CN110542018B - 一种加压实验系统及实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加压实验系统及实现方法，本发明实施例设置加压实验系统，该加压实验系统中包括实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。这样，本发明实施例就在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。
Description
技术领域
本发明涉及实验技术领域，特别涉及一种加压实验系统及实现方法。
背景技术
在卫星平台进行的空间实验为各个领域提供了大量的实验数据及实验结果，不同类型的各种实验都在卫星平台进行实施。在卫星平台进行实验的成本很高，包括发射成本、实验能源成本及在空间轨道运行成本等。为了降低研究实验成本，在实验设计和规划方面尽可能遵循低成本及高可靠性的原则，在卫星平台中设置的实验系统尽可能完成多项不同实验，因此，在设置实验系统时，采用专用性实验系统向通用性实验系统靠拢的指导思想，尽可能对设置的实验系统的功能进行拓展。更进一步地，考虑到卫星平台环境的复杂性，所设置的实验系统需要尽可能地避免对外界环境的依赖。
在卫星平台中实现加压实验时，就是在卫星平台中构造一个加压实验系统，该系统进行加压操作，使得该加压系统具有实验所需的压力环境。但是，在加压完成后，加压系统会将加压完成后的气体排到卫星平台的废气系统，造成气体的浪费，增加了卫星平台的气体运输成本，频繁地更换装载加压实验系统所需的气体的气瓶造成了不容易实施。
同样地，在地面上的加压实验系统，在加压完成后，也会将加压完成后的气体排到设置的废气系统或直接排放到环境中，造成了气体的浪费及气体对环境的污染。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种加压实验系统。该能能够在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。
本发明实施例还提供一种加压实验实现方法，该方法能够在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。
本发明实施例是这样实现的：
一种加压实验系统，包括：实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，其中，
气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口，另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
所述气体储存与供应单元由充气单向阀、储气瓶、第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀串联组成，其中，
在为实验腔体加压时，关闭充气单向阀，依次打开第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀，使得储气瓶中的气体通过气体入口输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀；
在排出实验腔体的气体时，开启充气单向阀，依次关闭第一截止阀、减压阀、第二截止阀、及第一电磁阀，将气体回收与复用单元从实验腔体回收的气体通过充气单向阀输入到储气瓶中。
在所述储气瓶与第一截止阀之间中置有第一压力传感器，检测储气瓶的压力；
在第一截止阀与第二截止阀之间中置有第二压力传感器，检测气体储存与供应单元中的气道中传输的气体压力；
在第一电磁阀与气体入口之间置有安全阀，当气体储存与供应单元中的气道中传输的气体不安全时，关闭。
所述气体回收与复用单元由升压泵、稳压瓶、及第二电子阀串联组成，其中，
在排出实验腔体的气体时，打开第二电子阀，启动升压泵，实验腔体回收的气体通过气体出口，依次经过稳压瓶和升压泵后，传输到气体储存与供应单元中；
在为实验腔体加压时，关闭第二电子阀。
在所述气体回收与复用单元中，还包括第三压力传感器，位于升压泵与稳压瓶之间且监测所述气体回收与复用单元的压力。
在所述气体回收与复用单元和实验腔体的气体出口之间具有真空单元，其中，真空单元包括：
机械泵、第三电子阀、过滤器及分子泵进行串联；
在对实验腔体形成一级真空时，打开第三电子阀，启动机械泵，实验腔体中的空气分子在机械泵的作用下，通过气体出口及分子泵后，经过过滤器的过滤后，通过第三电子阀被抽取到机械泵中，直到实验腔体达到分子泵的启动压力后，启动分子泵，继续抽取实验腔体中的空气分子。
所述真空单元中，还包括第四电子阀，一端接入到第三电子阀与过滤器之间，另一端接入到机械泵置有的机械泵单向阀上；
当在对实验腔体抽真空的过程中，第四电子阀关闭；
在为实验腔体加压时，第四电子阀、第三电子阀、机械泵及分子泵关闭；
在为实验腔体排出加压的气体时，打开第四电子阀，直到实验腔体的压力达到升压泵设置的压力后，则打开第三电子阀，启动机械泵，关闭第四电子阀，直到实验腔体的压力达到分子泵的启动压力后，开启分子泵持续排气。
所述实验腔体还接入真空计单元，对实验腔体的真空环境进行监测得到真空值，并显示；
还接入压力计单元，对实验腔体进行压力监测得到压力值，并显示。
一种加压实验实现方法，包括：
设置实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
该方法还包括：
在实验腔体和气体回收与复用单元之间设置真空单元，在对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；真空单元开启分子泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
如上所见，本发明实施例设置加压实验系统，该加压实验系统中包括实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。这样，本发明实施例就在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供的加压实验系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的加压实验实现方法流程图。
附图标记
101-实验腔体
103-气体储存与供应单元
1031-储气瓶
1032-第一截止阀
1033-减压阀
1034-第二截止阀
1035-第一电磁阀
1036-充气单向阀
1037-第一压力传感器
1038-第二压力传感器
1039-安全阀
104-气体回收与复用单元
1041-升压泵
1042-稳压瓶
1043-第二电子阀
1044-第三压力传感器
102-真空单元
1021-机械泵
1022-第三电子阀
1023-过滤器
1024-分子泵
1025-第四电子阀
1026-机械泵单向阀
1011-真空计单元
1012-压力计单元
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明实施例设置加压实验系统，该加压实验系统中包括实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
这样，本发明实施例就在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。
本发明实施例设置的加压实验系统可以应用在地面上，也可以应用在卫星平台中。无论是应用在卫星平台上还是应用在地面上，都可以在实现加压实验的同时，对加压所需气体进行循环回收再利用。以下以应用在卫星平台的加压实验系统如何具体提供加压环境为例进行详细说明。
图1为本发明实施例提供的加压实验系统结构示意图，该加压实验系统设置在卫星平台或地面上中，包括：实验腔体101、气体储存与供应单元103及气体回收与复用单元104，其中，
气体储存与供应单元103通过气体入口连接到实验腔体101中，气体储存与供应单元103通过气体入口将气体输入到实验腔体101中，直到实验腔体101的压力达到设定值；
气体回收与复用单元104的一端接入实验腔体101的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元103，在实验腔体101的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体101的气体，输入到气体储存与供应单元103中储存。
该系统能够为卫星平台或地面上的实验提供加压环境，加压环境是指根据实验需要为实验腔体101充入不同压力的气体，气体成分可以根据实验的需要而定。在背景技术中的卫星平台的压力实验系统是将加压完成后的气体排到卫星平台的废气系统，这不仅造成压力实验系统对外界环境的依赖，限制了其使用的范围，同时造成压力气体的极大浪费，增加了气体运输到卫星平台的运输成本。因此，本发明实施例中的气体回收与复用单元104将实验腔体101中的加压气体压缩回气体储存与供应单元103中，由气体储存与供应单元103中设置的过滤装置，过滤掉气体中夹杂的实验过程中产生的多余成分，完成了气体的再循环利用。
具体地说，气体储存与供应单元103由充气单向阀1036、储气瓶1031、第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035串联组成，其中，
在为实验腔体101加压时，关闭充气单向阀1036，依次打开第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035，使得储气瓶1031中的气体通过气体入口输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035；
在排出实验腔体101的气体时，开启充气单向阀1036，依次关闭第一截止阀1032、减压阀1033、第二截止阀1034、及第一电磁阀1035，将气体回收与复用单元104从实验腔体101回收的气体通过充气单向阀1036输入到储气瓶1031中。
在储气瓶1031中的气体可以是实验腔体101进行压力测试的各种类型气体，比如氩气。
在储气瓶1031与第一截止阀1032之间中置有第一压力传感器1037，检测储气瓶1031的压力，压力大时，则开启减压阀1033；在第一截止阀1032与第二截止阀1034之间中置有第二压力传感器1038，检测气体储存与供应单元103中的气道中传输的气体压力，在第二压力传感器1038位置处，还可以置有温度传感器，用于对气体储存与供应单元103中的气道中的气体温度进行检测。
在第一电磁阀1035与气体入口之间置有安全阀1039，用于当气体储存与供应单元103中的气道中传输的气体不安全时，关闭。在安全阀1039处还置有电磁阀，用于控制安全阀的开闭。
气体回收与复用单元104由升压泵1041、稳压瓶1042、第二电子阀1043串联组成，其中，
在排出实验腔体101的气体时，打开第二电子阀1043，启动升压泵1041，实验腔体101回收的气体通过气体出口，依次经过稳压瓶1042和升压泵1041后，传输到气体储存与供应单元103中；
在为实验腔体101加压时，关闭第二电子阀1043。
在气体回收与复用单元104中，还包括第三压力传感器1044，位于升压泵1041与稳压瓶1042之间，监测升压泵1041与稳压瓶1042之间的压力。
在气体回收与复用单元104中的升压泵1041与充气单向阀1036之间还包括压力传感器和温度传感器，用于对升压泵的压力及温度进行检测。
在本发明实施例中，为了保证实验气体的纯净度，所以实验腔体101在加压时，还需要进行抽真空处理，这时，在气体回收与复用单元104和实验腔体101的气体出口之间具有真空单元102，其中，真空单元102包括：
机械泵1021、第三电子阀1022、过滤器1023及分子泵1024进行串联；
在对实验腔体101形成一级真空时，打开第三电子阀1022，启动机械泵1021，实验腔体101中的空气分子在机械泵1021的作用下，通过气体出口及分子泵1024后，经过过滤器1023的过滤后，通过第三电子阀1022被抽取到机械泵1021中，直到实验腔体101达到分子泵1024的启动压力后，启动分子泵1024，继续抽取实验腔体101中的空气分子，为实验腔体101实现高真空环境。
在该真空单元102中，所述一级真空环境实际上就是低真空环境。
在该真空单元102中，还包括第四电子阀1025，第四电子阀1025的一端接入到第三电子阀1022与过滤器1023之间，另一端接入到机械泵1021置有的机械泵单向阀1026上，当在对实验腔体101抽真空的过程中，第四电子阀1025关闭。
在为实验腔体101加压时，第四电子阀1025、第三电子阀1022、机械泵1021及分子泵1024关闭。
在为实验腔体101排出加压的气体时，打开第四电子阀1025，直到实验腔体的压力达到升压泵1041设置的压力后，则打开第三电子阀1022，启动机械泵1021，关闭第四电子阀1025，直到实验腔体的压力达到分子泵1024的启动压力后，开启分子泵1024持续排气。
在该系统中，分子泵1024实际上就是控制实验腔体101中的空气分子定向流动，使得空气分子持续的排出实验腔体101。
在该系统中，实验腔体101还接入真空计单元1011，对实验腔体101的真空环境进行监测得到真空值，并显示。
在该系统中，实验腔体101还接入压力计单元1012，对实验腔体101进行压力监测得到压力值，并显示。
在该系统中，过滤器1023的作用是对从实验腔体101中抽取的空气分子的杂质进行过滤，避免对机械泵1021的损伤。
在本发明实施例提供的系统中增加了真空单元之后，就可以同时满足抽高真空和加压的两种工况实验，抽高真空不需要外界提供的一级真空环境，加压不需要外界提供的废气接口，加压气体可以循环再利用，得到高集成度、自闭环和再循环利用的真空及加压实验系统。
图2为本发明实施例提供的加压实验实现方法流程图，其具体步骤为：
步骤201、设置实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中；
步骤202、气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
步骤203、气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口。另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
在该方法中，还包括：在实验腔体和气体回收与复用单元之间设置真空单元，在对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；真空单元开启分子泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
在该方法中，真空单元还设置有过滤器，对通过实验腔体与机械泵之间的气道排出的空气分子进行过滤。
在该方法中，还对实验腔体进行实时压力监测和真空监测。
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，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种加压实验系统，其特征在于，所述加压实验系统应用于卫星平台上，包括：实验腔体(101)、气体储存与供应单元(103)及气体回收与复用单元(104)，其中，
气体储存与供应单元(103)通过气体入口连接到实验腔体(101)中，通过气体入口将气体输入到实验腔体(101)中，直到实验腔体(101)的压力达到设定值；
气体回收与复用单元(104)的一端接入实验腔体(101)的气体出口，另一端接到气体储存与供应单元(103)，在实验腔体(101)的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体(101)的气体，输入到气体储存与供应单元(103)中储存；
所述气体储存与供应单元(103)由充气单向阀(1036)、储气瓶(1031)、第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)串联组成，其中，
在为实验腔体(101)加压时，关闭充气单向阀(1036)，依次打开第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)，使得储气瓶(1031)中的气体通过气体入口输入到实验腔体(101)中，直到实验腔体(101)的压力达到设定值，依次关闭第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)；
在排出实验腔体(101)的气体时，开启充气单向阀(1036)，依次关闭第一截止阀(1032)、减压阀(1033)、第二截止阀(1034)、及第一电磁阀(1035)，将气体回收与复用单元(104)从实验腔体(101)回收的气体通过充气单向阀(1036)输入到储气瓶(1031)中；
在所述储气瓶(1031)与第一截止阀(1032)之间中置有第一压力传感器(1037)，检测储气瓶(1031)的压力；
在第一截止阀(1032)与第二截止阀(1034)之间中置有第二压力传感器(1038)，检测气体储存与供应单元(103)中的气道中传输的气体压力；
在第一电磁阀(1035)与气体入口之间置有安全阀(1039)，当气体储存与供应单元(103)中的气道中传输的气体不安全时，关闭；
在所述气体回收与复用单元(104)和实验腔体(101)的气体出口之间具有真空单元(102)，其中，真空单元(102)包括：
机械泵(1021)、第三电子阀(1022)、过滤器(1023)及分子泵(1024)进行串联；
在对实验腔体(101)形成一级真空时，打开第三电子阀(1022)，启动机械泵(1021)，实验腔体(101)中的空气分子在机械泵(1021)的作用下，通过气体出口及分子泵(1024)后，经过过滤器(1023)的过滤后，通过第三电子阀(1022)被抽取到机械泵(1021)中，直到实验腔体(101)达到分子泵(1024)的启动压力后，启动分子泵(1024)，继续抽取实验腔体(101)中的空气分子；
所述真空单元(102)中，还包括第四电子阀(1025)，一端接入到第三电子阀(1022)与过滤器(1023)之间，另一端接入到机械泵(1021)置有的机械泵单向阀(1026)上；
当在对实验腔体(101)抽真空的过程中，第四电子阀(1025)关闭；
在为实验腔体(101)加压时，第四电子阀(1025)、第三电子阀(1022)、机械泵(1021)及分子泵(1024)关闭；
在为实验腔体(101)排出加压的气体时，打开第四电子阀(1025)，直到实验腔体的压力达到升压泵(1041)设置的压力后，则打开第三电子阀(1022)，启动机械泵(1021)，关闭第四电子阀(1025)，直到实验腔体的压力达到分子泵(1024)的启动压力后，开启分子泵(1024)持续排气。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述气体回收与复用单元(104)由升压泵(1041)、稳压瓶(1042)、及第二电子阀(1043)串联组成，其中，
在排出实验腔体(101)的气体时，打开第二电子阀(1043)，启动升压泵(1041)，实验腔体(101)回收的气体通过气体出口，依次经过稳压瓶(1042)和升压泵(1041)后，传输到气体储存与供应单元(103)中；
在为实验腔体(101)加压时，关闭第二电子阀(1043)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述气体回收与复用单元(104)中，还包括第三压力传感器(1044)，位于升压泵(1041)与稳压瓶(1042)之间且监测所述气体回收与复用单元(104)的压力。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述实验腔体(101)还接入真空计单元(1011)，对实验腔体(101)的真空环境进行监测得到真空值，并显示；
还接入压力计单元(1012)，对实验腔体(101)进行压力监测得到压力值，并显示。
5.一种基于权利要求1所述系统的加压实验实现方法，其特征在于，所述实现方法应用于卫星平台上，包括：
设置实验腔体、气体储存与供应单元及气体回收与复用单元，气体储存与供应单元通过气体入口连接到实验腔体中，气体储存与供应单元通过气体入口将气体输入到实验腔体中，直到实验腔体的压力达到设定值；
气体回收与复用单元的一端接入实验腔体的气体出口，另一端接到气体储存与供应单元，在实验腔体的实验完成后，通过气体出口回收实验腔体的气体，输入到气体储存与供应单元中储存。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
在实验腔体和气体回收与复用单元之间设置真空单元，在对实验腔体形成一级真空时，在真空单元设置的机械泵作用下，实验腔体中的空气分子被持续从气体出口排出，直到实验腔体的压力达到真空单元设置的分子泵启动压力；真空单元开启分子泵，继续抽取实验腔体的空气分子，为实验腔体实现高真空环境。
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