CN108286479A - 一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统 - Google Patents

一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统 Download PDF

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唐西虎
张磊
谭登科
石源
陈霞
韦世锋
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    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
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Abstract

本发明公开了一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，属于水循环压力平衡技术领域，包括：高压釜、电磁阀、PLC单元、压力变送器及电动循环泵；所述高压釜的内部充满水和空气；高压釜顶部设有气体排放口，所述气体排放口分别通过管路与外界空气相通，在所述管路上分别安装有电磁阀；高压釜上安装有压力变送器；压力变送器和电磁阀分别与PLC单元连接；高压釜的进水端和出水端通过液体管路相通，所述液体管路上安装有电动循环泵；电动循环泵用于将高压釜内的水从出水端抽出后，再次由高压釜的进水端进入到其内部；本发明在进行水下火箭发动机模拟试验过程中，能够快速精确调节高压釜内的气液两相的压力。

Description

一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统
技术领域
本发明属于水循环压力平衡技术领域，具体涉及一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统。
背景技术
目前国内深水火箭发动机技术的研究，由于外场试验技术难度较大，也会受到舰船、海况以及试验成本等因素的限制，急需在陆上建设水下火箭发动机模拟试验系统。在现有的深水火箭发动机模拟试验过程中，火箭发动机排出的大量高温高压燃气将引起高压釜内气垫压强升高，从而导致火箭发动机工作环境背压发生变化，不能真实的模拟火箭发动机在某一水深的工作情况，严重时试验系统发生破坏甚至发生爆炸事故。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，在进行水下火箭发动机模拟试验过程中，能够快速精确调节高压釜内的气液两相的压力，保证水下的火箭发动机的环境背压在工作过程中基本不变，高压釜内水流均匀平稳，使得试验测试数据的真实有效，也可以保证整个试验系统的安全。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，包括：高压釜、电磁阀、PLC单元、压力变送器及电动循环泵；
所述高压釜的内部充满水和空气；高压釜顶部设有两个以上气体排放口，所述气体排放口分别通过管路与外界空气相通，在所述管路上分别安装有电磁阀，当电磁阀开启时，高压釜内的气体能够通过管路排出；
高压釜上安装有压力变送器，压力变送器用于测量高压釜内部的压力；压力变送器和电磁阀分别与PLC单元连接，压力变送器将收集到的压力信号传输给PLC单元，PLC单元根据接收到的压力信号控制电磁阀的开启或关闭，实现对高压釜内压力平衡的控制；
高压釜的进水端和出水端通过液体管路相通，所述液体管路上安装有电动循环泵；电动循环泵用于将高压釜内的水从出水端抽出后，再次由高压釜的进水端进入到其内部。
进一步的，还包括设置在管路末端的消音器。
进一步的，所述消声器为小孔形消声器。
进一步的，还包括流量计，流量计安装在高压釜的进水端和出水端之间的液体管路上，用于监测流经液体管路的水的流量。
进一步的，还包括整流装置，整流装置安装在高压釜进水端的液体管路上。
进一步的，所述高压釜顶部设有爆破片，当高压釜内的压力超过设定的最大工作压力时，通过爆破片在所述高压釜上形成爆破口实现泄压。
进一步的，所述高压釜内部的水的体积为高压釜容积的2/3，空气的体积为高压釜容积的1/3。
有益效果：(1)本发明在试验过程中，火箭发动机的尾喷燃气使得高压釜内压力高于设定压力后，PLC单元开启电磁阀，气体通过管路及消声器排出，以降低高压釜内压力，当高压釜内压力降低至设定压力时，PLC单元关闭电磁阀，如此循环使高压釜内压力稳定在设定范围内，实现对高压釜内压力的实时监测和控制，且高压釜内平衡压力控制精度达到0.01MPa，控制速率达到0.2MPa/s。
(2)本发明采用电动循环泵和整流装置，使得高压釜内形成稳定的水循环，从而更能接近实际的水下试验环境。
(3)本发明的高压釜内部上方为空气，空气在高压釜内部形成气垫，气垫一方面用于对水的增压，另一方面用于缓解试验中的火箭发动机喷管燃气射流对其背压的影响，安全性较好。
附图说明
图1为本发明的结构组成图。
其中，1-高压釜，2-管路，3-消音器，4-电磁阀，5-PLC单元，6-压力变送器，7-爆破片，8-水，9-空气，10-火箭发动机，11-整流装置，12-电动循环泵，13-流量计。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，参见附图1，包括：高压釜1、消音器3、电磁阀4、PLC单元5、压力变送器6、整流装置11、电动循环泵12和流量计13；
所述高压釜1为卧式结构，其内部充满水8和空气9，水8的体积为高压釜1容积的2/3，空气9的体积为高压釜1容积的1/3，可模拟最大400m水深环境压力，可根据试验需要设定高压釜1内的初始压力；
高压釜1顶部设有两个以上气体排放口，所述气体排放口分别通过管路2与消声器3连接，在每个管路2上均安装有电磁阀4，当电磁阀4开启时，高压釜1内的气体通过管路2及消声器3排出；其中，所述消声器3采用小孔形消音器，即为微穿小孔多空腔结构，可以改变原气流的声频，由于该消声器3不使用任何阻性吸声材料，阻力损失小，消声频带宽，且耐高温高速气流冲击，能够降低压力平衡系统的噪声；
高压釜1顶部还设有爆破片7，当高压釜1内的压力超过最大允许工作压力时，通过爆破片7在所述高压釜1上形成爆破口实现泄压；
高压釜1上安装有压力变送器6，压力变送器6用于测量高压釜1内部的压力；压力变送器6和管路2上的电磁阀4分别与PLC单元5连接，压力变送器6将收集到的压力信号传输给PLC单元5，PLC单元5根据接收到的压力信号控制电磁阀4的开启或关闭，实现对高压釜内压力平衡的控制；
高压釜1的进水端和出水端通过液体管路相通，所述液体管路上安装有电动循环泵12和流量计13；电动循环泵12用于将高压釜1内的水8从出水端抽出，经电动循环泵12的泵叶轮增压使水8克服系统管路沿程阻力和局部阻力后再次由高压釜1的进水端进入到其内部，使得高压釜1内的水8形成循环的流动液体，真实模拟火箭发动机10的工作环境，通过改变电动循环泵12的转速来控制水8的流量；流量计13用于监测流经液体管路的水8的流量；整流装置11安装在高压釜1进水端的液体管路上，整流装置11的内部为水滴形结构，用于减小进水端的水流对高压釜1内的水8冲击，避免形成的较大漩涡，使得水流均匀平稳流动。
工作原理：在试验过程中，火箭发动机10安装在高压釜1内部，并浸没在水8中；当火箭发动机10工作，排出大量高温高压燃气时，高压釜1内的压力升高，所述压力的数值通过压力变送器6发送给PLC单元5，当PLC单元5检测到所述压力的数值超过设定压力上限时，PLC单元5控制电磁阀4开启，通过管路2和消音器3向外排气降压，当高压釜1内的压力降低至设定压力时，PLC单元5控制电磁阀4关闭，如此循环使得高压釜1内的压力稳定在设定的范围内，达到压力平衡的目的；
当高压釜1内的压力超过最大允许工作压力，爆破片7立即爆破泄压，以满足高压釜1安全使用的要求。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，包括：高压釜(1)、电磁阀(4)、PLC单元(5)、压力变送器(6)及电动循环泵(12)；
所述高压釜(1)的内部充满水(8)和空气(9)；高压釜(1)顶部设有两个以上气体排放口，所述气体排放口分别通过管路(2)与外界空气相通，在所述管路(2)上分别安装有电磁阀(4)，当电磁阀(4)开启时，高压釜(1)内的气体能够通过管路(2)排出；
高压釜(1)上安装有压力变送器(6)，压力变送器(6)用于测量高压釜(1)内部的压力；压力变送器(6)和电磁阀(4)分别与PLC单元(5)连接，压力变送器(6)将收集到的压力信号传输给PLC单元(5)，PLC单元(5)根据接收到的压力信号控制电磁阀(4)的开启或关闭，实现对高压釜内压力平衡的控制；
高压釜(1)的进水端和出水端通过液体管路相通，所述液体管路上安装有电动循环泵(12)；电动循环泵(12)用于将高压釜(1)内的水(8)从出水端抽出后，再次由高压釜(1)的进水端进入到其内部。
2.如权利要求1所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，还包括设置在管路(2)末端的消音器(3)。
3.如权利要求2所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，所述消声器(3)为小孔形消声器。
4.如权利要求1所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，还包括流量计(13)，流量计(13)安装在高压釜(1)的进水端和出水端之间的液体管路上，用于监测流经液体管路的水(8)的流量。
5.如权利要求1所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，还包括整流装置(11)，整流装置(11)安装在高压釜(1)进水端的液体管路上。
6.如权利要求1所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，所述高压釜(1)顶部设有爆破片(7)，当高压釜(1)内的压力超过设定的最大工作压力时，通过爆破片(7)在所述高压釜(1)上形成爆破口实现泄压。
7.如权利要求1所述的一种气液两相高压釜水循环压力平衡系统，其特征在于，所述高压釜(1)内部的水(8)的体积为高压釜(1)容积的2/3，空气(9)的体积为高压釜(1)容积的1/3。
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