CN107763435A - 一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及方法，该供气气路包括集气管、两个气路及储气罐；集气管和储气罐之间通过两个气路连接，两个气路上均设有减压器、安全阀、单向阀等，储气罐与气动阀门连接；该供气方法包括如下步骤：打开气源截止阀，分别调节两个减压器，远控打开两个电动截止阀，当一个气路上的减压器失效时，则通过另一气路在线冗余热备份实现正常供气；当两个减压器均失效时，则通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。本发明提高了供气的可靠性，在减压器发生故障时后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，不影响发射流程，还降低了人员上前端抢险排故的风险。

Description

一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及方法

技术领域

本发明涉及气动阀门供气技术领域，更为具体来说，本发明为一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及方法。

背景技术

目前，大型运载火箭和航天飞机的发射大多采用无人值守的远控方式，在大型运载火箭和航天飞机发射的几个小时前，人员撤离现场，为尽可能减少甚至避免对人员和设备可能造成的损害，对设备的可靠性、远端控制设备工作等方面提出了更高的要求。

值得一提的是，在航天发射场存在很多用气项目，需要将气源提供的高压气体减压为低压气体，再供给气动阀门，从而实现气动阀门的开启或关闭。但是，如果减压器发生故障，会导致高压气体直接进入后方元件，很可能损坏后方元件，比如损害供气元件、气动阀门等等，造成气动阀门无法完成预定动作，紧急情况下还需要人员赶赴发射塔现场抢险排放，该故障推迟了火箭或航天飞机的发射时间，发射要求无法得到满足，更可能损害赶赴现场的人员。

因此，研发一种适用于在发射流程的有限时间内多个气动阀门动作的高可靠供气方法，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为解决现有气动阀门供气方法无法满足在发射流程的有限时间内高可靠供气等问题，本发明创新地提出了一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及供气方法，通过两路减压器同时减压工作，任意一路减压器出现故障，控制流程不需要做任何更改和动作切换，另一路继续工作，即使两路减压器都故障，还可通过储气罐维持供气，直至完成发射任务，因此，本发明是一种高可靠性、热备份在线冗余设计的供气方法。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，该供气气路包括集气管、第一气路、第二气路及储气罐；所述集气管的进气端与气源连接的管路上设置有气源截止阀，所述集气管具有第一出气端和第二出气端，所述储气罐具有第一进气端和第二进气端，所述第一出气端与所述第一进气端之间通过第一气路连接，所述第二出气端与所述第二进气端通过第二气路连接；自所述集气管至所述储气罐的方向，所述第一气路上依次设置有第一减压器、第一安全阀、第一压力表、第一远程压力传感器、第一电动截止阀及第一单向阀，所述第二气路上依次设置有第二减压器、第二安全阀、第二压力表、第二远程压力传感器、第二电动截止阀及第二单向阀；所述储气罐的多个出气端与多个气动阀门一一连接。

本发明实现了两路减压器同时供气，从而完成了热备份在线冗余供气工作；每一路减压器后设置有安全阀，从而保护减压器后的设备；在每路减压器供气至储气罐前设有单向阀，对气体流向有限定作用，则在安全阀起跳后，储气罐中气体不受影响；通过设置有储气罐，同时保障多个气动阀门的用气需求。通过合适容积大小的储气罐，在两路减压器失效的模式下，仍可同时保障多个气动阀门的用气需求；该种供气方法提高了供气的可靠性，发生故障模式下，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，不影响发射流程，降低了人员上前端抢险排故的风险。

进一步地，所述气源与所述气源截止阀之间的管路上设置有过滤器。

进一步地，所述集气管上设置有第一手动截止阀，所述储气罐上设置有第二手动截止阀。

进一步地，所述集气管整体呈圆形结构设置。

进一步地，所述集气管上设置有第三压力表。

进一步地，所述储气罐的容积为：

其中，V表示储气罐的容积，P₀表示标准大气压，V₀表示标准大气压下的多个气动阀门耗气量，P_上表示气动阀门工作压力的上限值，P_下表示气动阀门工作压力的下限值。

进一步地，所述储气罐上还设置有第三安全阀。

进一步地，所述气源为氮气气源。

本发明还公开了一种利用上述供气气路的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气方法，该供气方法包括如下步骤：

步骤1，在人员撤离前，手动打开气源截止阀，使气源内的气体进入集气管；

步骤2，分别调节第一减压器和第二减压器，并使两个减压器出口的气压均为气动阀门工作压力的上限值，将第一远程压力传感器和第二远程压力传感器各自采集的压力信号均传输至远端控制设备；

步骤3，远端控制设备收到压力信号后、远控打开第一电动截止阀和第二电动截止阀，使第一气路和第二气路中的气体均进入储气罐中；

步骤4，人员撤离现场；

步骤5，当第一减压器失效时，则通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；当第二减压器失效时，则通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；当第一减压器和第二减压器均失效时，则通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。

本发明实现了两路减压器同时供气，从而完成了热备份在线冗余供气工作；每一路减压器后设置有安全阀，从而保护减压器后的设备；在每路减压器供气至储气罐前设有单向阀，对气体流向有限定作用，则在安全阀起跳后，储气罐中气体不受影响；通过设置有储气罐，同时保障多个气动阀门的用气需求。通过合适容积大小的储气罐，在两路减压器失效的模式下，仍可同时保障多个气动阀门的用气需求；该种供气方法提高了供气的可靠性，发生故障模式下，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，不影响发射流程，降低了人员上前端抢险排故的风险。

进一步地，步骤5中：

当第一减压器失效时，通过第一安全阀保护第一压力表、第一电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第一单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响，通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第二减压器失效时，通过第二安全阀保护第二压力表、第二电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第二单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响，通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第一减压器和第二减压器均失效时，通过第一安全阀保护第一压力表、第一电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第一单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响；通过第二安全阀保护第二压力表、第二电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第二单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响；通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。

本发明的有益效果为：本发明通过两路气路实现热备份在线冗余供气，具体通过安全阀保护减压器后端的设备、通过单向阀保护储气罐中的气体不受影响，还通过储气罐实现了两路气路均故障时为气动阀门正常供气；因此，本发明提高了供气的可靠性，在减压器发生故障时后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，不影响发射流程，还降低了人员上前端抢险排故的风险。

附图说明

图1为本发明一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路的结构示意图。

图2为本发明一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路及方法进行详细的解释和说明。

实施例一：

如图1所示，本发明公开了一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，该供气气路包括集气管、第一气路、第二气路及储气罐；集气管的进气端与气源连接的管路上设置有气源截止阀JF0，可通过手动打开气源截止阀JF0实现供气，且气源与气源截止阀JF0之间的管路上设置有过滤器G1，用于过滤多余物，本实施例中，气源为氮气气源，集气管整体呈圆形结构设置，以起到稳压作用，集气管上设置有用于显示现场气源压力的第三压力表P0；集气管具有第一出气端和第二出气端，储气罐具有第一进气端和第二进气端，第一出气端与第一进气端之间通过第一气路连接，第二出气端与第二进气端通过第二气路连接；自集气管至储气罐的方向，第一气路上依次设置有第一减压器JQ1、第一安全阀AF1、第一压力表P1、第一远程压力传感器PB01、第一电动截止阀DJF1及第一单向阀DF1，第二气路上依次设置有第二减压器JQ2、第二安全阀AF2、第二压力表P2、第二远程压力传感器PB02、第二电动截止阀DJF2及第二单向阀DF2；通过第一减压器JQ1、第二减压器JQ2分别将第一气路、第二气路的气源压力减至低压，以满足用气项目的压力规格需求,第一安全阀AF1、第二安全阀AF2等安全阀设置的压力为需保护的用气元件的耐压值，第一压力表P1现场显示第一减压器JQ1后的调压值，第二压力表P2现场显示第二减压器JQ2后的调压值，第一远程压力传感器PB01、第二远程压力传感器PB02均用于将现场压力值传输至远端，第一电动截止阀DJF1、第二电动截止阀DJF2均通过远程通电的方式打开，第一单向阀DF1、第二单向阀DF2均用于对流体的流向起到单向限定的作用；储气罐的多个出气端与多个气动阀门一一连接，图1中的出气端和气动阀门个数均为N个。

另外，本实施例中，集气管上设置有第一手动截止阀JF1，储气罐上设置有第二手动截止阀JF2，第一手动截止阀JF1、第二手动截止阀JF2均用于放气，发射工作结束后，人员返回现场，分别通过第一手动截止阀JF1、第二手动截止阀JF2对集气管和储气罐进行放气，储气罐上还设置有第三安全阀AF3。为满足发射任务中的气动阀门的供气需要，储气罐的容积为：

其中，V表示储气罐的容积，P₀表示标准大气压，V₀表示标准大气压下的多个气动阀门耗气量，P_上表示气动阀门工作压力的上限值，P_下表示气动阀门工作压力的下限值。

实施例二：

如图1、2所示，与实施例一基于相同的发明构思，本实施例公开了一种利用上述供气气路的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气方法，在发射流程中，该供气方法包括如下步骤：

步骤1，在人员撤离前，手动打开气源截止阀JF0，则高压氮气经过过滤器G1，达到使气源内的气体进入集气管的目的，第三压力表P0上显示的气源压力为p0。

步骤2，分别调节第一减压器JQ1和第二减压器JQ2，并使两个减压器出口的气压均为气动阀门工作压力的上限值P_上，则第一压力表P1上显示的气压为p1、第二压力表P2上显示的气压为p2，而且p1＝p2＝P_上，将第一远程压力传感器PB01和第二远程压力传感器PB02各自采集的压力信号均传输至远端控制地点的远端控制设备。

步骤3，远端控制设备收到压力信号后、远控打开第一电动截止阀DJF1和第二电动截止阀DJF2，使第一气路和第二气路中的气体分别对应经过第一单向阀DF1和第二单向阀DF2均进入储气罐中，此时人员可以撤离现场。

步骤4，人员撤离现场。

步骤5，在人员撤离现场至发射时刻之间的数小时内，可能发生以下三种故障。当第一减压器JQ1失效时，则通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；当第二减压器JQ2失效时，则通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；当第一减压器JQ1和第二减压器JQ2均失效时，则通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。

更为具体来说，步骤5中：

当第一减压器JQ1失效时，第一减压器JQ1出气端出现压力飘升，极限情况飘升至气源压力，通过第一安全阀AF1保护第一压力表P1、第一电动截止阀DJF1、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，当第一减压器JQ1出气端压力上升到保护压力值以上时，第一安全阀AF1自动起跳，直通大气，排放高压的氮气；由于设置有第一单向阀DF1，对气体流动方向有限定作用，通过第一单向阀DF1保护储气罐中的气体压力不受影响，气体不会从储气罐通过第一安全阀AF1排放至大气；在发生该故障模式情况下，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第二减压器JQ2失效时，第二减压器JQ2出气端出现压力飘升，极限情况飘升至气源压力，通过第二安全阀AF2保护第二压力表P2、第二电动截止阀DJF2、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，当第二减压器JQ2出气端压力上升到保护压力值以上时，第二安全阀AF2自动起跳，直通大气，排放高压的氮气；由于设置有第二单向阀DF2，对气体流动方向有限定作用，通过第二单向阀DF2保护储气罐中的气体压力不受影响，气体不会从储气罐通过第二安全阀AF2排放至大气；在发生该故障模式情况下，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第一减压器JQ1和第二减压器JQ2均失效时，第一减压器JQ1出气端、第二减压器JQ2出气端均出现压力飘升，极限情况飘升至气源压力，当第一减压器JQ1出气端、第二减压器JQ2出气端的压力上升到保护压力值以上时，第一安全阀AF1、第二安全阀AF2自动起跳，直通大气，排放高压的氮气；通过第一安全阀AF1保护第一压力表P1、第一电动截止阀DJF1、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第一单向阀DF1保护储气罐中的气体压力不受影响；通过第二安全阀AF2保护第二压力表P2、第二电动截止阀DJF2、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第二单向阀DF2保护储气罐中的气体压力不受影响；在发生该故障模式情况下，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。

储气罐的容积为：

其中，V表示储气罐的容积，P₀表示标准大气压，V₀表示标准大气压下的多个气动阀门耗气量，P_上表示气动阀门工作压力的上限值，P_下表示气动阀门工作压力的下限值。

本发明中，根据储气罐具体连接的气动阀门个数及各气动阀门的动作次数，得到标准大气压P₀的耗气量V₀。则所有气动阀门完成既定动作后，储气罐压力值不会低于末端气动阀门工作压力范围的下限值P_下。

通过上述技术方案，本发明在人员撤离后，后端控制流程不需要做任何更改和动作切换，可同时保障多个气动阀门的用气需求。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：该供气气路包括集气管、第一气路、第二气路及储气罐；所述集气管的进气端与气源连接的管路上设置有气源截止阀，所述集气管具有第一出气端和第二出气端，所述储气罐具有第一进气端和第二进气端，所述第一出气端与所述第一进气端之间通过第一气路连接，所述第二出气端与所述第二进气端通过第二气路连接；自所述集气管至所述储气罐的方向，所述第一气路上依次设置有第一减压器、第一安全阀、第一压力表、第一远程压力传感器、第一电动截止阀及第一单向阀，所述第二气路上依次设置有第二减压器、第二安全阀、第二压力表、第二远程压力传感器、第二电动截止阀及第二单向阀；储气罐的多个出气端与多个气动阀门一一连接。

2.根据权利要求1所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述气源与所述气源截止阀之间的管路上设置有过滤器。

3.根据权利要求2所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述集气管上设置有第一手动截止阀，所述储气罐上设置有第二手动截止阀。

4.根据权利要求3所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述集气管整体呈圆形结构设置。

5.根据权利要求4所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述集气管上设置有第三压力表。

6.根据权利要求5所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述储气罐的容积为：

其中，V表示储气罐的容积，P₀表示标准大气压，V₀表示标准大气压下的多个气动阀门耗气量，P_上表示气动阀门工作压力的上限值，P_下表示气动阀门工作压力的下限值。

7.根据权利要求6所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述储气罐上还设置有第三安全阀。

8.根据权利要求7所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气气路，其特征在于：所述气源为氮气气源。

9.一种利用权利要求1至8中任一权利要求所述的供气气路的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气方法，其特征在于：该供气方法包括如下步骤：

步骤1，在人员撤离前，手动打开气源截止阀，使气源内的气体进入集气管；

步骤2，分别调节第一减压器和第二减压器，并使两个减压器出口的气压均为气动阀门工作压力的上限值，将第一远程压力传感器和第二远程压力传感器各自采集的压力信号均传输至远端控制设备；

步骤3，远端控制设备收到压力信号后、远控打开第一电动截止阀和第二电动截止阀，使第一气路和第二气路中的气体均进入储气罐中；

步骤4，人员撤离现场；

步骤5，当第一减压器失效时，则通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；当第二减压器失效时，则通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；当第一减压器和第二减压器均失效时，则通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。

10.根据权利要求9所述的保障多个气动阀门的远控在线冗余的供气方法，其特征在于：步骤5中：

当第一减压器失效时，通过第一安全阀保护第一压力表、第一电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第一单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响，通过第二气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第二减压器失效时，通过第二安全阀保护第二压力表、第二电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第二单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响，通过第一气路在线冗余热备份实现正常供气；

当第一减压器和第二减压器均失效时，通过第一安全阀保护第一压力表、第一电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第一单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响；通过第二安全阀保护第二压力表、第二电动截止阀、储气罐、气动阀门不受高压冲击损坏，通过第二单向阀保护储气罐中的气体压力不受影响；通过储气罐中储存的气体保证多个气动阀门的用气需求。