CN204286961U - 应用于低温压力循环寿命测试的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于低温压力循环寿命测试的设备，包括振动发生装置、传动组件、膜盒、波纹管组件与测压连接管，其中波纹管组件经所述测压连接管与所述膜盒连接，所述振动发生装置的运动部件经所述传动组件与所述波纹管组件的传动部件传动连接，并且所述波纹管组件的传动部件与所述测压连接管内腔及所述膜盒一端面之间配合形成填充有不可压缩的低温流体介质的密闭液腔，所述波纹管组件的固定部件及传动部件与所述传动组件之间配合形成填充有可压缩的低温流体介质的密闭气腔。本实用新型结构简单，组装维护成本低，易于操作，并可方便地通过对振动台输出位移和频率的调整，适应不同的压力脉动幅值和频率，保证压力脉动有较高的控制精度。

Description

应用于低温压力循环寿命测试的设备

技术领域

本实用新型特别涉及一种应用于低温压力循环寿命测试的设备,可以应用于模拟火箭燃料输送管道中的压力波动，并用以考核管道上蓄压器膜盒在不可压缩的低温流体介质环境下的疲劳性能。

背景技术

火箭燃料输送管道中的压力脉动的严酷等级由脉动幅值、平衡压力和脉动频率所决定，其模拟介质通常为液氮。目前，传统的电磁式振动台配合振动控制仪可精确地实现预定交变频率和位移幅值，且能提供较大的推力。然而，振动台提供的精确位移控制无法直接运用到压力脉动模拟试验。此外，大部分的液压疲劳试验设备可通过执行元件传动压缩蓄压器膜盒气腔，以实现脉动幅值，但由于其执行元件的介质为液压油，密封方式不适用于液氮，且无法对执行元件内的介质进行有效的隔热，因此也难以运用。

实用新型内容

鉴于现有技术中的不足，本实用新型的主要目的在于提供一种应用于低温压力循环寿命测试的设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种应用于低温压力循环寿命测试的设备，包括振动发生装置、传动组件、膜盒、波纹管组件与测压连接管，其中所述波纹管组件经所述测压连接管与所述膜盒连接，所述振动发生装置的运动部件经所述传动组件与所述波纹管组件的传动部件传动连接，并且所述波纹管组件的传动部件与所述测压连接管内腔及所述膜盒一端面之间配合形成填充有不可压缩的低温流体介质的密闭液腔，所述波纹管组件的固定部件及传动部件与所述传动组件之间配合形成填充有可压缩的低温流体介质的密闭气腔。

进一步的，填充在所述气腔内的可压缩的低温流体介质的液化点温度不高于填充在所述液腔内的不可压缩的低温流体介质的温度。

进一步的，所述波纹管组件的传动部件包括波纹管，所述波纹管设于所述固定部件内，所述传动组件包括传动轴，所述固定部件一端部具有封闭结构，另一端经测压连接管与膜盒固定连接，所述传动轴一端与所述振动发生装置的运动部件连接，另一端穿过所述固定部件一端部后与所述波纹管的活动端连接，所述波纹管外壁与所述固定部件内壁及所述固定部件一端部的封闭结构之间配合形成所述气腔，所述波纹管内腔与所述测压连接管内腔及所述膜盒一端面之间配合形成所述液腔。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括：

用以调节所述液腔和气腔内不可压缩的低温流体介质及可压缩的低温流体介质的压力的加压装置，特别是用以调节所述气腔及液腔中平衡压力的加压装置。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括：

用以监控所述液腔和气腔内不可压缩的低温流体介质及可压缩的低温流体介质的压力的压力监控系统。

进一步的，所述压力监控系统可以监测和控制所述测压连接管内不可压缩的低温流体介质的压力脉动幅值和平均压力。

进一步的，所述压力监控系统还与低温压力传感器连接，所述低温压力传感器与所述液腔连接。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括盛有低温冷却介质的储罐，特别是具有开放式结构的储罐，并且所述液腔和气腔均被浸没于所述低温冷却介质中，以减少所述液腔中不可压缩的低温流体介质发生气化。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括用以向所述液氮储罐提供液氮的装置。

进一步的，所述传动组件包括导向法兰，特别是至少用以保证波纹管组件及传动轴垂直传动导向的导向法兰，所述固定部件一端与所述导向法兰配合形成所述封闭结构，所述传动轴垂直穿过所述导向法兰。

进一步的，所述振动发生装置的运动部件与所述传动轴及所述波纹管组件同轴设置。尤为优选的，所述振动发生装置的运动部件、所述传动轴、所述波纹管组件及测压连接管等均同轴设置。

进一步的，所述传动轴和导向法兰等传动组件优选采用具有较低导热率的材料形成，例如玻璃钢等，用以减少液腔热传递。

进一步的，所述传动组件还包括传动支架，所述振动发生装置的运动部件经所述传动支架与所述传动轴传动连接。

进一步的，所述波纹管组件的固定部件及所述导向法兰通过固定支架与所述振动发生装置的基座固定连接。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括与所述振动发生装置的运动部件连接的加速度传感器，所述加速度传感器与所述振动发生装置的控制系统连接。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括：

用以提供不可压缩的低温流体介质的第一储存罐，所述第一储存罐经具有截止阀的管路与所述液腔连通。

进一步的，所述应用于低温压力循环寿命测试的设备还包括：

用以提供可压缩的低温流体介质的第二储存罐，所述第二储存罐经具有截止阀的管路与所述气腔连通。

进一步的，所述不可压缩的低温流体介质可采用业界所知的相对安全的低温流体介质，例如可优选采用液氮，所述可压缩的低温流体介质可采用业界已知的各类气体，但优选自氮气或氦气等。

进一步的，前述低温冷却介质优选采用液氮。

进一步的，前述的振动发生装置可选用电动振动台等，但不限于此，而的振动发生装置的运动部件可包括动圈等。

本实用新型的又一目的在于提供一种低温压力循环寿命试验方法，包括：

提供前述的任一种应用于低温压力循环寿命测试的设备，

以及，启动所述振动发生装置，通过所述振动发生装置的运动部件驱使所述波纹管组件的传动部件产生伸缩，从而使填充于液腔的不可压缩的低温流体介质对膜盒一端面产生挤压而形成压力脉动。

进一步的，所述低温压力循环寿命试验方法还包括：

以压力监控系统监控所述液腔和气腔内的压力，

以加压装置调节所述液腔和/或气腔内的压力，使所述液腔内的压力达到设定数值，并使所述振动发生装置的运动部件基本处于平衡位置，

以及，启动所述振动发生装置进行低温压力循环寿命试验试验。

进一步的，所述低温压力循环寿命试验方法还包括：

在所述振动发生装置的运动部件上设置加速度传感器，并将所述加速度传感器与所述振动发生装置的控制系统连接，用以监测所述振动发生装置的工作状态，并防止所述振动发生装置发生过位移。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下优点：

（1）采用的低温压力循环寿命试验方法可以精确地实现压力脉动，并可根据不同测试需求，方便地调节液腔内的平衡压力和波动压力，而且对振动发生装置，例如振动台的静负荷较小，解决了液腔中不可压缩的低温流体介质气化的问题及避免了不可压缩的低温流体介质环境动密封的问题；

（2）采用的应用于低温压力循环寿命测试的设备结构简单，安装维护成本低，易于使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型中记载的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例中一种应用于低温压力循环寿命测试的设备的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中一种应用于低温压力循环寿命测试的设备的工作原理图；

附图标记说明：1-电动振动台，2-动圈，3-传动支架，4-固定支架，5-玻璃传动轴，6-导向法兰，7-波纹管组件，8-测压连接管，9-膜盒，10-液态储罐，121-第一管路，122-第二管路，123-第三管路，124-第四管路，13-第一截止阀，14-第三截止阀，15-安全阀，17-减压阀，18-第二截止阀，19-第一液氮罐，20-第二液氮罐，21-低温压力传感器，22-压力监测系统，23-氮气瓶。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1所示系本实用新型一的典型实施例，其涉及的一种应用于低温压力循环寿命测试的设备包括电动振动台1、压力监测系统22、低温压力传感器21和波纹管组件7等，其中，波纹管组件7依次设于测压连接管8和膜盒9上，三者围合形成液腔A，波纹管组件7的传动部件（即波纹管）通过玻璃钢传动轴5和传动支架3与动圈2连接，且玻璃钢传动轴5和振动台动圈2同轴设置，玻璃钢传动轴5上套设一导向法兰6，纹管组件7的固定部件及导向法兰6通过固定支架4与振动台1的基座固定连接，且导向法兰6与纹管组件7的传动部件及固定部件之间围合形成气腔B，波纹管组件7及测压连接管8和膜盒9等均浸没于开放式液氮储罐10内的液氮中，以减少液腔中作为不可压缩的低温流体介质的液氮的气化，且液氮储罐10放置在固定支架4上，通过第二液氮罐20及第三管路123可对开放式液氮储罐10进行液氮加注。低温压力传感器21通过测压连接管8监测液腔中的压力。通过第一液氮罐19（即第一存储罐）的液相出口可对液腔进行液氮加注，同时可通过第一截止阀13控制第一管路121的开闭。通过氮气瓶23（即第二存储罐）可对气腔进行作为可压缩的低温流体介质的氮气充注，同时可通过减压阀17和第二截止阀18调节氮气瓶23的输出压力大小及第二管路122通断等。并且还可通过截止阀14和第四管路124排放试验系统液腔中液氮气化产生的氮气，而通过安全阀15防止试验系统液腔中产生过高的压力。

前述波纹管组件7采用非标波纹管，同时应满足液氮环境中的应用要求、规定压力下的应用要求及疲劳要求。并且，其中波纹管可以任何已知方式固定。

参见图2所示，在以该应用于低温压力循环寿命测试的设备进行低温压力循环寿命试验时，可通过液氮罐19和氮气瓶23对试验系统的液腔和气腔进行加压，直至达到试验要求的平衡压力值；以及，通过振动台驱动波纹管组件的传动部件，产生压力脉动，并通过调节振动台的功率放大器的增益调节振动台的位移，从而调节液腔压力脉动的幅值，其中各参数及其计量单位请参见下表：

频率（Hz）	平衡压力	脉动幅值（MPa）	次数
				f	P0	±ΔP	≥10000

该应用于低温压力循环寿命测试的设备的使用步骤如下：

1. 按照规定力矩要求安装膜盒9及波纹管组件7等；

2. 干燥液腔和气腔，并检查其气密性；

3. 通过液氮罐20向开放式液氮储罐10中注入液氮，冷却波纹管组件7等，减少液腔中不可压缩的低温流体介质发生气化；

4. 通过将波纹管组件、测压连接管以及膜盒移出开放式液氮储罐，按照规定的力矩对各处法兰的安装螺栓进行校核，并重复该步骤2-3次，保证螺栓不再发生松动；

5. 将开放式液氮储罐10等通过固定支架4固定在电动振动台1的支座上；

6. 安装低温压力传感器21，并通过液氮罐19在试验系统的液腔中注入液氮，直到第三截止阀14出口出现液氮后，关闭第三截止阀14，稳定一定时间后，打开第三截止阀14，排放试验系统液腔中液氮气化后的氮气，并重复该步骤2-3次，以保证液腔中的氮气量不会影响试验结果；

7. 通过氮气罐19继续向液腔内注入液氮，对液腔进行加压，并以压力检测系统22检测液腔内的压力，使液腔A内的压力小于试验要求压力值P₀；

8. 通过氮气瓶23对试验系统的气腔充入氮气，通过调节减压阀17和第二截止阀18，使试验系统的液腔平衡压力达到要求压力值P₀；

9. 将波纹管组件7通过传动支架3安装在振动台动圈2上；

10. 重复步骤6-8，保证液腔中的压力保持基本稳定；

11. 开启电动振动台，调节振动台的功率放大器的增益大小，当脉动幅值达到试验要求后，试验开始计数以完成规定的循环次数，通过振动台动圈的上下振动驱动波纹管组件的传动部件产生伸缩，使液腔中的液氮对膜盒端面产生挤压，从而形成压力脉动，并且在试验过程中，通过调节氮气瓶23、第三截止阀14和电动振动台的功率放大器增益，保证整个试验过程中的平衡压力和脉动压力符合试验要求。

藉由前述设计，使得本实用新型提供的低温压力循环寿命试验方法及系统可产生如下积极效果：

（a）采用具有简单结构的波纹管组件实现振动台动圈与膜盒之间的液压传动，且避免了低温环境的动密封问题；

（b）通过试验系统气腔的协调加压，实现试验装置液腔中脉动平衡压力的调整，减小试验系统对振动台的静载荷；

（c）将波纹管组件等放置在开放式液氮储罐中，很好地抑制试验系统液腔中的液氮气化；

（d）振动台动圈和波纹管同轴，振动台动圈不会出现偏心，且对振动台的倾覆力矩较小；

（e）试验系统的幅值压力动态可控，控制仪采用开环控制，通过调节功率放大器增益来调节波纹管组件传动部件的伸缩量，进而控制脉动压力幅值；

（f）试验系统的平衡压力及脉动压力可根据试验系统液腔中液氮的气化情况，动态可控。

综述之，本实用新型可方便地通过对振动台输出位移和频率的调整，适应不同的压力脉动幅值和频率，保证压力脉动有较高的控制精度，其次通过波纹管组件进行压力传动，避免了低温动密封的问题，再次，系统液腔浸没在不可压缩的低温流体介质中，尽可能减少液腔与外界的热交换。同时，使用所采用的系统结构简单，组装维护成本低，易于操作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于包括振动发生装置、传动组件、膜盒（9）、波纹管组件（7）与测压连接管（8），其中所述波纹管组件（7）经所述测压连接管（8）与所述膜盒（9）连接，所述振动发生装置的运动部件经所述传动组件与所述波纹管组件（7）的传动部件传动连接，并且所述波纹管组件的传动部件与所述测压连接管（8）内腔及所述膜盒（9）一端面之间配合形成填充有不可压缩的低温流体介质的密闭液腔，所述波纹管组件（7）的固定部件及传动部件与所述传动组件之间配合形成填充有可压缩的低温流体介质的密闭气腔。

2.根据权利要求1所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于所述波纹管组件（7）的传动部件包括波纹管，所述波纹管设于所述固定部件内，所述传动组件包括传动轴（5），所述固定部件一端部具有封闭结构，另一端经测压连接管（8）与膜盒（9）固定连接，所述传动轴（5）一端与所述振动发生装置的运动部件连接，另一端穿过所述固定部件一端部后与所述波纹管的活动端连接，所述波纹管外壁与所述固定部件内壁及所述固定部件一端部的封闭结构之间配合形成所述气腔，所述波纹管内腔与所述测压连接管（8）内腔及所述膜盒（9）一端面之间配合形成所述液腔。

3.根据权利要求1或2所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于它还包括盛有低温冷却介质的储罐，所述液腔和气腔均被浸没于所述低温冷却介质中。

4.根据权利要求1所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于它还包括：

用以调节所述液腔和气腔内不可压缩的低温流体介质及可压缩的低温流体介质的压力的加压装置；和/或，

用以监控所述液腔和气腔内不可压缩的低温流体介质及可压缩的低温流体介质的压力的压力监控系统。

5.根据权利要求2所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于所述传动组件包括导向法兰（6），所述固定部件一端与所述导向法兰（6）配合形成所述封闭结构，所述传动轴（5）垂直穿过所述导向法兰（6）。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于所述传动组件还包括传动支架（3），所述振动发生装置的运动部件经所述传动支架（3）与所述传动轴（5）传动连接。

7.根据权利要求5所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于所述波纹管组件（7）的固定部件及所述导向法兰（6）通过固定支架（4）与所述振动发生装置的基座固定连接。

8.根据权利要求1所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于它还包括与所述振动发生装置的运动部件连接的加速度传感器，所述加速度传感器与所述振动发生装置的控制系统连接。

9.根据权利要求1所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于它还包括：

用以提供不可压缩的低温流体介质的第一储存罐，所述第一储存罐经具有截止阀的管路与所述液腔连通；和/或，

用以提供可压缩的低温流体介质的第二储存罐，所述第二储存罐经具有截止阀的管路与所述气腔连通。

10.根据权利要求2所述的应用于低温压力循环寿命测试的设备，其特征在于所述振动发生装置的运动部件与所述传动轴（5）及所述波纹管组件（7）同轴设置。