CN108152447A - 一种肼分解催化剂试车装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种肼分解催化剂试车装置及其方法，装置包括建压模块、调压模块、储液模块、测量模块、阀控模块、测控模块、电源模块等组成；方法包括测控模块中的控制计算机设定设备状态，控制计算机根据所设定的设备状态编辑控制指令，发送给阀控模块；阀控模块接收到控制指令后执行电磁阀组控制；本发明采用一个结构多个功能复用的方法，大大减少了系统复杂度，降低成本；本发明实现仅需要一根网线就可以远距离随时操控和监视测试试车过程，增加了信号准确性和测试试车过程安全性；本发明实现完全自动化控制设计，大大的减少测试试车人员和测试试车成本，提高了工作效率。

Description

一种肼分解催化剂试车装置及其方法

技术领域

本发明涉及到一种催化剂试车装置与其控制方法，准确的说是一种肼分解催化剂试车装置及其控制方法。

背景技术

肼作为一种高能推进剂，广泛应用在航空航天领域，肼推力系统广泛用于卫星、运载火箭、飞船等飞行器的姿态轨道控制。肼分解催化剂做为肼推力系统中关键性部分，催化剂性能的好坏，直接关系到整个肼推力系统的性能。

在对肼分解催化剂进行性能试车时，需要直接使用肼，肼既是一种爆炸物也是一种剧毒物，一般的肼分解催化剂性能试车装置需要一个防爆隔离的实验室，用来应对肼分解催化剂热试车过程中产生的爆炸，肼泄露等危险。所以由于肼的化学特性，建造一个常规的肼分解催化剂热试车装置，必须有配套的防爆炸隔离的实验室，其成本是相当昂贵的。在进行较大催化剂载荷时，肼被催化剂分解后释放出大量的氢气氨气混合气体，如果没有及时排出，排放在实验室内，就会引起剧烈的爆炸，即使在防爆隔离实验室内也相当危险。

另外测控端和隔离实验间之间还需要几十根甚至上百根信号线连接，不仅产生大量成本，而且长距离传输模拟信号势必会带来干扰和衰减，影响肼分解催化剂热试车试车的准确性。

所以目前的肼分解催化剂试车装置建造成本高昂，安全性差，测试精度也较低。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供了一种肼分解催化剂试车装置，通过管路功能复用实现体积小型化，设计了一种原位测量，自动化控制结构，实现非室内工作，解决了肼分解催化剂试车装置建造成本高昂，安全性差的问题，并且实现原位测量来解决了测试精度低的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种肼分解催化剂试车装置，包括建压模块、调压模块、储液模块、测量模块、测控系统；

测控系统：用于根据上位机的命令控制建压模块、调压模块、储液模块的运行，并接收测量模块反馈的传感器数据；

测量模块，用于接收调压模块、储液模块中各传感器的反馈信号，并转换成测量数据发送至测控系统；

建压模块，用于根据测控系统的命令启动空压机或者接入外部气源，并输出高压气体至调压模块；

调压模块，用于将来自建压模块的高压气体进行压力调节，并将调压后气体输出至储液模块；将检测的调压后气体压力信号反馈至测量模块；

储液模块，用于将调压后气体挤推高压储液罐内推进剂，使推进剂按期望流速和期望进入时机流入试车载体，将检测的推进剂液位信号和流量信号反馈至测量模块。

所述建压模块包括空气压缩机、电磁阀1、电磁阀2、高压气瓶、单向阀1；空气压缩机出气端通过电磁阀1后，与高压气瓶、调压模块连接，还依次连接电磁阀2和单向阀1；所述单向阀1出口放空；所述电磁阀1、电磁阀2与测控系统连接。

所述调压模块包括顺序连接的减压阀、比例调节阀、模拟信号发生器，以及比例调节阀入口和出口管路上设置的压力传感器1、压力传感器2，模拟信号发生器与比例调节阀控制端连接；所述模拟信号发生器用于根据测控系统的命令信号转换成可以控制比例调节阀的模拟信号用来控制比例调节阀的输出压力；所述比例调节阀出口与储液模块连接；所述减压阀用来减小建压模块输出气体压力，防止超过比例调节阀的输入压力上限；压力传感器1、压力传感器2与测量模块连接。

所述储液模块包括储液罐、电磁阀3、电磁阀4、电磁阀5、电磁阀6、电磁阀7、液位计、流量计、单向阀2、过滤器、文氏管；所述储液罐的第一入口通过电磁阀3与调压模块连接，还经电磁阀7与试车载体连接；储液罐的第一入口还依次连有电磁阀4、单向阀2；所述单向阀2出口放空；储液罐的第二入口与电磁阀5一端连接，电磁阀另一端置空，用于加注时储液罐放气；储液罐的出口管路上依次设有过滤器、文氏管、流量计、电磁阀6；各电磁阀与测控系统连接，液位计、流量计与测量模块连接；电磁阀6、电磁阀7通过管路与试车载体连接。

一种肼分解催化剂试车方法，包括以下步骤：

1)测控系统根据试车工作状态，控制建压模块、调压模块、储液模块中各阀的开闭；所述试车工作状态包括：建压、外部气源接入、调压、泄压、加注和泄压；

2)测控系统根据试车试验状态，控制建压模块、调压模块、储液模块中各阀的开闭；所述试车试验状态自动控制的实现，包括开车、停车；

3)调压模块、储液模块将检测的传感器信息经测量模块反馈至测控系统。

建压包括以下步骤：

测控系统控制建压模块的电磁阀1打开、关闭电磁阀2，启动空气压缩机，高压气瓶内气体达到额定压力后空气压缩机自动停止工作；

外部气源接入包括以下步骤：

测控系统控制建压模块的电磁阀2打开，关闭电磁阀1，实现外部气源接入；当高压气瓶内压力等于外部气源压力时，单向阀1正向无气体流通，逆向截止，停止外部气源接入。

所述调压包括以下步骤：

测控系统控制电磁阀1、电磁阀3打开，关闭所有模块其他电磁阀；测控系统根据压力传感器1，压力传感器2反馈的压力信号，输出调压信号给调压模块的模拟信号发生器控制比例调节阀调节到设定压力，使管路内气体达到设定的工作压力；

所述泄压包括以下步骤：

测控系统控制储液模块的电磁阀5、电磁阀3开启，关闭所有模块其他电磁阀，实现泄压。

所述加注包括以下步骤：

测控系统开启储液模块电磁阀4和电磁阀5，关闭所有模块其他电磁阀，并且依据测控系统接收的液位计输出的液位信号来控制加注量，实现加注。

所述开车包括以下步骤：

①开启电磁阀3，关闭所有模块其他电磁阀；

②测控系统根据设置工况对电磁阀6进行开启关闭控制，进而实现推进剂的注入控制；所述工况包括开阀时间、关阀时间、循环次数；

所述停车包括以下步骤：

1)打开电磁阀7同时关闭所有模块其他电磁阀，持续若干秒；

2)关闭所有模块中所有电磁阀。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明结构简单、全自动化、稳定、准确。

2.本发明采用一个结构多个功能复用的方法，大大减少了系统复杂度，降低成本。

3.本发明实现仅需要一根网线就可以远距离随时操控和监视测试试车过程，增加了信号准确性和测试试车过程安全性。

4.本发明实现完全自动化控制设计，大大的减少测试试车人员和测试试车成本，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明的功能结构示意图。

其中，001建压模块、002调压模块、003储液模块、004测量模块、005测控系统、006远端计算机。

图2为本发明的建压模块结构示意图。

其中，101空气压缩机，102电磁阀1，103电磁阀2，104高压气瓶，105单向阀1，106四通接头。

图3为本发明的调压模块结构示意图。

其中，201模拟信号发生器，202减压阀，203压力传感器1，204压力传感器2，205三通接头1，206三通接头2，207比例调节阀。

图4为本发明的储液模块结构示意图。

其中，301高压储液罐，302电磁阀3，303电磁阀4，304电磁阀5，305电磁阀6，306电磁阀7，307三通接头3，308液位计，309流量计，310单向阀2，311过滤器，312文氏管。

图5为本发明的控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明包括建压模块、调压模块、储液模块、测量模块、测控系统、远端计算机，电源模块；

建压模块、调压模块、储液模块、通过带密封接头的管路顺次连接；

电源模块输出端通过电缆依次连接到建压模块、调压模块、储液模块、测量模块、测控系统、远端计算机的电源接入端；

远端计算机与测控系统通过网线连接；远端计算机用于设备远程操作和监视，与测控系统用网线连接；测控系统：用于仪器操控、数据采集，数据存储、数据计算、波形显示、工况设置。

测控系统的数据采集卡输入端与测量模块的输出端通过数据线连接；

测控系统的输出端与调压模块的模拟信号发生器输入端通过数据线连接；

测量模块的压力变送器输入端与调压模块的压力传感器1，压力传感器2分别用信号线连接；

测量模块的4-20mA变送器输入端与储液模块的液位计用信号线连接；

测量模块的频率变送器与储液模块的的流量计用信号线连接；

测控系统的固态继电器输出端与建压模块、储液模块的电磁阀用电缆连接；

测控系统的固态继电器输出端与建压模块的空气压缩机用电缆连接；

如图2所示，建压模块包括空气压缩机，电磁阀1，电磁阀2，高压气瓶，单向阀1，四通接头等组成；空气压缩机出气端通过带密封接头的管路与电磁阀1入口端连接；电磁阀1出口端通过带密封接头的管路与四通接头第一端接口连接；四通接头第二端接口通过带密封接头的管路与高压气瓶连接，四通接头第二端接口通过带密封接头的管路依次与电磁阀2、单向阀1连接。

建压模块，用于根据测控系统的命令启动空压机或者接入外部气源，并输出高压气体至调压模块；一般认为绝对压力大于2倍的大气压为高压，0.2-12Mp。

如图3所示，调压模块包括模拟信号发生器，减压阀，压力传感器1，压力传感器2，三通接头1，三通接头2，比例调节阀等；模拟信号发生器与比例调节阀通过信号线连接；减压阀出口端与三通接头1第一端接口通过带密封接头的管路连接；三通接头1第二端接口与压力传感器1通过带密封接头的管路连接；三通接头1第三端接口与比例调节阀入口端通过带密封接头的管路连接；比例调节阀出口端与三通接头2第一端接口通过带密封接头的管路连接；三通接头2第二端接口与压力传感器2通过带密封接头的管路连接。

如图4所示，储液模块包括高压储液罐，电磁阀3，电磁阀4，电磁阀5，电磁阀6，电磁阀7三通接头3，液位计，流量计，单向阀2，过滤器，文氏管等。电磁阀3出口端与三通接头3第一端接口通过带密封接头的管路连接；三通接头3第二端接口依次与电磁阀4，单向阀2通过带密封接头的管路连接；三通接头3第三端接口与高压储液罐入气口通过带密封接头的管路连接；高压储液罐测量口与液位计通过带密封接头的管路连接；高压储液罐出气口与电磁阀5通过带密封接头的管路连接；高压储液罐出液口，过滤器，文氏管，流量计，电磁阀6通过带密封接头的管路依次连接。

试车载体用于容纳肼分解催化剂，包括喷头，催化床，其中储液模块的电磁阀6305和电磁阀5 306经管路合流后与喷头连接。

测控系统为基于labview的测控系统。

测量模块包括压力变送器，温度变送器，4-20mA变送器，频率变送器等。

电源模块包括蓄电池，24V直流变压器，5V直流变压器等，蓄电池输出端与24V直流变压器，5V直流变压器输入端用电缆连接。

如图5所示，本发明的实施步骤如下：

1.设备进行初始化工作,包括硬件配置读取，串口设置读取，上次工况读取，工作状态恢复默认值，远端映射连接；

所述硬件配置包括硬件地址，驱动信息等；

所述串口设置包括串口号，波特率，验校位等信息；

所述上次工况包括，工况序号，开时间，关时间，循环次数；

所述工作状态恢复默认值为所有阀置关闭；

所述远端映射连接为设备调用操作系统远端映射程序，连接远程计算机进行远端映射；

2.设备进行系统设定,包括工况设定，波形显示设定，数据采集率设定，数据存储间隔设定；

所述工况设定包括设定工况序号，开时间，关时间，循环次数；

所述波形显示设定包括设定信号个数，颜色，范围；

所述采集率设定包括设定硬件采样率；

3.设备通过测控系统进行工作状态设定,包括建压，外接气源，调压，泄压，加注；

所述测控系统包括测控模块和阀控模块；测控模块包括计算机和数据采集卡。

所述建压：测控模块向阀控模块输出建压信号，阀控模块打开建压模块的电磁阀1，关闭电磁阀2，启动空气压缩机，达到额定压力后空气压缩机自动停止工作；

所述外部气源接入：测控模块向阀控模块输出外部气源接入信号，阀控模块打开建压模块的电磁阀2，关闭电磁阀1，即可实现外部气源接入；

所述调压：测控模块向阀控模块、储液模块、调压模块输出控制信号，阀控模块打开储液模块的电磁阀1，关闭其他电磁阀；

调压模块的比例调节阀调节到合适压力，压力传感器1，压力传感器2输出调节后压力给测量模块，最终反馈给测控模块；

所述泄压：测控模块向阀控模块、储液模块、输出控制信号，开启储液模块的电磁阀1、电磁阀3，关闭其他电磁阀，实现泄压；

所述加注：测控模块向阀控模块、储液模块、输出控制信号，开启储液模块电磁阀2，电磁阀3，关闭其他电磁阀实现加注。

4.确认完成工作状态设置后，进入试验状态设定；

5.设备进行试验状态设定,包括工况号设置，报警设置，紧急停车设置；

所述工况号设置包括输入将要运行的工况序号；

所述报警设置为设置某路信号的数值达到设定值时设备报警；

所述紧急停车设置为设定某路信号值达到设定值强制关闭阀5；

所述计算设置为添加某路信号进行预先设定好计算方法进行数据计算；

6.确认完成试验状态设置后，开始运行试验，进入试验运行状态；

所述试验运行状态包括：数据采集，波形显示，数据计算存储，工况执行；

所述工况执行包括依照工况的开时间，关时间，循环次数控制储液模块电磁阀5进行试验控制。

7.工况执行完毕后，停止数据采集存储，停止波形显示，显示计算结果。

Claims (10)

1.一种肼分解催化剂试车装置，其特征在于：包括建压模块、调压模块、储液模块、测量模块、测控系统；

测控系统：用于根据上位机的命令控制建压模块、调压模块、储液模块的运行，并接收测量模块反馈的传感器数据；

测量模块，用于接收调压模块、储液模块中各传感器的反馈信号，并转换成测量数据发送至测控系统；

建压模块，用于根据测控系统的命令启动空压机或者接入外部气源，并输出高压气体至调压模块；

调压模块，用于将来自建压模块的高压气体进行压力调节，并将调压后气体输出至储液模块；将检测的调压后气体压力信号反馈至测量模块；

储液模块，用于将调压后气体挤推高压储液罐内推进剂，使推进剂按期望流速和期望进入时机流入试车载体，将检测的推进剂液位信号和流量信号反馈至测量模块。

2.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车装置，其特征在于所述建压模块包括空气压缩机(101)、电磁阀1(102)、电磁阀2(103)、高压气瓶(104)、单向阀1(105)；空气压缩机(101)出气端通过电磁阀1(102)后，与高压气瓶(104)、调压模块连接，还依次连接电磁阀2(103)和单向阀1(105)；所述单向阀1(105)出口放空；所述电磁阀1(102)、电磁阀2(103)与测控系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车装置，其特征在于所述调压模块包括顺序连接的减压阀(202)、比例调节阀(207)、模拟信号发生器(201)，以及比例调节阀(207)入口和出口管路上设置的压力传感器1(203)、压力传感器2(204)，模拟信号发生器(201)与比例调节阀(207)控制端连接；所述模拟信号发生器(201)用于根据测控系统的命令信号转换成可以控制比例调节阀(207)的模拟信号用来控制比例调节阀(207)的输出压力；所述比例调节阀(207)出口与储液模块连接；所述减压阀(202)用来减小建压模块输出气体压力，防止超过比例调节阀(207)的输入压力上限；压力传感器1(203)、压力传感器2(204)与测量模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车装置，其特征在于所述储液模块包括储液罐(301)、电磁阀3(302)、电磁阀4(303)、电磁阀5(304)、电磁阀6(305)、电磁阀7(306)、液位计(308)、流量计(309)、单向阀2(310)、过滤器(311)、文氏管(312)；所述储液罐(301)的第一入口通过电磁阀3(302)与调压模块连接，还经电磁阀7(306)与试车载体连接；储液罐(301)的第一入口还依次连有电磁阀4(303)、单向阀2(310)；所述单向阀2(310)出口放空；储液罐(301)的第二入口与电磁阀5(304)一端连接，电磁阀另一端置空，用于加注时储液罐放气；储液罐(301)的出口管路上依次设有过滤器(311)、文氏管(312)、流量计(309)、电磁阀6(305)；各电磁阀与测控系统连接，液位计(308)、流量计(309)与测量模块连接；电磁阀6(305)、电磁阀7(306)通过管路与试车载体连接。

5.一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于包括以下步骤：

1)测控系统根据试车工作状态，控制建压模块、调压模块、储液模块中各阀的开闭；所述试车工作状态包括：建压、外部气源接入、调压、泄压、加注和泄压；

2)测控系统根据试车试验状态，控制建压模块、调压模块、储液模块中各阀的开闭；所述试车试验状态自动控制的实现，包括开车、停车；

3)调压模块、储液模块将检测的传感器信息经测量模块反馈至测控系统。

6.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于建压包括以下步骤：

测控系统控制建压模块的电磁阀1(102)打开、关闭电磁阀2(103)，启动空气压缩机，高压气瓶(104)内气体达到额定压力后空气压缩机自动停止工作；

外部气源接入包括以下步骤：

测控系统控制建压模块的电磁阀2(103)打开，关闭电磁阀1(102)，实现外部气源接入；当高压气瓶(104)内压力等于外部气源压力时，单向阀1(105)正向无气体流通，逆向截止，停止外部气源接入。

7.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于所述调压包括以下步骤：

测控系统控制电磁阀1(102)、电磁阀3(302)打开，关闭所有模块其他电磁阀；测控系统根据压力传感器1(203)，压力传感器2(204)反馈的压力信号，输出调压信号给调压模块的模拟信号发生器(201)控制比例调节阀调节到设定压力，使管路内气体达到设定的工作压力。

8.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于所述泄压包括以下步骤：

测控系统控制储液模块的电磁阀5(304)、电磁阀3(302)开启，关闭所有模块其他电磁阀，实现泄压。

9.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于所述加注包括以下步骤：

测控系统开启储液模块电磁阀4(303)和电磁阀5(304)，关闭所有模块其他电磁阀，并且依据测控系统接收的液位计(308)输出的液位信号来控制加注量，实现加注。

10.根据权利要求1所述的一种肼分解催化剂试车方法，其特征在于所述开车包括以下步骤：

①开启电磁阀3(302)，关闭所有模块其他电磁阀；

②测控系统根据设置工况对电磁阀6(305)进行开启关闭控制，进而实现推进剂的注入控制；所述工况包括开阀时间、关阀时间、循环次数；

所述停车包括以下步骤：

1)打开电磁阀7(306)同时关闭所有模块其他电磁阀，持续若干秒；

2)关闭所有模块中所有电磁阀。