CN109520693A - 一种液氧输送管振动试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种液氧输送管振动试验装置及其试验方法，所述液氧输送管为大致呈Y型的三通管，其具有第一端、第二端、第三端；所述第一端固定连接在上支撑架上，上支撑架固定连接在龙门架的顶梁下方；所述第二端与工装固定连接，工装固定连接在振动台上；所述第三端固定连接在侧支撑架上，侧支撑架固定连接在龙门架的一侧臂上；所述悬吊系统分别在水平方向和竖直方向将所述工装弹性连接至龙门架；所述低温加载平衡系统向所述液氧输送管输送低温流体介质并保持所述液氧输送管内的压力平衡。其能安全有效的为大内径液氧输送管施加低温、高压、高量级振动的复合环境载荷，有效模拟液氧输送管在箭上飞行过程中的复杂工况。

Description

一种液氧输送管振动试验装置及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种液氧输送管振动试验装置及其试验方法，属于振动工程领域。

背景技术

新一代运载火箭增压输送系统采用新型无污染的液氧作为燃料，液氧输送管在工作状态中要经受低温、高压，高量级的振动等复合环境应力。为能更加真实的模拟箭上安装状态、边界条件，以及发动机工作时液氧输送管所处的真实工况环境，需要对该液氧输送管进行振动试验，该液氧输送管的振动试验过程中需要解决以下问题：

1、试验需要模拟液氧输送管内燃料介质状态及及其严苛的环境工况(80K温区、1.1MP压力)。因此，需要考虑的问题包括：选择相对安全且能够代替燃料的低温介质以保证该试验的真实性；设计及应用低温加载系统以确保试验具备低温极限工况，加载及平衡压力以确保试验过程中管路系统内压力始终处于动态平衡状态。

2、安装管路时，为使边界条件与箭上保持一致需要将管路上端固定，下端与激励端相连接用以施加振动，但由于振动台所受静载荷有限，当管路管径较大时，加载低温和充压后管路内压值很大，很容易超出振动台动圈最大静载荷，无法施加振动且极易损坏设备，因此，需要考虑如何分担管路的内压载荷问题，以保证设备安全。

3、由于液压输送管设计中含一段用以补偿位移的金属软管，在加载低温和压力的过程中，该金属软管会由于低温和内压的作用产生较大的变形甚至失稳，因此，需要在试验过程中考虑如何防止管路的变形、失稳的问题。

4、由于试验考核综合工况作用下液压输送管极限位移补偿能力，因此，如何在低温加载和压力加载的过程中始终保持液压输送管的初始位形，如何在温度和压力施加到位后精确加载液压输送管的轴向位移和径向位移，均关系到试验质量和试验效果。

5、振动过程中需要考虑如何确保液氧输送管在四个水平方向上均保持平衡。

综上所述，积极探索大内径液氧输送管在复合载荷作用下振动试验技术，是具有重大意义的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述需求，本发明提出一种液氧输送管振动试验装置及其试验方法，其能安全有效的为大内径液氧输送管施加低温、高压、高量级振动的复合环境载荷，有效模拟液氧输送管在箭上飞行过程中所受到的预位移、低温、高压、振动的复杂工况。

(二)技术方案

一种液氧输送管振动试验装置，所述液氧输送管为大致呈Y型的三通管，其具有第一端、第二端、第三端；所述振动试验装置包括龙门架、低温加载平衡系统、悬吊系统、振动台、工装；所述第一端固定连接在上支撑架上，上支撑架固定连接在龙门架的顶梁下方；所述第二端与工装固定连接，工装固定连接在振动台上；所述第三端固定连接在侧支撑架上，侧支撑架固定连接在龙门架的一侧臂上；所述悬吊系统分别在水平方向和竖直方向将所述工装弹性连接至龙门架；所述低温加载平衡系统向所述液氧输送管输送低温流体介质并保持所述液氧输送管内的压力平衡。

所述低温流体介质为氮气。

所述悬吊系统包括若干水平悬吊带和若干竖直悬吊带，所述若干水平悬吊带对称设置在工装的两侧，并自工装的侧端依次通过钢丝绳相连的水平测力计、水平橡皮绳、水平手动吊葫芦固定至龙门架的侧臂；所述若干竖直悬吊带对称设置在工装的竖直中心线两侧，并自工装的顶端依次通过钢丝绳相连的竖直测力计、竖直橡皮绳、竖直手动吊葫芦固定至龙门架的顶梁。

所述竖直橡皮绳的弹性拉力大于所述水平橡皮绳的弹性拉力。

所述竖直悬吊带的个数大于所述水平悬吊带的个数。

所述工装上设置多个与所述水平悬吊带和所述竖直悬吊带适配的吊装孔，以增强连接便利性和稳定性。

所述龙门架由多个铸块拼接固定而成。

所述低温加载平衡系统包括压力平衡器、液氮罐、控制箱、钢瓶；钢瓶内充满高压氮气；所述压力平衡器设置在龙门架的顶梁上方，所述液氮罐设置在龙门架外一侧；所述液氧输送管的第一端依次通过连接法兰、第二低温软管、第三手动阀门连接至压力平衡器底部右侧开口；所述液氧输送管的第二端依次通过连接法兰、第二手动阀门、第三低温软管、第四手动阀门连接至压力平衡器底部左侧开口；所述液氧输送管的第三端依次通过连接法兰、第一手动阀门、第一低温软管、单向阀连接至液氮罐的底部开口；所述压力平衡器顶部设置第一电动阀，第一电动阀上设置放气阀；所述压力平衡器侧面开口依次通过第二电动阀、高压软管、减压阀与钢瓶连接；所述控制器通过导线分别与第一电动阀、第二电动阀控制连接。

所述压力平衡器的顶部设置压力表、压力传感器、安全阀，其底部设置温度计、温度传感器；所述控制箱通过导线分别与压力传感器、温度传感器控制连接。

一种液氧输送管振动试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据液氧输送管的具体形状和试验要求设置适宜的工装和龙门架；

步骤2、搭建龙门架，将工装固定连接至振动台，将压力平衡器安装固定至龙门架的顶梁上方，将液氮罐稳定放置于龙门架外一侧；

步骤3、将液氧输送管的三端分别与上支撑架、工装、侧支撑架初步连接，将液氧输送管的三端分别通过各自的连接法兰与低温加载平衡系统中的第二低温软管、第二手动阀门、第一手动阀门固定连接；

步骤4、根据液氧输送管初步安装状态，并基于空间力及力矩平衡，安装适宜的悬吊系统；

步骤5、启动低温加载平衡系统，对液氧输送管冲压后低温加载，在渐进的低温加载过程中，将该振动试验装置调整至平衡状态，再将所述初步连接进一步设置为紧固连接；

步骤6、将该振动试验装置连接至测量系统和控制系统，并对测量系统和控制系统进行调试；

步骤7、向该振动试验装置加载静位移载荷；

步骤8、向该振动试验装置加注液氮；

步骤9、向该振动试验装置加载压力；

步骤10、根据不同的试验条件对所述液氧输送管依次施加不同类型的振动，直至试验完成。

(三)有益效果

本发明具有以下有益效果：

1、采用氮气替代液氧作为试验介质，确保试验的真实可靠性。

2、试验装置专门针对大口径液氧输送管中内部抗衡力大的特点设置，可承载大应力大振动下试验的稳定性。

3、所述悬吊系统中的若干竖直悬吊带用以承担轴向载荷，保持液氧输送管的受力平衡，还用以加载轴向位移。所述悬吊系统中的若干水平悬吊带用以保持液氧输送管下端水平方向受力均匀，还用以加载径向位移。为验证液氧输送管极限位移补偿能力，需要对液氧输送管施加静位移载荷，加载过程中利用竖直悬吊带施加管路轴向静位移载荷，利用水平悬吊带施加管路径向静位移载荷。

4、在试验的加压过程中，内压与橡皮绳拉力交替施加，橡皮绳在整个加压过程中根据液氧输送管的偏移方向交错施加拉力，始终使液氧输送管保持在一个相对稳定、平衡的状态下。

5、试验装置简单易搭建，试验方法可行有效。

附图说明

图1本发明的一种液氧输送管振动试验装置示意图。

图2低温加载平衡系统示意图。

图3低温加载平衡系统工作过程示意图。

图中，1-龙门架、2-液氮罐、3-压力平衡器、4-竖直手动吊葫芦、5-竖直橡皮绳、6-竖直测力计、7-振动台、8-工装、9-第一端、10-第二端、11-第三端、12-侧支撑架、13-上支撑架、14-水平手动吊葫芦、15-水平橡皮绳、16-水平测力计、17-控制器、18-钢瓶、19-减压阀、20-高压软管、21-第二电动阀、22-温度传感器、23-导线、24-压力表、25-放气阀、26-第一电动阀、27-压力传感器、28-安全阀、29-温度计、30-第四手动阀门、31-第三手动阀门、32-第三低温软管、33-第二低温软管、34-第二手动阀门、35-第一手动阀门、36-第一低温软管、37-单向阀。

具体实施方式

参见图1，本发明的一种液氧输送管振动试验装置，所述液氧输送管为大致呈Y型的三通管，其具有第一端9、第二端10、第三端11；所述振动试验装置包括龙门架1、低温加载平衡系统、悬吊系统、振动台7、工装8；所述第一端9固定连接在上支撑架13上，上支撑架13固定连接在龙门架1的顶梁下方；所述第二端10与工装8固定连接，工装8固定连接在振动台7上；所述第三端11固定连接在侧支撑架12上，侧支撑架12固定连接在龙门架1的一侧臂上；所述悬吊系统分别在水平方向和竖直方向将所述工装8弹性连接至龙门架1；所述低温加载平衡系统向所述液氧输送管输送低温流体介质并保持所述液氧输送管内的压力平衡。

所述低温流体介质为氮气。

所述悬吊系统包括若干水平悬吊带和若干竖直悬吊带，所述若干水平悬吊带对称设置在工装8的两侧，并自工装8的侧端依次通过钢丝绳相连的水平测力计16、水平橡皮绳15、水平手动吊葫芦14固定至龙门架1的侧臂；所述若干竖直悬吊带对称设置在工装8的竖直中心线两侧，并自工装8的顶端依次通过钢丝绳相连的竖直测力计6、竖直橡皮绳5、竖直手动吊葫芦4固定至龙门架1的顶梁。

所述竖直橡皮绳9的弹性拉力大于所述水平橡皮绳15的弹性拉力。

所述竖直悬吊带的个数大于所述水平悬吊带的个数。

所述工装8上设置多个与所述水平悬吊带和所述竖直悬吊带适配的吊装孔，以增强连接便利性和稳定性。

所述龙门架1由多个铸块拼接固定而成。

参见图2，所述低温加载平衡系统包括压力平衡器3、液氮罐2、控制箱17、钢瓶18；钢瓶18内充满高压氮气；所述压力平衡器3设置在龙门架1的顶梁上方，所述液氮罐2设置在龙门架1外一侧；所述液氧输送管的第一端9依次通过连接法兰、第二低温软管33、第三手动阀门31连接至压力平衡器3底部右侧开口；所述液氧输送管的第二端10依次通过连接法兰、第二手动阀门34、第三低温软管32、第四手动阀门30连接至压力平衡器3底部左侧开口；所述液氧输送管的第三端11依次通过连接法兰、第一手动阀门35、第一低温软管36、单向阀37连接至液氮罐2的底部开口；所述压力平衡器3顶部设置第一电动阀26，第一电动阀26上设置放气阀25；所述压力平衡器3侧面开口依次通过第二电动阀21、高压软管20、减压阀19与钢瓶18连接；所述控制器17通过导线23分别与第一电动阀26、第二电动阀21控制连接。

所述压力平衡器3的顶部设置压力表24、压力传感器27、安全阀28，其底部设置温度计29、温度传感器22；所述控制箱17通过导线23分别与压力传感器27、温度传感器22控制连接。

参见图3，所述低温加载平衡系统的工作过程如下：

首先，钢瓶18中的高压氮气冲压至压力平衡器3，进而进入液氧输送管，以对液氧输送管进行氮气置换，以保证该液氧输送管内介质单一。其次，液氮罐2对液氧输送管进行低温液氮加注，直至压力平衡器3中的放气发5打开，表明液氮加注已满。

一种液氧输送管振动试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据液氧输送管的具体形状和试验要求设置适宜的工装8和龙门架1；

步骤2、搭建龙门架1，将工装8固定连接至振动台7，将压力平衡器3安装固定至龙门架1的顶梁上方，将液氮罐2稳定放置于龙门架1外一侧；

步骤3、将液氧输送管的三端分别与上支撑架13、工装8、侧支撑架12初步连接，将液氧输送管的三端分别通过各自的连接法兰与低温加载平衡系统中的第二低温软管33、第二手动阀门34、第一手动阀门35固定连接；

步骤4、根据液氧输送管初步安装状态，并基于空间力及力矩平衡，安装适宜的悬吊系统；

步骤5、启动低温加载平衡系统，对液氧输送管冲压后低温加载，在渐进的低温加载过程中，将该振动试验装置调整至平衡状态，再将所述初步连接进一步设置为紧固连接；

步骤6、将该振动试验装置连接至测量系统和控制系统，并对测量系统和控制系统进行调试；

步骤7、向该振动试验装置加载静位移载荷；

步骤8、向该振动试验装置加注液氮；

步骤9、向该振动试验装置加载压力；

步骤10、根据不同的试验条件对所述液氧输送管依次施加不同类型的振动，直至试验完成。

试验完成后，所述振动试验装置的卸载步骤包括：

步骤1、松开工装8与振动台7之间的连接；

步骤2、卸载所述液氧输送管的位移；

步骤3、卸载施加在所述液氧输送管上的压力；

步骤4、排出液氮，将所述液氧输送管恢复至常温。

Claims (10)

1.一种液氧输送管振动试验装置，所述液氧输送管为大致呈Y型的三通管，其具有第一端、第二端、第三端；其特征在于，所述振动试验装置包括龙门架、低温加载平衡系统、悬吊系统、振动台、工装；所述第一端固定连接在上支撑架上，上支撑架固定连接在龙门架的顶梁下方；所述第二端与工装固定连接，工装固定连接在振动台上；所述第三端固定连接在侧支撑架上，侧支撑架固定连接在龙门架的一侧臂上；所述悬吊系统分别在水平方向和竖直方向将所述工装弹性连接至龙门架；所述低温加载平衡系统向所述液氧输送管输送低温流体介质并保持所述液氧输送管内的压力平衡。

2.如权利要求1所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述低温流体介质为氮气。

3.如权利要求1所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述悬吊系统包括若干水平悬吊带和若干竖直悬吊带，所述若干水平悬吊带对称设置在工装的两侧，并自工装的侧端依次通过钢丝绳相连的水平测力计、水平橡皮绳、水平手动吊葫芦固定至龙门架的侧臂；所述若干竖直悬吊带对称设置在工装的竖直中心线两侧，并自工装的顶端依次通过钢丝绳相连的竖直测力计、竖直橡皮绳、竖直手动吊葫芦固定至龙门架的顶梁。

4.如权利要求3所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述竖直橡皮绳的弹性拉力大于所述水平橡皮绳的弹性拉力。

5.如权利要求3所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述竖直悬吊带的个数大于所述水平悬吊带的个数。

6.如权利要求3所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述工装上设置多个与所述水平悬吊带和所述竖直悬吊带适配的吊装孔，以增强连接便利性和稳定性。

7.如权利要求1所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述龙门架由多个铸块拼接固定而成。

8.如权利要求2所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述低温加载平衡系统包括压力平衡器、液氮罐、控制箱、钢瓶；钢瓶内充满高压氮气；所述压力平衡器设置在龙门架的顶梁上方，所述液氮罐设置在龙门架外一侧；所述液氧输送管的第一端依次通过连接法兰、第二低温软管、第三手动阀门连接至压力平衡器底部右侧开口；所述液氧输送管的第二端依次通过连接法兰、第二手动阀门、第三低温软管、第四手动阀门连接至压力平衡器底部左侧开口；所述液氧输送管的第三端依次通过连接法兰、第一手动阀门、第一低温软管、单向阀连接至液氮罐的底部开口；所述压力平衡器顶部设置第一电动阀，第一电动阀上设置放气阀；所述压力平衡器侧面开口依次通过第二电动阀、高压软管、减压阀与钢瓶连接；所述控制器通过导线分别与第一电动阀、第二电动阀控制连接。

9.如权利要求8所述的一种液氧输送管振动试验装置，其特征在于，所述压力平衡器的顶部设置压力表、压力传感器、安全阀，其底部设置温度计、温度传感器；所述控制箱通过导线分别与压力传感器、温度传感器控制连接。

10.一种权利要求9所述的液氧输送管振动试验装置的试验方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据液氧输送管的具体形状和试验要求设置适宜的工装和龙门架；

步骤2、搭建龙门架，将工装固定连接至振动台，将压力平衡器安装固定至龙门架的顶梁上方，将液氮罐稳定放置于龙门架外一侧；

步骤3、将液氧输送管的三端分别与上支撑架、工装、侧支撑架初步连接，将液氧输送管的三端分别通过各自的连接法兰与低温加载平衡系统中的第二低温软管、第二手动阀门、第一手动阀门固定连接；

步骤4、根据液氧输送管初步安装状态，并基于空间力及力矩平衡，安装适宜的悬吊系统；

步骤5、启动低温加载平衡系统，对液氧输送管冲压后低温加载，在渐进的低温加载过程中，将该振动试验装置调整至平衡状态，再将所述初步连接进一步设置为紧固连接；

步骤6、将该振动试验装置连接至测量系统和控制系统，并对测量系统和控制系统进行调试；

步骤7、向该振动试验装置加载静位移载荷；

步骤8、向该振动试验装置加注液氮；

步骤9、向该振动试验装置加载压力；

步骤10、根据不同的试验条件对所述液氧输送管依次施加不同类型的振动，直至试验完成。