CN107976309A - 一种蓄压器膜盒压力循环试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄压器膜盒压力循环试验系统及试验方法，该系统包括供气组件、动力设备、液压设备、采集组件和压力脉冲结构，其中压力脉冲结构包括作动腔、冲击腔、活塞和连接工装，其中活塞一端与动力设备连接，另一端位于作动腔内，并沿作动腔作垂直运动，作动腔与冲击腔通过连接工装连接形成密闭腔体结构，密闭腔体结构内填充液态工质，连接工装上还安装待测试蓄压器膜盒；液压设备为密闭腔体结构提供所需压力，供气组件用于为作动腔提供平衡气压，动力设备为活塞垂直运动提供动力，采集组件采集密闭腔体结构内的压力信号，本发明能够适用于大容积蓄压器膜盒，实现大幅值脉动压力功能，真实准确考核蓄压器膜盒耐压力脉动疲劳能力。

Description

一种蓄压器膜盒压力循环试验系统及试验方法

技术领域

本发明涉及一种利用液态工质作为工作介质进行能量传递，模拟火箭输送管内推进剂压力波动的试验系统，具体涉及一种蓄压器膜盒压力循环试验系统及试验方法，属于试验测试系统技术领域。

背景技术

随着大运载火箭的研制及应用，运载能力的大幅度提高，蓄压器具有工作温度低、充气压力高、PV能量值要求高等特点。以往小容积蓄压器膜盒压力循环试验验证能力已经无法满足要求，由此对蓄压器压力循环试验提出了更高要求。

蓄压器膜盒安装于发动机氧化剂泵口启动活门前，主要用于抑制火箭结构和火箭发动机及管路系统之间的振动耦合引起的整个火箭的纵向振动，即POGO振动，这种不稳定性振动对火箭本身或有效载荷危害极大。为了确保火箭飞行过程中结构安全性，因此地面上模拟一种大容积蓄压器膜盒压力循环试验系统变得尤有重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蓄压器膜盒压力循环试验系统，该系统能够适用于大容积蓄压器膜盒，实现大幅值脉动压力功能，真实准确考核蓄压器膜盒耐压力脉动疲劳能力。

本发明的另外一个目的在于提供一种蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种蓄压器膜盒压力循环试验系统，包括供气组件、动力设备、液压设备、采集组件和压力脉冲结构，其中压力脉冲结构包括作动腔、冲击腔、活塞和连接工装，其中活塞一端与动力设备连接，另一端位于作动腔内，并沿作动腔作垂直运动，作动腔与冲击腔通过连接工装连接形成密闭腔体结构，密闭腔体结构内填充液态工质，所述连接工装上还安装待测试蓄压器膜盒；所述液压设备用于为密闭腔体结构提供所需压力，所述供气组件用于为作动腔提供平衡气压，所述动力设备用于为活塞垂直运动提供动力，所述采集组件用于采集密闭腔体结构内的压力信号。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述冲击腔一端和作动腔一端均通过法兰盖密封形成密闭腔体结构，其中冲击腔与上法兰盖连接，作动腔与下法兰盖连接，且活塞穿过下法兰盖。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，还包括支撑结构，所述支撑结构用于对所述密闭腔体结构进行支撑。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述支撑结构安装在动力设备表面，并与密封作动腔的下法兰盖连接；所述支撑结构包括支撑板和垂直与支撑板的支撑柱，所述支撑板上开设通孔，用于活塞的活塞杆穿过，所述支撑柱固定在动力设备的上表面。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述连接工装为截面工字形的板状结构，包括腔体连接部和待测件连接部，所述腔体连接部与待测件连接部互相垂直，其中作动腔、冲击腔分别与板状结构的腔体连接部的上、下表面连接，待测蓄压器膜盒安装在板状结构的待测件连接部的外表面，所述腔体连接部中部开设通孔。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述采集组件包括压力测量装置和采集设备，其中压力测量装置安装在所述密闭腔体结构上，一端连接采集设备，另一端连接液压设备，用于测量密闭腔体结构内的压力，采集设备从压力测量装置采集压力信号。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述供气组件包括气源、第一过滤器和配气台，所述气源通过第一过滤器将气体输送给配气台，通过调节配气台为作动腔提供平衡气源，第一过滤器防止多余物进入密闭腔体结构内。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，还包括第二过滤器，所述第二过滤器安装在配气台和作动腔之间，进一步防止多余物进入密闭腔体结构内。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述作动腔与冲击腔的容积比为：1.5～2.5：1。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，还包括连接盘，所述连接盘安装在动力设备表面，连接活塞的活塞杆一端。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述待测蓄压器膜盒的容积至少为1.81L。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统中，所述活塞上设置了双道动密封防护，所述冲击腔内设有压力传感器。

一种蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，包括如下步骤：

(1)、将待测蓄压器膜盒安装在连接工装上；将气源打开，调节配气台的减压阀为作动腔内填充惰性气体或氮气；

(2)、向密闭腔体结构内注入液态工质，之后对密闭腔体结构进行密封；

(3)、调节配气台的减压阀提高活塞下部密闭作动腔内的压力，通过液压设备为密闭冲击腔增压，至密闭腔体结构内的压力与待测蓄压器膜盒外部的压力相同，直至动力设备达到平衡位置；

(4)、开启动力设备，带动活塞在作动腔内垂直运动，推动密闭腔体结构内的液态工质产生压力，采集组件采集所述密闭腔体结构内的压力信号。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法中，当循环试验系统不能稳定工作时，通过调节连接盘与动力设备之间的连接螺钉，减小活塞运行摩擦提高系统稳定性。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法中，所述步骤(1)中作动腔内填充惰性气体或氮气的压力为0.05～0.2MPa。

在上述蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法中，所述步骤(3)中动力设备达到平衡位置指动力设备的动圈位置高出动力设备静止时动圈位置至少10mm。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)、本发明对蓄压器膜盒压力循环试验系统进行整体优化设计，尤其是对压力脉冲结构进行创新设计，巧妙采用垂直布置方式，能够实现较大脉动压力幅值循环试验，幅值可以达到正负1.5MPa以上。

(2)、本发明压力脉冲结构采用垂直布置的设计形式，并且对压力脉冲结构中各组成部件结构形式及装配关系进行巧妙设计，克服了活塞与作动腔缸体摩擦力大的问题，从而显著提高系统的稳定性；

(3)、本发明巧妙设计连接工装结构，既实现了作动腔与冲击腔的可靠连接，形成密闭腔体结构，又实现了待测蓄压器膜盒的可靠连接，并且结构紧凑，节省空间；

(4)、本发明合理设计作动腔与冲击腔的腔体容积比例关系，进一步实现较大脉动压力幅值循环试验，幅值可以达到正负1.5MPa以上。

(5)、本发明采用支撑结构用于承载密闭腔体结构重力，并且支撑结构采用加强筋结构设计，解决了系统结构引起的应力集中的问题，提高系统整体的刚度。

(6)、本发明活塞上设置了双道动密封防护，保证了作动腔内水压稳定，同时又用于保护振动设备，消除了活塞漏水造成的安全性事故。冲击腔设有压力传感器，用于测量冲击腔内水的压力情况。

附图说明

图1为本发明蓄压器膜盒压力循环试验系统结构示意图；

图2为本发明连接工装结构示意图，其中图2a为剖面图，图2b为俯视图；

图3为本发明连接工装与作动腔和冲击腔连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明蓄压器膜盒压力循环试验系统结构示意图，由图可知，本发明蓄压器膜盒压力循环试验系统，包括供气组件、动力设备11、液压设备10、采集组件和压力脉冲结构，其中压力脉冲结构包括作动腔5、冲击腔7、活塞12、连接盘13、连接工装16、支撑结构17、上法兰盖19和下法兰盖18。

其中连接盘13通过紧固螺钉安装在动力设备11表面，与活塞12的活塞杆一端连接，活塞的活塞杆另一端位于作动腔5内，并可沿作动腔5作垂直运动，作动腔5与冲击腔7通过连接工装16连接形成密闭腔体结构，密闭腔体结构内填充液态工质。

冲击腔7一端和作动腔5一端均通过法兰盖密封形成密闭腔体结构，其中冲击腔7与上法兰盖19连接，作动腔5与下法兰盖18连接，且活塞12的活塞杆穿过下法兰盖18。

连接工装16上还安装待测试蓄压器膜盒6，如图2所示为本发明连接工装结构示意图，其中图2a为剖面图，图2b为俯视图，由图可知连接工装16为截面工字形的板状结构，包括腔体连接部16-1和待测件连接部16-2，其中腔体连接部16-1与待测件连接部16-2均为板状结构且互相垂直，作动腔5、冲击腔7分别与板状结构的腔体连接部16-1的上、下表面机械连接(例如通过螺钉连接)，腔体连接部16-1中部开设通孔，保证作动腔5与冲击腔7内部为腔体结构。待测蓄压器膜盒6安装在板状结构的待测件连接部16-2的外表面，例如通过螺钉连接。

本发明中支撑结构17用于对密闭腔体结构进行支撑，由图1可知支撑结构10安装在动力设备11表面，并与密封作动腔5的下法兰盖18连接；支撑结构10包括支撑板和垂直与支撑板的支撑柱，本实施例中为四个对称设置的支撑柱，支撑板上开设通孔，用于活塞12的活塞杆穿过，支撑柱固定在动力设备11的上表面。

本发明活塞12上设置了双道动密封防护，保证了作动腔5内水压稳定，同时又用于保护振动设备，消除了活塞12漏水造成的安全性事故。冲击腔7设有压力传感器，用于测量冲击腔内水的压力情况。

液压设备10用于为密闭腔体结构提供所需压力，本发明实施例中液压设备10为液压泵。

供气组件用于为作动腔5提供平衡气压，供气组件包括气源1、第一过滤器2和配气台3，气源1通过第一过滤器2将气体输送给配气台3，通过调节配气台3为作动腔5提供平衡气源，第一过滤器2防止多余物进入密闭腔体结构内。第二过滤器4安装在配气台3和作动腔5之间，进一步防止多余物进入密闭腔体结构内。

动力设备11用于为活塞12垂直运动提供动力。本发明实施例中动力设备为振动台。

采集组件用于采集密闭腔体结构内的压力信号，采集组件包括压力测量装置8和采集设备9，其中压力测量装置8安装在密闭腔体结构上，一端连接采集设备9，另一端连接液压设备10，用于测量密闭腔体结构内的压力，采集设备9从压力测量装置8采集压力信号，并将压力信号输出给外部计算机，用于绘制压力随时间变化的曲线，通过曲线图可以判断待测蓄压器膜盒6的脉动压力幅值。本实施例中压力测量装置8为压力传感器。

本发明中作动腔5与冲击腔7的容积关系为：作动腔：冲击腔＝1.5～2.5：1。本实施例中为2：1。

本发明中待测蓄压器膜盒6的容积至少为1.81L。

本发明蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，具体包括如下步骤：

(一)、按照图1所示搭建系统，为确保动力模块系统轴心一致性，最后一步紧固连接盘13的螺钉；

(二)、将待测蓄压器膜盒6安装在连接工装16上；

(三)、将气源缓慢1打开，调节配气台3的减压阀缓慢为作动腔5内填充惰性气体或氮气；填充惰性气体或氮气的压力为0.05～0.2MPa，本实施例中为填充0.1MPa的氦气。

(四)、通过冲击腔7的连接上法兰盖19的法兰口，向密闭腔体结构内注入液态工质，之后对密闭腔体结构进行密封；本实施例中加注水，加满不溢出为止，随后将冲击腔7的上法兰盖19紧固以及将压力传感器8安装于此。

(五)、调节配气台3的减压阀提高活塞12下部密闭作动腔5内的压力，通过液压设备10为密闭冲击腔7增压，至密闭腔体结构内的压力与待测蓄压器膜盒6外部的压力相同，直至动力设备11达到平衡位置；本发明实施例中所述步动力设备11达到平衡位置指动力设备11的动圈位置高出动力设备11静止时动圈位置至少10mm。

(六)、开启动力设备11，带动活塞12在作动腔5内垂直运动，推动密闭腔体结构内的液态工质产生压力，采集组件采集密闭腔体结构内的压力信号，并输出给外部计算机，用于绘制压力随时间变化的曲线，通过曲线图可以判断待测蓄压器膜盒6的脉动压力幅值。

当循环试验系统不能稳定工作时，通过调节连接盘13与动力设备11之间的连接螺钉，减小活塞12运行摩擦提高系统稳定性。

本发明压力循环试验系统包括供气模块、动力模块、采集模块和液压模块。供气模块主要通过管路调节配气台给系统供给一定的压力，平衡作动腔内液体压力，实现动力模块初始状态的平衡位置。动力模块是通过振动台为活塞提供一定频率的推力，活塞推动作动腔内的水，产生脉动压力作用于蓄压器膜盒(模拟推进剂流动)，通过设置振动台的频率及行程实现不同的压力循环脉动压力和频率。液压模块主要是利用液压(水压)模拟箭上输送管内推进剂实际工况，通过液体增压泵实现蓄压器壳体外的压力。采集模块是通过压力传感器监测作动腔内的水的压力脉冲信号，提供试验依据；

本发明根据蓄压器膜盒PV值大的特点，采用大吨位振动台提供动力，以水作为能量传递介质，通过增大作动腔的容积，既模拟了箭上实际状况，又提高了脉动压力幅值；

本发明压力循环试验系统采用垂直布置的设计形式克服了活塞与作动腔缸体摩擦力大的问题，从而提高系统的稳定性；

本发明运用了截面结构设计，解决了由工装引起的应力集中的问题，提高系统的刚度。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (16)

1.一种蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：包括供气组件、动力设备(11)、液压设备(10)、采集组件和压力脉冲结构，其中压力脉冲结构包括作动腔(5)、冲击腔(7)、活塞(12)和连接工装(16)，其中活塞(12)一端与动力设备(11)连接，另一端位于作动腔(5)内，并沿作动腔(5)作垂直运动，作动腔(5)与冲击腔(7)通过连接工装(16)连接形成密闭腔体结构，密闭腔体结构内填充液态工质，所述连接工装(16)上还安装待测试蓄压器膜盒(6)；所述液压设备(10)用于为密闭腔体结构提供所需压力，所述供气组件用于为作动腔(5)提供平衡气压，所述动力设备(11)用于为活塞(12)垂直运动提供动力，所述采集组件用于采集密闭腔体结构内的压力信号。

2.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述冲击腔(7)一端和作动腔(5)一端均通过法兰盖密封形成密闭腔体结构，其中冲击腔(7)与上法兰盖(19)连接，作动腔(5)与下法兰盖(18)连接，且活塞(12)穿过下法兰盖(18)。

3.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：还包括支撑结构(17)，所述支撑结构(17)用于对所述密闭腔体结构进行支撑。

4.根据权利要求3所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述支撑结构(10)安装在动力设备(11)表面，并与密封作动腔(5)的下法兰盖(18)连接；所述支撑结构(10)包括支撑板和垂直与支撑板的支撑柱，所述支撑板上开设通孔，用于活塞(12)的活塞杆穿过，所述支撑柱固定在动力设备(11)的上表面。

5.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述连接工装(16)为截面工字形的板状结构，包括腔体连接部(16-1)和待测件连接部(16-2)，所述腔体连接部(16-1)与待测件连接部(16-2)互相垂直，其中作动腔(5)、冲击腔(7)分别与板状结构的腔体连接部(16-1)的上、下表面连接，待测蓄压器膜盒(6)安装在板状结构的待测件连接部(16-2)的外表面，所述腔体连接部(16-1)中部开设通孔。

6.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述采集组件包括压力测量装置(8)和采集设备(9)，其中压力测量装置(8)安装在所述密闭腔体结构上，一端连接采集设备(9)，另一端连接液压设备(10)，用于测量密闭腔体结构内的压力，采集设备(9)从压力测量装置(8)采集压力信号。

7.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述供气组件包括气源(1)、第一过滤器(2)和配气台(3)，所述气源(1)通过第一过滤器(2)将气体输送给配气台(3)，通过调节配气台(3)为作动腔(5)提供平衡气源，第一过滤器(2)防止多余物进入密闭腔体结构内。

8.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：还包括第二过滤器(4)，所述第二过滤器(4)安装在配气台(3)和作动腔(5)之间，进一步防止多余物进入密闭腔体结构内。

9.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述作动腔(5)与冲击腔(7)的容积比为：1.5～2.5：1。

10.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：还包括连接盘(13)，所述连接盘(13)安装在动力设备(11)表面，连接活塞(12)的活塞杆一端。

11.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述待测蓄压器膜盒(6)的容积至少为1.81L。

12.根据权利要求1所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统，其特征在于：所述活塞(12)上设置了双道动密封防护，所述冲击腔(7)内设有压力传感器。

13.权利要求1～12之一所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、将待测蓄压器膜盒(6)安装在连接工装(16)上；将气源(1)打开，调节配气台(3)的减压阀为作动腔(5)内填充惰性气体或氮气；

(2)、向密闭腔体结构内注入液态工质，之后对密闭腔体结构进行密封；

(3)、调节配气台(3)的减压阀提高活塞(12)下部密闭作动腔(5)内的压力，通过液压设备(10)为密闭冲击腔(7)增压，至密闭腔体结构内的压力与待测蓄压器膜盒(6)外部的压力相同，直至动力设备(11)达到平衡位置；

(4)、开启动力设备(11)，带动活塞(12)在作动腔(5)内垂直运动，推动密闭腔体结构内的液态工质产生压力，采集组件采集所述密闭腔体结构内的压力信号。

14.权利要求13所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，其特征在于：当循环试验系统不能稳定工作时，通过调节连接盘(13)与动力设备(11)之间的连接螺钉，减小活塞(12)运行摩擦提高系统稳定性。

15.权利要求13所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，其特征在于：所述步骤(1)中作动腔(5)内填充惰性气体或氮气的压力为0.05～0.2MPa。

16.权利要求13所述的蓄压器膜盒压力循环试验系统的试验方法，其特征在于：所述步骤(3)中动力设备(11)达到平衡位置指动力设备(11)的动圈位置高出动力设备(11)静止时动圈位置至少10mm。