CN116520212A - 应用于高压冷氦电磁阀的试验系统 - Google Patents

应用于高压冷氦电磁阀的试验系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，属于阀门的检验检测技术领域，包括：气源输送管路、液氮换热器、一级液氢换热器和二级液氢换热器；所述气源输送管路具有第一换热段、第二换热段和第三换热段；所述第三换热段中适于连通有待测电磁阀；本发明的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，可以实现快速达到试验时所需要的温度和压力条件；且，在降温过程中，采用液氮、液氢分阶段冷却，减少了液氢的使用，降低了介质的消耗成本。

Description

应用于高压冷氦电磁阀的试验系统
技术领域
本发明涉及阀门的检验检测技术领域，具体涉及应用于高压冷氦电磁阀的试验系统。
背景技术
电磁阀是一种利用电磁力进行机械开关动作的自动化基础原件。其中，高压冷氦电磁阀是一种主要用于对超低温高压状态的氦气管路进行输送控制的电磁阀。高压冷氦电磁阀在各型火箭上有大量使用，是各型火箭不可或缺的重要组件，其工作正常与否将直接影响火箭发射。因此，需要在正式装机之前对其火进行可靠性试验，剔除不合格产品。
现有技术中存在较多的电磁阀试验装置，但由于高压冷氦电磁阀的工作环境的特殊性，例如待测电磁阀温度不高于20K，通流氦气温度不高于40K，压力不小于20Mpa等，导致现有技术中缺少一种能够针对高压冷氦电磁阀进行可靠性试验的装置。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中缺少一种能够针对高压冷氦电磁阀进行可靠性试验的装置的缺陷，从而提供一种应用于高压冷氦电磁阀的试验系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，包括：
气源输送管路，一端与气源容器连通；所述气源输送管路具有第一换热段、第二换热段和第三换热段；所述第三换热段中适于连通有待测电磁阀；
液氮换热器；所述第一换热段与所述液氮换热器中的液氮接触换热；
一级液氢换热器；所述第二换热段与所述一级液氢换热器中的液氢接触换热；
二级液氢换热器；所述第三换热段与所述二级液氢换热器中的液氢接触换热；所述二级液氢换热器的液氢适于与待测电磁阀接触，且对所述待测电磁阀冷却。
作为优选方案，还包括：
气源回收容器，进口端与所述气源输送管路的另一端连通；所述气源回收容器的出口端通过气源回收管路与所述气源容器连通。
作为优选方案，还包括：
吹扫管路，一端与所述气源容器的出口端连通；所述吹扫管路的另一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通。
作为优选方案，还包括：
预冷管路，一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通；所述预冷管路的另一端与所述气源回收容器的进口端连通。
作为优选方案， 还包括：
泄压管路，一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通，所述泄压管路的另一端与大气连通；所述泄压管路上设置有排空电磁阀。
作为优选方案，所述泄压管路的起始端连通在所述预冷管路上。
作为优选方案，还包括：
检测管路，一端与所述待测电磁阀的出口端连通；所述检测管路上设置有检漏电磁阀和检漏流量计。
作为优选方案，
所述待测电磁阀的进口端和出口端分别设置有前压力传感器和后压力传感器。
作为优选方案，所述液氮换热器、所述一级液氢换热器和所述二级液氢换热器上均设置有液位温度传感器。
作为优选方案，所述一级液氢换热器出口端依次设置有过滤器和出口温度传感器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，包括：气源容器、液氮换热器、一级液氢换热器和二级液氢换热器；
将待测电磁阀连通设置在二级液氢换热器内，气源容器中的氦气依次通过液氮换热器、一级液氢换热器、二级液氢换热器和待测电磁阀；通过液氮换热器对氦气进行初步降温，降温至液氮温区，即77K左右，然后依次进入到一级液氢换热器和二级液氢换热器对氦气进一步降温冷却至20K；且待测电磁阀的设置在二级液氢换热器内，可以对待测电磁阀本体进行降温，因而该系统提供了一种针对高压冷氦电磁阀的可靠性的试验环境和条件。
同时，上述过程可以实现快速达到试验时所需要的温度和压力条件；且，在降温过程中，采用液氮、液氢分阶段冷却，减少了液氢的使用，降低了介质的消耗成本。
同时，该方案中的温度测试覆盖性更加全面，测试温区由同类现有系统所覆盖的77K向下扩展到20K，从而得到更加接近于实际工作状态的试验数据，结果更具有参考价值。
2.本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，还包括：气源回收容器；与气源容器形成循环，实现对所用氦气的的回收和循环使用。
3.本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，还包括：吹扫管路；在更换待测电磁阀时，二级液氢换热器处于敞口状态，为了防止杂质气体进入到二级液氢换热器中，通过设置吹扫管路和开启回收电磁阀，使得气源容器和回收容器中的氦气始终流向二级液氢换热器的端口处，实现气封，防止杂质气体进入。
4.本发明提供的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，还包括：预冷管路；通过设置预冷管路，在测试待测电磁阀之前，先通过预冷管路对待测电磁阀上游的管路进行预冷，减少待测电磁阀的通电时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本发明的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统的结构示意图。
附图标记说明：
101、气源容器；102、减压器；103、送气电磁阀；104、置换电磁阀；105、出口温度传感器；106、低温过滤器；107、主切电磁阀；108、预冷电磁阀；109、前压力传感器；110、后压力传感器；111、孔板；112、回收电磁阀；113、排空电磁阀；114、检漏电磁阀；115、检漏流量计；116、回收容器；117、回收出口阀；118、压缩机；119、气源入口阀；120、供气压力传感器；121、待测电磁阀；201、液氮贮箱；202、液氮加注管路；203、液氮加注气动阀；204、液氮换热器；205、第一液位温度传感器；301、液氢贮箱；302、液氢加注管路；303、第一液氢加注气动阀；304、第二液氢加注气动阀；305、一级液氢换热器；306、二级液氢换热器；307、排空管；308、阻火器。
实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，如图1所示，包括：气源输送管路、液氮换热器204、一级液氢换热器305和二级液氢换热器306。
气源输送管路的一端与气源容器连通，且气源输送管路具有第一换热段、第二换热段和第三换热段，第三换热段中连通有待测电磁阀。第一换热段与液氮换热器中的液氮接触换热，第二换热段与一级液氢换热器中的液氢接触换热，第三换热段与二级液氢换热器中的液氢接触换热。待测电磁阀与二级液氢换热器的液氢接触、冷却。
在本方案中，第一换热段、第二换热段和第三换热段可以分别理解为液氮换热器的氦气换热管、一级液氢换热器的氦气换热管和二级液氢换热器的氦气换热管。
具体的，液氮换热器204具有流通腔和设置在流通腔内的氦气换热管；气源输送管路与液氮换热器204的氦气换热管的进口端连通，液氮换热器204的流通腔通过液氮加注管路202与液氮贮箱201连通设置，液氮流通腔的上方设置有氮气排气管。在使用时，液氮从液氮贮箱201中通过液氮加注管路202进入到液氮换热器204的流通腔中，而氦气通过气源管路进入到液氮换热器204的氦气换热管中，实现氦气和液氮的换热。
氦气通过气源输送管路进入到一级液氢换热器305；一级液氢换热器305具有流通腔和设置在流通腔内的氦气换热管；气源输送管路与一级液氢换热器305的氦气换热管的进口端连通；一级液氢换热器305的流通腔通过液氢加注管路302与液氢贮箱301连通设置；一级液氢换热器305的流通腔上方设置有第一氢气排气管。在使用时，从液氮换热器204中出来的氦气通过气源输送管路进入到一级液氢换热器305的氦气换热管的进口端；液氢从液氢贮箱301中通过液氢加注管路302进入到一级液氢换热器305的流通腔中，实现氦气和液氢的进一步换热。
氦气从一级液氢换热器305的氦气换热管中出来后通过气源输送管路进入到二级液氢换热器306中；二级液氢换热器306具有流通腔和设置在流通腔内的氦气换热管；气源输送管路与二级液氢换热器306的氦气换热管的进口端连通；二级液氢换热器306的流通腔通过液氢加注管路302与液氢贮箱301连通设置；二级液氢换热器306的流通腔上方设置有第二氢气排气管。进一步的，待测电磁阀121适于设置在二级液氢换热器306的流通腔中，且两端分别与二级液氢换热器306的氦气换热管连通。在使用时，氦流体从一级液氢换热器305的氦气换热管的出口通过气源输送管路进入到二级液氢换热器306的氦气换热管的进口端，然后进入到待测电磁阀121中，再通过氦气换热管流出。
上述过程可以实现快速达到试验时所需要的温度和压力条件；且，在降温过程中，采用液氮、液氢分阶段冷却，减少了液氢的使用，降低了介质的消耗成本。
进一步的，二级液氢换热器306的氦气换热管的出口端通过气源管路连通有回收容器116，回收容器116的出口端与气源容器101的进口端通过气源回收管路连通，在气源回收管路上设置有压缩机118。回收容器116的设置实现了氦气的循环利用。
在气源容器101的出口端的气源管路上设置有减压器102，气源容器101用于存贮高压氦气，工作压力不低于试验压力的1.5倍，减压器102用于将高压氦气减压至所需试验压力。在减压器102和液氮换热器204之间的气源输送管路上设置有送气电磁阀103，送气电磁阀103用于控制下游管路输送氦气。在送气电磁阀103的下游设置有供气压力传感器120，对输送气体的压力进行监测。在液氮换热器204的流通腔内设置有第一液位温度传感器205。在液氮加注管路202上设置有液氮加注气动阀203。
氦气由液氮换热器204的氦气换热管经过气源输送管路进入到一级液氢换热器305的氦气换热管中；在一级液氢换热器305的流通腔内设置有第二液位温度传感器。在一级液氢换热器305的氦气换热管的出口端依次设置有低温过滤器106和出口温度传感器105；低温过滤器106用于对试验系统中的可能产生的多余物质进行阻断；出口温度传感器105用于对一级液氢换热器305的氦气换热管的出口端的温度进行测量。
在低温过滤器106的下游设置有主切电磁阀107，主切电磁阀107用于对主管路上的氦气进行切断。在进入到一级液氢换热器305的流通腔中的液氢加注管路302上设置有第一液氢加注气动阀303。
氦气由一级液氢换热器305的氦气换热管依次经过气源输送管路上的低温过滤器106和主切电磁阀107后进入到二级液氢换热器306的氦气换热管中。在二级液氢换热器306的氦气换热管的进口端和出口端分别设置有前压力传感器109和后压力传感器110；前压力传感器109用于对待测电磁阀121的前压力进行测量，后压力传感器110用于对待测电磁阀121的后压力进行测量。在二级液氢换热器306的流通腔内设置有第三液位温度传感器。在进入到二级液氢换热器306的流通腔中的液氢加注管路302上设置有第二液氢加注气动阀304。
氦气进入到二级液氢换热器306的氦气换热管，经过待测电磁阀121，后又进入到二级液氢换热器306的氦气换热管。在二级液氢换热器306的氦气换热管的出口端的后压力传感器110的下游还依次设置有孔板111和回收电磁阀112。孔板111用于对氦气进行限流，回收电磁阀112用于对进入到回收容器116的氦气进行切断。
氦气由回收容器116通过气源回收管路进入到气源容器101；在气源回收管路的回收容器116到气源容器101的方向上依次设置有回收出口阀117、压缩机118和气源入口阀119。
进一步，在气源输送管路的减压器102的下游连通有吹扫管路的一端，吹扫管路的另一端连通在气源输送管路的主切电磁阀107的下游处，同时，在吹扫管路上设置有置换电磁阀104。
在使用过程中，当需要更换待测电磁阀121的时候，将待测电磁阀121拆下，此时，二级液氢换热器306的氦气换热管的端部处于开放状态，为了防止其他气体进入到管路中；关闭送气电磁阀103，打开置换电磁阀104，由气源容器101中的未经过冷却氦气经过吹扫管路进入到二级液氢换热器306的氦气换热管的一端进行气封；保持回收电磁阀112的开启状态，使回收容器116中的氦气通过气源输送管路返流到二级液氢换热器306的氦气换热管的另一端，进行气封。
为了减少待测电磁阀121的通电时间，设置有预冷管路，进一步，预冷管路的一端与气源输送管路的主切电磁阀107的下游处连通，预冷管路的另一端与气源输送管路的回收电磁阀112的下游处连通；在预冷管路上设置有预冷电磁阀108。
在待测电磁阀的进口端的上游设置有泄压管路，泄压管路上设置有排空电磁阀，在本方案中，泄压管路的起始端连通在预冷管路上。
在使用过程中，当刚刚开始测试第一个待测电磁阀121时，整个管路中还没有达到预期的温度，需要一定的时间才能达到预期的测试温度；为了减少待测电磁阀121的通电时间，先对待测电磁阀121的上游的管路进行预冷；开启送气电磁阀103、主切电磁阀107和预冷电磁阀108，关闭回收电磁阀112，实现对待测电磁阀121的上游的管路进行预冷，当达到预期的测试温度时，关闭预冷电磁阀108，开启回收电磁阀112，对待测电磁阀121进行通电，进行测试。同时，在预冷管路上还设置有排空电磁阀113，在系统故障时，开启预冷电磁阀108、排空电磁阀113，可以对待测电磁阀121的上游的所有管路进行泄压。
进一步，还包括检测管路；检测管路的一端与气源输送管路的二级液氢换热器306和回收电磁阀112的之间处连通；检测管路上依次设置有检漏电磁阀114和检漏流量计115。检漏电磁阀114用于对检测管路进行切断。检测流量计用于对待测电磁阀121的内漏情况进行定量检查。在使用时，关闭待测电磁阀121，使得待测电磁阀121的上游管路具有一定的压力，开启检漏电磁阀114和检漏流量计115，通过检漏流量计115对待测电磁阀121的下游的流量进行测定。
进一步，氮气排气管、第一氢气排气管和第二氢气排气管均与排空管307连通，排空管307上设置有阻火器308。
使用方法及原理
当刚刚开始测试第一个待测电磁阀121时，先对待测电磁阀121的上游的管路进行预冷；开启送气电磁阀103、主切电磁阀107和预冷电磁阀108，关闭回收电磁阀112，实现对待测电磁阀121的上游的管路进行预冷，当达到预期的测试温度时，关闭预冷电磁阀108，开启回收电磁阀112，对待测电磁阀121进行通电，进行测试。
在测试过程中，气源容器101中的氦气先进入到液氮换热器204进行初步的换热冷却，之后进入到一级液氢换热器305中进行进一步的换热冷却，初步达到氦气的温度要求；最后进入到二级液氢换热器306中，进而实现对待测电磁阀121的测定。
在测试待测电磁阀121的内漏情况时，关闭待测电磁阀121，使得待测电磁阀121的上游管路具有一定的压力，开启检漏电磁阀114和检漏流量计115，通过检漏流量计115对待测电磁阀121的下游的流量进行测定。
在更换待测电磁阀121时，关闭送气电磁阀103，打开置换电磁阀104，由气源容器101中的未经过冷却氦气经过吹扫管路进入到二级液氢换热器306的氦气换热管的一端进行气封；保持回收电磁阀112的开启状态，使回收容器116中的氦气通过气源输送管路返流到二级液氢换热器306的氦气换热管的另一端，进行气封。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，包括：
气源输送管路，一端与气源容器连通；所述气源输送管路具有第一换热段、第二换热段和第三换热段；所述第三换热段中适于连通有待测电磁阀；
液氮换热器；所述第一换热段与所述液氮换热器中的液氮接触换热；
一级液氢换热器；所述第二换热段与所述一级液氢换热器中的液氢接触换热；
二级液氢换热器；所述第三换热段与所述二级液氢换热器中的液氢接触换热；所述二级液氢换热器的液氢适于与待测电磁阀接触，且对所述待测电磁阀冷却。
2.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，还包括：
气源回收容器，进口端与所述气源输送管路的另一端连通；所述气源回收容器的出口端通过气源回收管路与所述气源容器连通。
3.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，还包括：
吹扫管路，一端与所述气源容器的出口端连通；所述吹扫管路的另一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通。
4.根据权利要求2所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，还包括：
预冷管路，一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通；所述预冷管路的另一端与所述气源回收容器的进口端连通。
5.根据权利要求4所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于， 还包括：
泄压管路，一端与所述待测电磁阀的进口端的上游连通，所述泄压管路的另一端与大气连通；所述泄压管路上设置有排空电磁阀。
6.根据权利要求5所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，所述泄压管路的起始端连通在所述预冷管路上。
7.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，还包括：
检测管路，一端与所述待测电磁阀的出口端连通；所述检测管路上设置有检漏电磁阀和检漏流量计。
8.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，
所述待测电磁阀的进口端和出口端分别设置有前压力传感器和后压力传感器。
9.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，所述液氮换热器、所述一级液氢换热器和所述二级液氢换热器上均设置有液位温度传感器。
10.根据权利要求1所述的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，其特征在于，所述一级液氢换热器出口端依次设置有过滤器和出口温度传感器。
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