CN116337368B - 一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气密性测试技术领域，具体为一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统，包括：气瓶、预冷槽、液氮槽，气瓶置于液氮槽中，与置于预冷槽中的预冷盘管通过管道连接；预冷盘管通过管道连接有换热盘管，换热盘管分别与高压氦气瓶组、中压氦气瓶组和低压氦气瓶组C通过管道连接；预冷槽和液氮槽均通过管道与液氮加注罐连接，可以实现超低温/常温交变环境下气瓶气密性的测试，有利于气瓶在极端工况下的可靠性的提升，也有利于运载火箭的安全服役。
Description
技术领域
本发明涉及气密性测试技术领域，具体为一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统。
背景技术
增压气瓶是运载火箭推进剂贮箱的主要附件，为贮箱内的推进剂提供稳定压力。目前，常用的增压气瓶均置于贮箱外部，不利于火箭的整体布局及发挥增压气瓶的增压效率。可置于贮箱内部的增压气瓶是当前国内外航天运载技术的发展方向。运载火箭的推进剂通常为液氧与液氢，增压气瓶内的气体为高压氦气，在推进剂加注消耗以及氦气充放过程中，气瓶将面临超高温差与超高压力差的工作环境，增压气瓶在此极端工况下的可靠性对运载火箭的安全服役至关重要。现有技术中尚未出现超低温(液氮)/常温交变环境下气瓶气密性的测试方法与系统。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，包括如下步骤：
S1.操作台设置打压压力一，预增气进气口气动阀自动打开，气瓶打压至设置的打压压力一后，操作台停止自动补压，预增气进气口气动阀自动关闭，打开电动阀泄压完成氦气置换；
S2.操作台恢复自动补压，气瓶充保护氦气，打开液氮进气动阀、液氮槽进截止阀、预冷槽进截止阀，加注液氮；预冷槽中液氮超过所有预冷盘管、液氮槽中液氮超过气瓶瓶口上方一定高度后，关闭液氮进气动阀、液氮槽进截止阀、预冷槽进截止阀；
S3.操作台设置打压压力二，具体为：
打开截止阀E，使用低压氦气瓶组C进行直通平衡法增压，待低压氦气瓶组C与气瓶压力平衡后，关闭截止阀E；
打开截止阀F，使用中压氦气瓶组进行直通平衡法增压，待中压氦气瓶组与气瓶压力平衡后，关闭截止阀F；
打开截止阀A，使用高压氦气瓶组进行直通平衡法增压，直至气瓶压力达到设置的打压压力二；
S4.进行设置的打压压力二保压计时，要求设定时间内压降不超过监测值，超过监测值则自动补压至设置的打压压力二后重新计时保压设定时间；达到设置的打压压力二并保压设定时间压降不超过监测值后，操作台关闭自动补压，预增气进气口气动阀自动关闭，关闭截止阀A，进行氦气泄露量检测；
S5.打开电动阀开始泄压至1MPa，记录泄压时间，表征放气性能；
S6.打开截止阀B、截止阀C，使用低压氦气瓶组A通过增压泵对高压氦气瓶组补压，补压结束后关闭截止阀B、截止阀C；
S7.打开电动阀释放所有压力，打开液氮出气动阀、液氮槽出截止阀、预冷槽出截止阀，通过排液管道排出液氮，恢复常温；
S8.重复步骤S3，操作台关闭自动补压，预增气进气口气动阀自动关闭，关闭截止阀A，进行氦气泄露量检测；
S9.重复步骤S2~S8，打开电动阀释放所有压力，完成测试，取出气瓶。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，重复进行多次氦气置换，排净气瓶内的空气。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法的优选方案，其中：所述步骤S4中，采用吸枪式氦气检测仪进行氦气泄露量检测。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法的优选方案，其中：所述步骤S5中，通过1~5mm截流孔板进行泄压。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法的优选方案，其中：所述步骤S7、S9中，在打开电动阀释放所有压力之前，还包括，
打开截止阀C、截止阀D对高压氦气瓶组进行直通回收氦气，回收至高压氦气瓶组与气瓶压力平衡，关闭截止阀C、截止阀D；
打开截止阀F，对中压氦气瓶组进行直通回收氦气，回收至中压氦气瓶组与气瓶压力平衡，关闭截止阀F；
打开截止阀E，对低压氦气瓶组C进行直通回收氦气，回收至低压氦气瓶组C与气瓶压力平衡，关闭截止阀E；
操作台设置回收压力为1MPa，开始对预增气进气口气动阀处低压氦气瓶组B进行回收，氦气回收出口气动阀自动打开，回收至1MPa后，氦气回收出口气动阀自动关闭。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，包括：
气瓶、预冷槽、液氮槽，
气瓶置于液氮槽中，与置于预冷槽中的预冷盘管通过管道连接；
预冷盘管通过管道连接有换热盘管，换热盘管分别与高压氦气瓶组、中压氦气瓶组和低压氦气瓶组C通过管道连接；
预冷槽和液氮槽均通过管道与液氮加注罐连接。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统的优选方案，其中：换热盘管通过管道还依次连接有操作台和低压氦气瓶组B。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统的优选方案，其中：所述气瓶还连接有氦气检测仪和温度检测显示器。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统的优选方案，其中：高压氦气瓶组设置有弹簧安全阀。
作为本发明所述的一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统的优选方案，其中：高压氦气瓶组还通过管路依次与增压泵和低压氦气瓶组A连接。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统，包括：气瓶、预冷槽、液氮槽，气瓶置于液氮槽中，与置于预冷槽中的预冷盘管通过管道连接；预冷盘管通过管道连接有换热盘管，换热盘管分别与高压氦气瓶组、中压氦气瓶组和低压氦气瓶组C通过管道连接；预冷槽和液氮槽均通过管道与液氮加注罐连接，可以实现超低温/常温交变环境下气瓶气密性的测试，有利于气瓶在极端工况下的可靠性的提升，也有利于运载火箭的安全服役。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统示意图。
附图标号说明：
1-液氮进气动阀，2-液氮槽进截止阀，3-预冷槽进截止阀，4-预增气进气口气动阀，5-氦气回收出口气动阀，6-截止阀A，7-电动阀，8-液氮出气动阀，9-液氮槽出截止阀，10-预冷槽出截止阀，11-截止阀B、12-截止阀C，13-截止阀D，14-截止阀E，15-截止阀F；
20-气瓶，21-氦气检测仪，22-预冷槽，23-液氮槽，24-温度检测显示器，25-预冷盘管，26-换热盘管，27-液氮加注罐，28-排液管道，29-低压氦气瓶组A，30-增压泵，31-弹簧安全阀，32-高压氦气瓶组，33-操作台，34-低压氦气瓶组B，35-气源，36-低压氦气瓶组C，37-中压氦气瓶组。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法及系统，尤其是一种作为运载火箭推进剂贮箱的主要附件的增压气瓶的气密性测试方法及系统。本发明测试气瓶充压是通过直通平衡法，这样可以在气瓶压力较低时保证打压效率。当气瓶内压力较高时，直通平衡法将无法继续给气瓶充压至设置的打压压力二，此时，操作台内的打压泵就会起作用，将高压氦气瓶内的气体打至气瓶内，使其达到设置的打压压力二；回收的其实和打压类似，也是通过直通平衡法，也是为了保证回收效率。但当气瓶内压力较低时，已不能回收至低压氦气瓶组，这个时候就在操作台设置回收压力至1MPa，操作台中有回收泵，回收泵就继续将试验气瓶中的氦气回收至低压氦气瓶组B直至试验气瓶内的压力为1MPa，回收泵停止工作。
如图1所示，本发明实施例提供一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，包括：气瓶20、预冷槽22、液氮槽23，
气瓶20置于液氮槽23中，与置于预冷槽22中的预冷盘管25通过管道连接；
预冷盘管25通过管道连接有换热盘管26，换热盘管26分别与高压氦气瓶组32、中压氦气瓶组37和低压氦气瓶组C36通过管道连接；系统中的预冷槽22和预冷盘管25，是为了给低温环境试验时打压的氦气进行预冷，防止打入气瓶内的气体收缩剧烈，导致气瓶压降过大，增加测试耗时；系统中的换热盘管26则是为了若在低温环境下回收氦气，可以将回收出来的氦气进行预热，防止氦气瓶内气体恢复常温后自增压剧烈，产生安全隐患。
预冷槽22和液氮槽23均通过管道与液氮加注罐27连接；
换热盘管26通过管道还依次连接有操作台33和低压氦气瓶组B34；
所述气瓶20还连接有氦气检测仪21和温度检测显示器24；
高压氦气瓶组32设置有弹簧安全阀31；
高压氦气瓶组32还通过管路依次与增压泵30和低压氦气瓶组A29连接。
本发明实施例采用上述超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统进行超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，包括如下步骤：
S1.操作台33设置打压压力一为1MPa，开始运行程序，预增气进气口气动阀4自动打开，气瓶20打压至设置的打压压力一1MPa后，操作台停止自动补压，预增气进气口气动阀4自动关闭，打开电动阀7泄压至0.1MPa完成氦气置换，重复进行20次氦气置换（1MPa~0.1MPa），排净气瓶20内的空气。
S2.操作台33恢复自动补压，气瓶20充1MPa保护氦气，打开液氮进气动阀1、液氮槽进截止阀2、预冷槽进截止阀3，加注液氮；预冷槽22中液氮超过所有预冷盘管25、液氮槽23中液氮超过气瓶20瓶口上方一定高度（可以根据测试要求设定，例如8cm、10cm等等）后（瓶口上方一定高度处温度为-192°C），关闭液氮进气动阀1、液氮槽进截止阀2、预冷槽进截止阀3；
S3.操作台33设置打压压力二（可以根据测试要求设定，例如35MPa、36MPa等等），具体为：
打开截止阀E14，使用低压氦气瓶组C36（5~15MPa）进行直通平衡法增压，待低压氦气瓶组C36与气瓶20压力平衡后，关闭截止阀E14；
打开截止阀F15，使用中压氦气瓶组37（15~20MPa）进行直通平衡法增压，待中压氦气瓶组37与气瓶20压力平衡后，关闭截止阀F15；
打开截止阀A6，使用高压氦气瓶组32（35~40MPa）进行直通平衡法增压，直至气瓶20压力达到设置的打压压力二；
S4.进行设置的打压压力二保压计时，要求设定时间内（可以根据测试要求设定，例如8min、10min、12min等等）压降不超过监测值（可以根据测试要求设定，例如0.5MPa、0.8MPa、1MPa等等），超过监测值则自动补压至设置的打压压力二后重新计时保压设定时间；达到设置的打压压力二并保压设定时间压降不超过监测值后，操作台33关闭自动补压，预增气进气口气动阀4自动关闭，关闭截止阀A6，进行氦气泄露量检测，要求氦气浓度可以根据测试要求设定，例如不超过1ppm、不超过2ppm等等。
S5.打开电动阀7开始泄压至1MPa，记录泄压时间，表征放气性能；
S6.打开截止阀B11、截止阀C12，使用低压氦气瓶组A29通过增压泵30对高压氦气瓶组32补压，补压结束后关闭截止阀B11、截止阀C12；
S7.打开电动阀7释放所有压力，打开液氮出气动阀8、液氮槽出截止阀9、预冷槽出截止阀10，通过排液管道28开始排出液氮，恢复常温；
S8.重复步骤S3，操作台33关闭自动补压，预增气进气口气动阀4自动关闭，关闭截止阀A6，进行氦气泄露量检测，要求氦气浓度可以根据测试要求设定，例如不超过1ppm、不超过2ppm等等。
S9.重复步骤S2~S8（重复次数可以根据测试要求设定，例如3次、5次、7次等等），打开电动阀7释放所有压力，完成测试，取出气瓶。
进一步的，液氮进气动阀1、预增气进气口气动阀4、氦气回收出口气动阀5、液氮出气动阀8均与气源35连接，气源35采用0.8MPa气源；
进一步的，所述步骤S1中，重复进行20次氦气置换（1MPa~0.1MPa），排净气瓶20内的空气。
进一步的，所述步骤S4中，采用吸枪式氦气检测仪21进行氦气泄露量检测。
进一步的，所述步骤S5中，通过1~5mm截流孔板进行泄压。
进一步的，所述步骤S7、S9中，在打开电动阀7释放所有压力之前，还包括，
打开截止阀C12、截止阀D13对高压氦气瓶组32进行直通回收氦气，回收至高压氦气瓶组32与气瓶20压力平衡，关闭截止阀C12、截止阀D13；
打开截止阀F15，对中压氦气瓶组37进行直通回收氦气，回收至中压氦气瓶组37与气瓶20压力平衡，关闭截止阀F15；
打开截止阀E14，对低压氦气瓶组C36进行直通回收氦气，回收至低压氦气瓶组C36与气瓶20压力平衡，关闭截止阀E14；
操作台33设置回收压力为1MPa，开始对预增气进气口气动阀4处低压氦气瓶组B34进行回收，氦气回收出口气动阀5自动打开，回收至1MPa后，氦气回收出口气动阀5自动关闭。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.操作台设置打压压力一，气瓶打压至设置的打压压力一后，操作台停止自动补压，泄压完成氦气置换；
S2.操作台恢复自动补压，气瓶充保护氦气，加注液氮；预冷槽中液氮超过所有预冷盘管、液氮槽中液氮超过气瓶瓶口上方一定高度后停止加注液氮；
S3.操作台设置打压压力二；
S4.进行设置的打压压力二保压计时，要求设定时间内压降不超过监测值，超过监测值则自动补压至设置的打压压力二后重新计时保压设定时间；达到设置的打压压力二并保压设定时间压降不超过监测值后，操作台关闭自动补压，进行氦气泄露量检测；
S5.泄压至1MPa，记录泄压时间，表征放气性能；
S6.使用低压氦气瓶组A通过增压泵对高压氦气瓶组补压；
S7.打开电动阀释放所有压力，通过排液管道排出液氮，恢复常温；
S8.重复步骤S3，操作台关闭自动补压，进行氦气泄露量检测；
S9.重复步骤S2~S8，打开电动阀释放所有压力，完成测试，取出气瓶；
所述步骤S7、S9中，在打开电动阀释放所有压力之前，还包括，
打开截止阀C、截止阀D对高压氦气瓶组进行直通回收氦气，回收至高压氦气瓶组与气瓶压力平衡，关闭截止阀C、截止阀D；
打开截止阀F，对中压氦气瓶组进行直通回收氦气，回收至中压氦气瓶组与气瓶压力平衡，关闭截止阀F；
打开截止阀E，对低压氦气瓶组C进行直通回收氦气，回收至低压氦气瓶组C与气瓶压力平衡，关闭截止阀E；
操作台设置回收压力为1MPa，开始对预增气进气口气动阀处低压氦气瓶组B进行回收，氦气回收出口气动阀自动打开，回收至1MPa后，氦气回收出口气动阀自动关闭；
所述测试方法采用的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，包括：
气瓶、预冷槽、液氮槽，
气瓶置于液氮槽中，与置于预冷槽中的预冷盘管通过管道连接，预冷槽中的预冷盘管还通过管道连接有置于预冷槽外部的电磁阀；
预冷盘管通过管道连接有换热盘管，换热盘管分别与高压氦气瓶组、中压氦气瓶组和低压氦气瓶组C通过管道连接；换热盘管与高压氦气瓶组连接的管道上依次设置有截止阀D、截止阀C；换热盘管与中压氦气瓶组连接的管道上设置有截止阀F；换热盘管与低压氦气瓶组C连接的管道上设置有截止阀E；
预冷槽和液氮槽均通过管道与液氮加注罐连接；
高压氦气瓶组还通过管路依次与增压泵和低压氦气瓶组A连接；
换热盘管通过管道还依次连接有操作台和低压氦气瓶组B；操作台与低压氦气瓶组B通过两个管道分别连接，两根管道上分别设置有预增气进气口气动阀、氦气回收出口气动阀。
2.根据权利要求1所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，其特征在于，所述步骤S1中，重复进行多次氦气置换，排净气瓶内的空气。
3.根据权利要求1所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用吸枪式氦气检测仪进行氦气泄露量检测。
4.根据权利要求1所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，其特征在于，所述步骤S5中，通过1~5mm截流孔板进行泄压。
5.一种超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，用于实现权利要求1-4任一项所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试方法，其特征在于，包括：
气瓶、预冷槽、液氮槽，
气瓶置于液氮槽中，与置于预冷槽中的预冷盘管通过管道连接，预冷槽中的预冷盘管还通过管道连接有置于预冷槽外部的电磁阀；
预冷盘管通过管道连接有换热盘管，换热盘管分别与高压氦气瓶组、中压氦气瓶组和低压氦气瓶组C通过管道连接；换热盘管与高压氦气瓶组连接的管道上依次设置有截止阀D、截止阀C；换热盘管与中压氦气瓶组连接的管道上设置有截止阀F；换热盘管与低压氦气瓶组C连接的管道上设置有截止阀E；
预冷槽和液氮槽均通过管道与液氮加注罐连接；
高压氦气瓶组还通过管路依次与增压泵和低压氦气瓶组A连接；
换热盘管通过管道还依次连接有操作台和低压氦气瓶组B；操作台与低压氦气瓶组B通过两个管道分别连接，两根管道上分别设置有预增气进气口气动阀、氦气回收出口气动阀。
6.根据权利要求5所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，其特征在于，所述气瓶还连接有氦气检测仪和温度检测显示器。
7.根据权利要求5所述的超低温/常温交变环境下气瓶气密性测试系统，其特征在于，高压氦气瓶组设置有弹簧安全阀。
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