CN110595783A - 一种泵压式液流试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵压式液流试验系统，该液流试验系统包括：高压变频模块、多级泵机组模块、工艺管路模块、测控模块、配气模块和供水模块。其中，高压变频模块与多级泵机组模块连接，用于进行控制多级泵机组模块。多级泵机组模块用于为试验产品提供所需的流量及压力。工艺管路模块用于为试验系统提供流体的输送和排放的路径。测控模块用于在试验时对该液流试验系统的状态进行实时监测、控制以及试验数据记录。配气模块用于为该液流试验系统及试验产品提供所需工艺控制气、吹除气。供水模块用于为试验系统提供稳定充足的液态水源。本发明提供的液流试验系统试验功能全面、试验的数值范围大、试验精度高，极大的提升了试验系统的灵活性。

Description

一种泵压式液流试验系统

技术领域

本发明涉及液流试验技术领域，尤其涉及泵压式液流试验，具体为一种泵压式液流试验系统。

背景技术

在液体火箭发动机研发、设计及制造过程中，为验证发动机各个零、部组件设计和加工的正确性。需要对各零部组件进行液流试验，以验证其流量特性、流阻特性、流态性能等性能参数。目前必须试验的发动机组件、零件有：推力室、气蚀管、节流圈、燃气发生器、阀门、喷注器等。试验的种类繁多、流量、压力要求各不相同，且零部件结构、接口尺寸也不同。

目前，针对不同试验产品的液流试验需要设计不同的试验系统。如专利ZL201520683258.6公开了一种液体发动机喷嘴液流试验试验装置，上述液流试验装置的缺点主要有：1.仅能用于液体发动机喷嘴的液流试验；2.测量的流量压力范围小，测量灵活性较差；3.管路的控制、测量元件偏少，难以实现高精度的控制。而专利CN 208653782 U公开了一种用于液体火箭发动机推力室的液流试验装置。上述专利也是针对液体火箭发动机推力室头部喷注器、文氏管及燃气发生器液流试验的需要，难以实现对气蚀管、阀门等的液流试验。而专利CN 108760255A则提供一种小流量泵阀液流试验台装置，该试验装置应用于小流量泵阀产品的水力试验，同样覆盖能力有限。

因此本领域亟需一种试验功能全面、试验范围大且试验精度高的液流试验系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种泵压式液流试验系统，该液流试验系统试验功能全面、试验的数值范围大、试验精度高，极大的提升了试验系统的灵活性。

本发明提供了一种泵压式液流试验系统，该液流试验系统包括：高压变频模块、多级泵机组模块、工艺管路模块、测控模块、配气模块和供水模块，其中，所述高压变频模块与所述多级泵机组模块连接，用于进行控制所述多级泵机组模块；所述多级泵机组模块具有电机、多级离心泵和真空引水装置，用于为试验产品提供所需的流量及压力；所述工艺管路模块包括输水管路、输气管路和真空排气管路，用于为试验系统提供流体的输送和排放路径；所述测控模块用于在试验时对该液流试验系统的状态进行实时监测、控制以及试验数据记录；所述配气模块用于为该液流试验系统及试验产品提供所需工艺控制气、吹除气；以及所述供水模块用于为试验系统提供稳定充足的液态水源。

本发明的具体实施方式中，所述输水管路包括：入口管路、出口管路、主管路和旁通管路，其中，所述入口管路连接所述供水模块和所述多级离心泵，用于将所述供水模块中的液态水输送至所述多级离心泵；以及所述出口管路的一端连接在所述多级离心泵的出口处，所述出口管路的另一端连接所述主管路和旁通管路。

本发明的具体实施方式中，所述入口管路上设置有第一过滤器，用于过滤所述液态水。

本发明的具体实施方式中，所述真空引水装置通过所述真空排气管路连接在所述多级离心泵上，用于排空所述入口管路、所述第一过滤器和所述多级离心泵内的空气。

本发明的具体实施方式中，所述出口管路上设置有第一截止阀、第一压力表和第一压力传感器，其中所述第一截止阀用于控制所述出口管路的开合；所述第一压力表用于显示所述第一截止阀处的压力值；以及所述第一压力传感器用于测量所述出口管路的压力值。

本发明的具体实施方式中，所述主管路上设置有主气动球阀、第二压力传感器、稳流器、流量计、精调节阀、粗调节阀、第三压力传感器和试验产品，其中，所述主气动球阀设置于所述主管路上所述出口管路和所述主管路的交界处，用于控制所述主管路的开合；所述第二压力传感器用于测量主管路上所述主气动球阀附近的压力值；所述稳流器用于稳定所述主管路内的所述液态水的流动状态；所述流量计用于测量所述主管路内所述液态水的流量；所述精调节阀用于小范围调节所述主管路内的流量大小，所述粗调节阀用于大范围调节所述主管路内的流量大小；所述第三压力传感器用于测量通过所述精调节阀和所述粗调节阀后的所述主管路内的流体压力值；以及第三压力传感器和试验产品之间的所述主管路上还设置有第二过滤器，用于过滤所述液态水。

本发明的具体实施方式中，所述旁通管路上设置有旁通气动球阀、第四压力传感器、旁通调节阀，其中，所述旁通气动球阀设置于所述旁通管路上出口管路和旁通管路的交界处，用于控制所述旁通管路的开合；所述第四压力传感器用于测量所述旁通管路上所述旁通气动球阀附近的压力值；所述旁通调节阀用于调节所述旁通管路的流量大小；以及所述旁通管路的末端连接所述供水模块，用于将所述旁通管路内的液态水回流至所述供水模块内。

本发明的具体实施方式中，所述输气管路包括：总管路、阀门控制气管路、吹除气管路、备用气管路和产品控制气管路，其中，所述总管路一端为进气口，另外一端分别连接所述阀门控制气管路、所述吹除气管路、所述备用气管路和所述产品控制气管路，所述总管路上设置有第三过滤器、第二截止阀和第二压力表；以及所述阀门控制气管路、所述吹除气管路、所述备用气管路和所述产品控制气管路上均设置有第三截止阀、减压阀、第三压力表和排气阀。

本发明的具体实施方式中，所述配气模块包括：配气台和集气柱，其中，所述配气台提供系统所需的气体，气体经过所述输气管路流至所述集气柱；以及所述阀门控制气管路连接所述集气柱，所述集气柱连接所述主管路和所述旁通管路上的各个阀门，所述集气柱和连接的各个阀门之间设置有第四截止阀，用于控制气体流通。

本发明的具体实施方式中，所述供水模块包括：水箱、液态水制取装置、注水管路、排水管路、第五截止阀和排水泵，其中，所述液态水制取装置制取液态水通过所述注水管路注入所述水箱中；所述排水泵通过所述排水管路将所述水箱内的所述液态水排出；以及所述第五截止阀设置于所述注水管路上，用于控制所述注水管路的开合。

根据上述实施例可知，本发明提供的一种泵压式液流试验系统具有以下益处：相比于现有的液流试验系统，本发明提供的泵压式液流试验系统解决了试验系统功能专一性问题，极大的提高了试验系统的试验范围、提升了试验系统的灵活性，使得试验系统满足多种发动机零部组件的液流试验需求，有效的提高了试验系统的利用率，降低了试验成本。另外，该液流试验系统试验的数值范围更大，试验精度高，为试验提供了更为进准的数据。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

图1为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的原理图。

图2为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的结构示意图。

图3为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的输气管路的结构示意图。

图4为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的配气原理示意图。

图5为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的供电图。

附图标记说明：

1-高压变频模块、2-多级泵机组模块、3-工艺管路模块、4-测控模块、5-配气模块、6-供水模块、7-第一过滤器、8-第一截止阀、9- 主气动球阀、10-稳流器、11-精调节阀、12-粗调节阀、13-试验产品、 14-第二过滤器、15-旁通气动球阀、16-旁通调节阀、17-第三过滤器、 18-第二截止阀、19-第三截止阀、20-减压阀、21-排气阀、22-第四截止阀、23-高压供电线缆、24-电源开关柜、25-变频柜、26-切换柜；

201-电机、202-多级离心泵、203-真空引水装置；

301-输水管路、302-输气管路、303-真空排气管路；

401-第一压力表、402-第一压力传感器、403-第二压力传感器、 404-流量计、405-第三压力传感器、406-第四压力传感器、407-第二压力表、408-第三压力表；

501-配气台、502-集气柱；

601-水箱、602-液态水制取装置、603-注水管路、604-排水管路、 605-第五截止阀、606-排水泵；

3011-入口管路、3012-出口管路、3013-主管路、3014-旁通管路；

3021-总管路、3022-阀门控制气管路、3023-吹除气管路、3024- 备用气管路、3025-产品控制气管路。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

如图1所示为本发明提供的一种泵压式液流试验系统的原理图。图中所示的实施例中，该液流试验系统包括：高压变频模块1、多级泵机组模块2、工艺管路模块3、测控模块4、配气模块5和供水模块6。其中，高压变频模块1与多级泵机组模块2连接，用于进行控制多级泵机组模块2，且给多级泵机组模块2提供电能。多级泵机组模块2具有电机201、多级离心泵202和真空引水装置203，用于为试验产品提供所需的流量及压力。多级离心泵202在电机201的驱动下运转，让试验用的液态水在管道中流转，且转速不同管道内的液体压力不同。工艺管路模块3包括输水管路301、输气管路302和真空排气管路303，用于为试验系统提供流体的输送和排放的路径。测控模块4用于在试验时对该液流试验系统的状态进行实时监测、控制以及试验数据记录。配气模块5用于为该液流试验系统及试验产品提供所需工艺控制气、吹除气。供水模块6用于为试验系统提供稳定充足的液态水源。例如，在具体实施例中，液态水可以为液态水，在以下描述中，将以液态水代替液态水描述，但本领域技术人员应当了解的是，本发明的供水模块所供水源不限于液态水。

本实施例的具体实施方式中，如图2所示，供水模块6包括：水箱601、液态水制取装置602、注水管路603、排水管路604、第五截止阀605和排水泵606。其中，液态水制取装置602制取液态水通过注水管路603注入水箱601中。排水泵606通过排水管路604将水箱 601内的液态水排出。水箱601上设置有液位计、温度传感器和电导率检测仪，用于实时监测水箱601内的液态水的状态，当检测到水质不符合要求时，排水泵606通过排水管路604将水箱601内的液态水排出。第五截止阀605设置于注水管路603上，用于控制注水管路 603的开合。优选的，水箱601的体积为500m³，在保证体积的同时也保证了水量的充足。

本实施例的具体实施方式中，如图2所示，输水管路301包括：入口管路3011、出口管路3012、主管路3013和旁通管路3014。其中，入口管路3011连接供水模块6和多级离心泵202，用于将供水模块6中的液态水输送至多级离心泵202。入口管路3011直接连接水箱601和多级离心泵202，且在水箱601和多级离心泵202之间的入口管路3011上设置有第一过滤器7，用于过滤液态水。出口管路 3012的一端连接在多级离心泵202的出口处，出口管路3012的另一端连接主管路3013和旁通管路3014。本实施例中，多级离心泵202 的入口连接的入口管路3011，多级离心泵202的出口连接的是出口管路3012。

本实施例的具体实施方式中，真空引水装置203通过真空排气管路303连接在多级离心泵202上，用于排空入口管路3011、第一过滤器7和多级离心泵202内的空气。排空气的同时，因为压力的原因，液态水会逐渐充满入口管路3011和多级离心泵202，便于多级离心泵202启动的时候能够对水进行驱动以及加压。

出口管路3012上设置有第一截止阀8、第一压力表401和第一压力传感器402。其中，第一截止阀8用于控制出口管路3012的开合。第一压力表401用于显示第一截止阀8处的压力值。第一压力传感器402用于测量出口管路3012的压力值。

主管路3013上设置有主气动球阀9、第二压力传感器403、稳流器10、流量计404、精调节阀11、粗调节阀12、第三压力传感器405 和试验产品13。其中，主气动球阀9设置于主管路3013上出口管路 3012和主管路3013的交界处，用于控制主管路3013的开合。第二压力传感器403用于测量主管路3013上主气动球阀9附近的压力值。稳流器10用于稳定主管路3013内的液态水的流动状态。流量计404 用于测量主管路3013内液态水的流量。精调节阀11用于小范围调节主管路3013内的流量大小，粗调节阀12用于大范围调节主管路3013 内的流量大小。本实施例中，精调节阀11和粗调节阀12并行设置，这样更有利于对主管路3013内的液态水流量进行控制。第三压力传感器405用于测量通过精调节阀11和粗调节阀12后的主管路3013 内的流体压力值。第三压力传感器405和试验产品13之间的主管路 3013上还设置有第二过滤器14，用于过滤液态水，以供实验产品13 实验使用。

旁通管路3014上设置有旁通气动球阀15、第四压力传感器406、旁通调节阀16。其中，旁通气动球阀15设置于旁通管路3014上出口管路3012和旁通管路3014的交界处，用于控制旁通管路3014的开合。第四压力传感器406用于测量旁通管路3014上旁通气动球阀 15附近的压力值。旁通调节阀16用于调节旁通管路3014的流量大小。另外，旁通管路3014的末端连接供水模块6，用于将旁通管路 3014内的液态水回流至供水模块6内。也就是说将液态水回流至水箱601，以利于循环利用。旁通管路3014的作用是为了协助调节主管路3013的流量以及压力。

本实施例的具体实施方式中，如图3所示，输气管路302包括：总管路3021、阀门控制气管路3022、吹除气管路3023、备用气管路 3024和产品控制气管路3025。其中，总管路3021一端为进气口，另外一端分别连接阀门控制气管路3022、吹除气管路3023、备用气管路3024和产品控制气管路3025，总管路3021上设置有第三过滤器 17、第二截止阀18和第二压力表407。第三过滤器17用于过滤气体。第二截止阀18用于开合总管路3021。第二压力表407用于检测总管路3021上的气体压力。

阀门控制气管路3022、吹除气管路3023、备用气管路3024和产品控制气管路3025上均设置有第三截止阀19、减压阀20、第三压力表408和排气阀21。第三截止阀19用于控制个管路的开合。减压阀 20用于调节各管路的气压大小。第三压力表408用于检测各管路的压力大小。排气阀21用于对各管路进行气体排放，间接达到减压的目的。

本实施例的具体实施方式中，如图4所示，配气模块5包括：配气台501和集气柱502。其中，配气台501提供系统所需的气体，气体经过输气管路302流至集气柱502。配气台501出口连接总管路 3021，然后总管路3021再将气流进行分流。

阀门控制气管路3022连接集气柱502，集气柱502连接主管路 3013和旁通管路3014上的各个阀门，集气柱502和连接的各个阀门之间设置有第四截止阀22，用于控制气体流通。

本实施例的具体实施方式中，如图5所示，高压供电线缆23与电源开关柜61连接，其中该高压供电线缆23的电压达到10KV。启动时切换柜26连接多级泵机组模块2，也就是连接电机201。电源开关柜24上电，变频柜62根据设定的参数输出试验频率，从而使多级离心泵202工作，输出一定流量、压力的液态水。

本实施例的具体实施方式中，测控模块4包括：第一压力表401、第一压力传感器402、第二压力传感器403、流量计404、第三压力传感器405、第四压力传感器406、第二压力表407、第三压力表408。上述检测设备为该液流试验系统提供数据支持，方便进行数据监测和产品性能分析。

试验开始时，真空引水装置203启动，通过真空排气管路303抽取入口管路3011、过滤器7、多级离心泵202内的空气，使水箱601 中水完全灌满多级离心泵202。启动电机201，驱动多级离心泵202 开始工作，多级离心泵202随着转速的提高而输出高压高流量的液态水。当出口管路3012上的第一压力传感器402显示压力达到第一设定值时，开启旁通气动球阀15，此时的旁通管路3014上的旁通调节阀16处于某一开度，旁通管路3014上的第四压力传感器406实时显示旁通管路3014的压力，旁通管路3014的末端连接供水模块6的水箱601，将液态水引流回水箱601中。而出口管路3012上安装第一截止阀8及第一压力表401以便于现场观察出口管路3012的压力。当压力达到第二设定值时，开启主管路3013上的主气动球阀9此时主管路3013上的粗调节阀12处于某一开度，第二压力传感器403则显示主管路3013的压力，稳流器10则稳定液态水的流动状态，保证流量计404测量的流量准确。精调节阀11与粗调节阀12经过计算，配置不同的管路口径、调节流量压力范围，以便对主管路3013的流量压力进行准确调节。第三压力传感器405则显示调节后主管路3013 的压力，第三过滤器17则用于保证进入试验产品前的液态水的质量。整个入口管路3011、出口管路3012、主管路3013和旁通管路3014 组成的管路系统安装在支撑台架上，以保证各仪器、设备以及试验产品的安装及检修空间。液态水通过主管路3013进入试验产品13中。其中主管路3013与试验产品13的连接处为可更换接口，其中可更换接口连接试验产品13的一端根据不同试验产品13的接口尺寸、测量需求进行设计，保证试验系统满足不同产品的试验要求，且能够进行快速的安装。试验产品13固定在工装上，试验泄出的液态水返回至水箱601中。

如图2所述，由于流量压力范围幅度大，考虑到电机功率、多级离心泵功率及效率、阀门控制范围、管路流量流速、测控元件等综合因素，本试验系统分为A和B两套工位系统。A工位试验系统主要可以开展0～30kg/s、0～10MPa的液流试验B工位试验系统主要开展：30～125kg/s、0～6MPa的液流试验。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种泵压式液流试验系统，其特征在于，该液流试验系统包括：高压变频模块(1)、多级泵机组模块(2)、工艺管路模块(3)、测控模块(4)、配气模块(5)和供水模块(6)，其中，

所述高压变频模块(1)与所述多级泵机组模块(2)连接，用于进行控制所述多级泵机组模块(2)；

所述多级泵机组模块(2)具有电机(201)、多级离心泵(202)和真空引水装置(203)，用于为试验产品提供所需的流量及压力；

所述工艺管路模块(3)包括输水管路(301)、输气管路(302)和真空排气管路(303)，用于为试验系统提供流体的输送和排放路径；

所述测控模块(4)用于在试验时对该液流试验系统的状态进行实时监测、控制以及试验数据记录；

所述配气模块(5)用于为该液流试验系统及试验产品提供所需工艺控制气、吹除气；以及

所述供水模块(6)用于为试验系统提供稳定充足的液态水源。

2.根据权利要求1所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述输水管路(301)包括：入口管路(3011)、出口管路(3012)、主管路(3013)和旁通管路(3014)，其中，

所述入口管路(3011)连接所述供水模块(6)和所述多级离心泵(202)，用于将所述供水模块(6)中的液态水输送至所述多级离心泵(202)；以及

所述出口管路(3012)的一端连接在所述多级离心泵(202)的出口处，所述出口管路(3012)的另一端连接所述主管路(3013)和旁通管路(3014)。

3.根据权利要求2所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述入口管路(3011)上设置有第一过滤器(7)，用于过滤所述液态水。

4.根据权利要求3所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述真空引水装置(203)通过所述真空排气管路(303)连接在所述多级离心泵(202)上，用于排空所述入口管路(3011)、所述第一过滤器(7)和所述多级离心泵(202)内的空气。

5.根据权利要求2所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述出口管路(3012)上设置有第一截止阀(8)、第一压力表(401)和第一压力传感器(402)，其中

所述第一截止阀(8)用于控制所述出口管路(3012)的开合；

所述第一压力表(401)用于显示所述第一截止阀(8)处的压力值；以及

所述第一压力传感器(402)用于测量所述出口管路(3012)的压力值。

6.根据权利要求2所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述主管路(3013)上设置有主气动球阀(9)、第二压力传感器(403)、稳流器(10)、流量计(404)、精调节阀(11)、粗调节阀(12)、第三压力传感器(405)和试验产品(13)，其中，

所述主气动球阀(9)设置于所述主管路(3013)上所述出口管路(3012)和所述主管路(3013)的交界处，用于控制所述主管路(3013)的开合；

所述第二压力传感器(403)用于测量主管路(3013)上所述主气动球阀(9)附近的压力值；

所述稳流器(10)用于稳定所述主管路(3013)内的所述液态水的流动状态；

所述流量计(404)用于测量所述主管路(3013)内所述液态水的流量；

所述精调节阀(11)用于小范围调节所述主管路(3013)内的流量大小，所述粗调节阀(12)用于大范围调节所述主管路(3013)内的流量大小；

所述第三压力传感器(405)用于测量通过所述精调节阀(11)和所述粗调节阀(12)后的所述主管路(3013)内的流体压力值；以及

第三压力传感器(405)和试验产品(13)之间的所述主管路(3013)上还设置有第二过滤器(14)，用于过滤所述液态水。

7.根据权利要求2所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述旁通管路(3014)上设置有旁通气动球阀(15)、第四压力传感器(406)、旁通调节阀(16)，其中，

所述旁通气动球阀(15)设置于所述旁通管路(3014)上出口管路(3012)和旁通管路(3014)的交界处，用于控制所述旁通管路(3014)的开合；

所述第四压力传感器(406)用于测量所述旁通管路(3014)上所述旁通气动球阀(15)附近的压力值；

所述旁通调节阀(16)用于调节所述旁通管路(3014)的流量大小；以及

所述旁通管路(3014)的末端连接所述供水模块(6)，用于将所述旁通管路(3014)内的液态水回流至所述供水模块(6)内。

8.根据权利要求1所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述输气管路(302)包括：总管路(3021)、阀门控制气管路(3022)、吹除气管路(3023)、备用气管路(3024)和产品控制气管路(3025)，其中，

所述总管路(3021)一端为进气口，另外一端分别连接所述阀门控制气管路(3022)、所述吹除气管路(3023)、所述备用气管路(3024)和所述产品控制气管路(3025)，所述总管路(3021)上设置有第三过滤器(17)、第二截止阀(18)和第二压力表(407)；以及

所述阀门控制气管路(3022)、所述吹除气管路(3023)、所述备用气管路(3024)和所述产品控制气管路(3025)上均设置有第三截止阀(19)、减压阀(20)、第三压力表(408)和排气阀(21)。

9.根据权利要求8所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述配气模块(5)包括：配气台(501)和集气柱(502)，其中，

所述配气台(501)提供系统所需的气体，气体经过所述输气管路(302)流至所述集气柱(502)；以及

所述阀门控制气管路(3022)连接所述集气柱(502)，所述集气柱(502)连接所述主管路(3013)和所述旁通管路(3014)上的各个阀门，所述集气柱(502)和连接的各个阀门之间设置有第四截止阀(22)，用于控制气体流通。

10.根据权利要求1所述的泵压式液流试验系统，其特征在于，所述供水模块(6)包括：水箱(601)、液态水制取装置(602)、注水管路(603)、排水管路(604)、第五截止阀(605)和排水泵(606)，其中，

所述液态水制取装置(602)制取液态水通过所述注水管路(603)注入所述水箱(601)中；

所述排水泵(606)通过所述排水管路(604)将所述水箱(601)内的所述液态水排出；以及

所述第五截止阀(605)设置于所述注水管路(603)上，用于控制所述注水管路(603)的开合。