CN116222881A - 含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构及方法，所述方法为：对推进系统高压区气瓶和减压阀前充气，气体经系统减压阀进入下游低压区，通过第二工装，将减压阀、减压出口气体与下游贮箱隔离，而后将减压阀出来的气体单独引入测试台；气体从测试台同时进入发动机前、贮箱气腔以及贮箱液腔。充气至P2压力保持不变后，进行低压区气密检查；继续充气，过程中P2压力在系统减压阀锁闭作用下保持不变，继续充气至P1压力达到气瓶工作压力后进行高压区气密检查，最终完成系统气密测试。本发明能够同时向发动机前、贮箱气腔、以及贮箱液腔通入气体，避免了因不同时通气导致的进气速率控制不好，使得膜片位移的风险。

Description

含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构及方法

技术领域

本发明涉及，具体地，涉及一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构及方法，尤其地，涉及一种含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统的气密测试结构及方法。

背景技术

金属膜片贮箱具备与推进剂相容性好、可预包装长期贮存、工作过程有序排放等优点，已广泛运用于各种推进系统中。其中含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统广泛运用于运载火箭、卫星、飞船、探测器及导弹武器的推进系统中。此类推进系统一般由气体供应系统(包括气瓶、充气阀、电爆阀、减压阀、安全阀)、推进剂贮存系统(金属膜片贮箱+加注阀+破裂膜片)、推力输出系统(推力器)及信号采集传输系统(电缆、压力传感器)组成。

推进系统本质上是一种气液传输系统，其常见的故障模式为“漏”，推进系统的密封性测试是一项重要测试，尤其对于有长期在轨工作和长期预包装贮存需求的推进系统。因此，在推进系统地面测试时要尽可能覆盖系统工作压力，提前发现和消除系统泄漏故障。含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统通常采用的气密测试方法有以下2种：

1)方法1

对系统气瓶和减压阀前充气，气体经减压阀后进入贮箱气腔，同时从贮箱气腔测试口将气体引入气密台，再从气密台分2路同时进入贮箱液腔和发动机前。充气至减压阀锁闭后(记录锁闭压力值)进行低压区气密检查；之后继续充气，过程中低压区在减压阀锁闭作用下保持压力不变；充气至气瓶工作压力后进行高压区气密检查。

该方法可以一次充气完成系统低压区和高压区气密检查，并利用系统减压阀，实现低压区充气至减压阀锁闭压力，覆盖系统实际工况。但该方法系统减压阀出来的气体先进入了贮箱气腔、再流经气密台进入贮箱液腔和发动机前，不能保证贮箱气腔和液腔同时进气。存在因进气速率控制不好从而导致贮箱金属膜片上下游压力不平衡，引起膜片位移的风险。该方法在以往的测试过程中，也多次出现了膜片金属膜片气液路存在压差，导致膜片发生位移状态异常，影响贮箱正常使用，更换贮箱的问题。

2)方法2

为了解决方法1不能保证贮箱气腔和液腔同时进气，多次出现膜片发生位移状态异常的问题。方法2采用了分步气密法：

a)步骤：将推进系统减压阀出口管路与贮箱气腔断开，将推进系统减压阀出口管路连接到气密台低压区，对系统气瓶和减压阀前充气，气体经减压阀后进入气密台低压区。充气至减压阀锁闭后(记录锁闭压力值)进行减压阀出口管路气密检查；之后继续充气，过程中低压区在减压阀锁闭作用下保持压力不变；充气至气瓶工作压力后进行高压区气密检查，此过程中，由于出口管路与贮箱气腔断开，因此贮箱及贮箱后段部分均还未进行气密检测。

b)步骤：对贮箱及贮箱后段部分进行气密检测：

将推进系统减压阀出口管路与贮箱气腔正常连接，同时对减压阀前、贮箱气腔、贮箱液腔、发动机前充气，至a)步骤所记录的减压阀锁闭压力记录值后，进行推进系统低压区气密检查。

该方法对高压区和低压区分别进行气密测试，且低压气密时贮箱气腔和液腔同时进气，保证膜片上下游压力平衡，避免了膜片发生位移的问题。但该方法分2次充气，且在b)对贮箱及贮箱后段部分进行气密检测的过程中，没有利用系统减压阀自身锁闭实现低压区气密检查，仅仅是参照a)步骤的记录值确定b)步骤的充气压力，此过程中，可能存在人工记录误差，或b)步骤充压误差等缺陷。

若出现以上任一种误差，可能会导致b)步骤的充气压力与减压阀实际锁闭压力产生偏差。

若低压区气密压力达不到锁闭压力，低压区气密压力达不到锁闭压力则测试不覆盖；若超过锁闭压力则容易引起减压阀过载，对低压充气压力控制精度要求较高。因此，方法2的测试可靠性不高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构及方法。

根据本发明提供的一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，

所述含金属膜片贮箱推进系统为含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统气密测试；

所述含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构包括第一测试口、第二测试口、第三测试口、第四测试口、第五测试口、气密测试台装置以及推进系统；

所述气密测试台装置包括高压供气组件、低压气密组件；

所述第一测试口设置在推进系统所具有的充气阀的入口；

所述第二测试口设置在推进系统所具有推进系统所具有的电爆阀与减压阀之间；

所述第一测试口、第二测试口均与所述高压供气组件连接；

所述第三测试口、第四测试口依次设置在推进系统所具有推进系统所具有的减压阀与含金属膜片的贮箱之间；

所述第五测试口设置在推进系统所具有推进系统所具有的隔离膜片与发动机之间；

所述第三测试口、第四测试口、第五测试口以及金属膜片贮箱所具有的加注口均与所述低压气密组件连接。

优选的，所述第二测试口通过第一工装与所述推进系统连接。

优选的，所述第三测试口通过第二工装与所述推进系统连接。

优选的，所述第四测试口通过第三工装与所述推进系统连接。

优选的，所述第五测试口通过第四工装与所述推进系统连接。

优选的，所述高压供气组件包括高压气源、第一阀门、第一测压件；

所述高压气源通过第一阀门分别与所述第一测试口、第二测试口连接；

所述第一测压件用于测量所述第一阀门后端的压力。

优选的，低压气密组件包括气密测试台低压模块、第二阀门以及第二测压件；

所述气密测试台低压模块包括一个入、三个出口、以及一个排气口；

所述气密测试台低压模块的入口与所述第三测试口连接，三个出口分别与所述第四测试口、加注口、第五测试口连接，排气口通过第二阀门与外界连接；

所述第二测压件用于测量排气口处的气体压力。

优选的，第一工装为三通、第二工装为三通阀、第三工装为三通、第四工装为三通。

根据本发明提供的一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，采用所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，还包括如下步骤：

步骤S1、将第一测试口、第二测试口通过管道与气密测试台装置所具有的高压供气组件出口连接；

步骤S2、将第三测试口与气密测试台低压模块连接，再将气密测试台低压模块分别与第四测试口、加注口、第五测试口连接；

步骤S3，打开第一阀门，气体进入推进系统所具有的气瓶和减压阀，通过减压阀后第三测试口进入密测试台低压模块，从密测试台低压模块同时进入推进系统所具有的发动机前、贮箱气腔以及贮箱液腔；

步骤S4，充气过程中第一测压件压力、第二测压件压力缓慢上升，至第二测压件压力保持不变；而后关闭第一阀门，进行推进系统低压区气密检查；所述推进系统低压区为，推进系统中减压阀之后的部分；

步骤S5、打开第一阀门继续充气、过程中第一测压件压力继续上升，第二测压件压力在系统减压阀锁闭作用下保持不变；

步骤6，充气至第一测压件压力达到气瓶工作压力后，关闭第一阀门，进行推进系统高压区气密检查；推进系统高压区为，所述推进系统中减压阀之前的部分；

步骤7，气密检查完成后，缓慢打开第二阀门进行放气。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过利用气密测试台低压模块，能够同时向发动机前、贮箱气腔、以及贮箱液腔通入气体，避免了因不同时通气导致的进气速率控制不好，引起的贮箱金属膜片上下游压力不平衡，使得膜片位移的风险。

2、本发明利用了减压阀自身锁闭实现低压区气密检查，气密检查全程无需参考记录值，避免了背景技术b)步骤中，由于要参考记录值，可能会发生的低压区气密压力达不到或超过锁闭压力的现象，提高了气密检查的可靠性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为含有金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统原理示意图；其中示出了第一测试口、第二测试口、第三测试口、第四测试口、第五测试口；

图2是本发明的原理示意图；

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，如图1-2所示，所述含金属膜片贮箱推进系统为含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统气密测试；

含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构包括第一测试口3、第二测试口4、第三测试口5、第四测试口6、第五测试口7、气密测试台装置以及推进系统200；在一个优选例中，气密测试台装置为上海空间推进研究所研制的KDD03-16气密测试台装置。

所述气密测试台装置包括高压供气组件1、低压气密组件2；所述第一测试口3设置在推进系统200所具有推进系统200所具有的充气阀101的入口；所述充气阀101安装在推进系统200所具有推进系统200所具有的气瓶100与电爆阀102之间的支路上。

所述第二测试口4设置在推进系统200所具有推进系统200所具有的电爆阀102与减压阀103之间；所述第一测试口3、第二测试口4均与所述高压供气组件1连接；

所述第三测试口5、第四测试口6依次设置在推进系统200所具有推进系统200所具有的减压阀103与含金属膜片的贮箱107之间；所述第五测试口7设置在推进系统200所具有推进系统200所具有的隔离膜片104与发动机105之间；所述第三测试口5、第四测试口6、第五测试口7以及金属膜片贮箱所具有的加注口106均与所述低压气密组件2连接。

所述第二测试口4通过第一工装与所述推进系统连接；所述第三测试口5通过第二工装与所述推进系统连接，所述第四测试口6通过第三工装与所述推进系统连接，所述第五测试口7通过第四工装与所述推进系统连接。在一个优选例中，第一工装为三通、第二工装为三通阀、第三工装为三通、第四工装为三通。

所述高压供气组件1包括高压气源11、第一阀门12、第一测压件13；

所述高压气源11通过第一阀门12分别与所述第一测试口3、第二测试口4连接；所述第一测压件13用于测量所述第一阀门12后端的压力。在一个优选例中，所述第一测压件13为压力表P1。

低压气密组件2包括气密测试台低压模块21、第二阀门23以及第二测压件22；所述气密测试台低压模块21包括一个入、三个出口、以及一个排气口，在一个优选例中，所述气密测试台低压模块21为管道件五通；所述气密测试台低压模块21的入口与所述第三测试口5连接，三个出口分别与所述第四测试口6、加注口106、第五测试口7连接，排气口通过第二阀门23与外界连接；所述第二测压件22用于测量排气口处的气体压力。在一个优选例中，所述第一测压件13为压力表P2。

本发明还提供了一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，采用所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，还包括如下步骤：

步骤S1、将第一测试口3、第二测试口4通过管道与气密测试台装置所具有的高压供气组件1出口连接；通过第一阀门12、第一测压件13实现高压气体的控制；

步骤S2、将第三测试口5与气密测试台低压模块21连接，，再将气密测试台低压模块21分别与第四测试口6、加注口106、第五测试口7连接；具体的为，在被测系统减压阀后第三测试口5设置测试工装(如三通阀)，工装通过管道与气密测试台低压模块21连接，气密测试台低压模块21分别与第四测试口6、加注口106、第五测试口7连接。

步骤S3，缓慢打开第一阀门12，气体进入推进系统200所具有的气瓶100和减压阀103，通过减压阀后第三测试口5进入密测试台低压模块21，从密测试台低压模块21同时进入推进系统200所具有的发动机前、贮箱气腔以及贮箱液腔；

步骤S4，充气过程中第一测压件13压力、第二测压件22压力缓慢上升，至第二测压件22压力保持不变，(此时可记录第二测压件22压力，此压力即为减压阀锁闭压力)，而后关闭第一阀门12，进行推进系统200低压区气密检查，优选的，可采用单点氦质谱检漏法进行推进系统200低压区的气密检查；所述推进系统200低压区为，推进系统减压阀之后的部分；

步骤S5、打开第一阀门12继续充气、过程中第一测压件13压力继续上升，第二测压件22压力在系统减压阀103锁闭作用下保持不变；

步骤6，充气至第一测压件13压力达到气瓶100工作压力后，关闭第一阀门12，进行推进系统200高压区气密检查，优选的，可采用单点氦质谱检漏法进行推进系统200高压区的气密检查；推进系统200高压区为，所述推进系统200中减压阀之前的部分；

步骤7，气密检查完成后，缓慢打开第二阀门23进行放气。

综上所述，本发明的工作原理为：对推进系统200高压区气瓶和减压阀前充气，气体经系统减压阀进入下游低压区，在被测系统减压阀后第三测试口5设置测试工装(如三通阀)，将减压阀103减压出口气体与下游贮箱隔离，将减压阀103出来的气体单独引入测试台；气体从测试台同时进入发动机前、贮箱气腔以及贮箱液腔。充气至P2压力保持不变后(减压阀锁闭，下游压力不变)(此时可记录P2压力)，进行低压区气密检查；继续充气，过程中P2压力在系统减压阀锁闭作用下保持不变，继续充气至P1压力达到气瓶工作压力后进行高压区气密检查，最终完成系统气密测试。

本发明在被测推进系统金属膜片贮箱的气腔上游测试口设置特殊测试工装(如三通)；对气瓶100和减压阀前第二测试口4充气，通过测试工装如三通阀将气体与贮箱隔离并引入气密测试台低压模块21；通过气密测试台低压模块21将气体分为3路后同时引入贮箱气腔、贮箱液腔、发动机前；充气至减压阀103锁闭压力后(此时可通过记录的第二测压件22压力与设计的减压阀锁闭压力进行对比，以测试减压阀的实际锁闭压力是否准确)进行减压阀103后低压区气密检查；继续充气(减压阀锁闭后低压区压力不变)至气瓶100工作压力后进行减压阀前高压区气密检查。通过步骤1至步骤7完成测试，通过对充气过程中减压阀锁闭压力测试、系统低压气密检查和系统高压气密检查，最终完成系统气密测试。

本发明通过一次充气完成含有金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统的高压区和低压区气密检查。在覆盖减压阀锁闭压力的同时保证了贮箱金属膜片前后同时进气，避免了气密过程中贮箱金属膜片发生位移问题。取得了提升测试效率、控制测试风险、保证测试覆盖性的有益效果，保障了推进系统长期在轨工作、长期预包装贮存使用的可靠性。

本发明能够保证系统气密性满足实际使用工况要求，同时不会引起测试风险，能够有效提升推进系统长期在轨工作和预包装长期贮存的工作可靠性。本发明有效的解决了含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统的气密测试问题，有效提升了测试效率、控制了测试风险、保证了测试覆盖性，保障了推进系统长期在轨工作、长期贮存的可靠性。本发明可应用到所有含有金属膜片贮箱的恒压挤压式推进系统(单组元、双组元推进系统以及多元推进系统)以及其他具有类似结构及工作原理的气液传输系统中。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，

所述含金属膜片贮箱推进系统为含金属膜片贮箱的单组元恒压挤压式推进系统气密测试；

所述含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构包括第一测试口(3)、第二测试口(4)、第三测试口(5)、第四测试口(6)、第五测试口(7)、气密测试台装置以及推进系统(200)；

所述气密测试台装置包括高压供气组件(1)、低压气密组件(2)；

所述第一测试口(3)设置在推进系统(200)所具有的充气阀(101)的入口；

所述第二测试口(4)设置在推进系统(200)所具有推进系统(200)所具有的电爆阀(102)与减压阀(103)之间；

所述第一测试口(3)、第二测试口(4)均与所述高压供气组件(1)连接；

所述第三测试口(5)、第四测试口(6)依次设置在推进系统(200)所具有推进系统(200)所具有的减压阀(103)与含金属膜片的贮箱(107)之间；

所述第五测试口(7)设置在推进系统(200)所具有推进系统(200)所具有的隔离膜片(104)与发动机(105)之间；

所述第三测试口(5)、第四测试口(6)、第五测试口(7)以及金属膜片贮箱所具有的加注口(106)均与所述低压气密组件(2)连接。

2.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，所述第二测试口(4)通过第一工装与所述推进系统连接。

3.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，所述第三测试口(5)通过第二工装与所述推进系统连接。

4.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，所述第四测试口(6)通过第三工装与所述推进系统连接。

5.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，所述第五测试口(7)通过第四工装与所述推进系统连接。

6.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，所述高压供气组件(1)包括高压气源(11)、第一阀门(12)、第一测压件(13)；

所述高压气源(11)通过第一阀门(12)分别与所述第一测试口(3)、第二测试口(4)连接；

所述第一测压件(13)用于测量所述第一阀门(12)后端的压力。

7.根据权利要求1所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，低压气密组件(2)包括气密测试台低压模块(21)、第二阀门(23)以及第二测压件(22)；

所述气密测试台低压模块(21)包括一个入、三个出口、以及一个排气口；

所述气密测试台低压模块(21)的入口与所述第三测试口(5)连接，三个出口分别与所述第四测试口(6)、加注口(106)、第五测试口(7)连接，排气口通过第二阀门(23)与外界连接；

所述第二测压件(22)用于测量排气口处的气体压力。

8.根据权利要求7所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，第一工装为三通、第二工装为三通阀、第三工装为三通、第四工装为三通。

9.一种含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的含金属膜片贮箱推进系统的气密测试结构，还包括如下步骤：

步骤S1、将第一测试口(3)、第二测试口(4)通过管道与气密测试台装置所具有的高压供气组件(1)出口连接；

步骤S2、将第三测试口(5)与气密测试台低压模块(21)连接，再将气密测试台低压模块(21)分别与第四测试口(6)、加注口(106)、第五测试口(7)连接；

步骤S3，打开第一阀门(12)，气体进入推进系统(200)所具有的气瓶(100)和减压阀(103)，通过减压阀后第三测试口(5)进入密测试台低压模块(21)，从密测试台低压模块(21)同时进入推进系统(200)所具有的发动机前、贮箱气腔以及贮箱液腔；

步骤S4，充气过程中第一测压件(13)压力、第二测压件(22)压力缓慢上升，至第二测压件(22)压力保持不变；而后关闭第一阀门(12)，进行推进系统(200)低压区气密检查；所述推进系统(200)低压区为，推进系统(200)中减压阀之后的部分；

步骤S5、打开第一阀门(12)继续充气、过程中第一测压件(13)压力继续上升，第二测压件(22)压力在系统减压阀(103)锁闭作用下保持不变；

步骤6，充气至第一测压件(13)压力达到气瓶(100)工作压力后，关闭第一阀门(12)，进行推进系统(200)高压区气密检查；推进系统(200)高压区为，所述推进系统(200)中减压阀之前的部分；

步骤7，气密检查完成后，缓慢打开第二阀门(23)进行放气。

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