)、低温电动调节阀C(20)，打开低温电动调节阀D(24)、安全阀组A(5)、安全阀组B(8)、安全阀组C(14)、安全阀组D(18)、安全阀组E(23)阀将压力管路卸压至常压。

4.根据权利要求1所述的用于管路低温循环加载试验系统，其特征在于：所述的流量计A(21)、流量计B(22)采用法兰连接方式，流量计A(21)、流量计B(22)上安装有变送器，将液氮流量通过信号的方式远传至控制系统，通过低温电动调节阀B(19)实现液氮流量的闭环控制。

5.根据权利要求1所述的用于管路低温循环加载试验系统，其特征在于：所述的缓冲罐(4)安装在试验管路的入口处，缓冲罐(4)配有压力及液位变送器，将其内的压力及液位通过信号的方式远传至控制系统，试验人员实时监测缓冲罐内压力及液氮的液位。