CN205533568U - 管路液体激振系统的平衡力施加装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是管路液体激振系统的平衡力施加装置，涉及液体管路动特性试验中的激振系统。本实用新型包括上端法兰盘、筒体、下端法兰板、增压管、安全阀、压力传感器和导通管；筒体与上端法兰盘和下端法兰板密封连接，上端法兰盘安装有增压管、安全阀和压力传感器，筒体通过导通管与密封平衡腔相连；所述平衡腔为脉动压力发生器中活塞盘分成的两个机动密封腔体之一，另一个腔体内装有液体试验介质，平衡腔内装有平衡填充液。本实用新型以平衡脉动压力发生器两端受力的方式消减了激振器输出负担，能够减少启前压力对激振输出的干扰，提高激振器控制精度，提升试验质量。

Description

管路液体激振系统的平衡力施加装置

技术领域

本实用新型涉及液体管路动特性试验中的激振系统，具体涉及一种管路液体激振系统的平衡力施加装置。

背景技术

跷振(POGO)是一种液体火箭内纵向不稳定低频振动响应，主要由管路结构系统与推进系统动特性相互耦合产生。POGO振动会对运载器安全性和可靠性造成很大威胁，严重时或可导致飞行失败。由于POGO振动的产生、持续时间、频率和振级等对火箭的影响各不相同，需要针对具体火箭展开具体研究。

POGO抑制技术是运载火箭重大关键技术之一，其中管路动特性试验是研制技术中必要环节。试验条件下，输送管路按箭上状态直立安装，其上端连接模拟贮箱，管路末端连接模拟阻抗装置，管路下端安装有抑制装置。试验时，先将模拟贮箱内压力调节至试验状态，后在管路近末端处由激振器带动活塞按正弦或随机规律激振，通过脉动发生器产生带动全液体管路的压力脉动。各压力、振动及其它数据由安装在管路各位置的传感器实时获取。由于激振器模拟火箭发动机工作产生的振动，故激振位置定在管路尾部，此处静态压力模拟发动机启动前压力(以下简称为“启前压力”)。所述启前压力主要来自于贮箱内液体试验介质挥发为气体而在贮箱内形成的压力，还有一部分来自管路中液体试验介质的重力。

有效载荷的大幅提升促使运载火箭朝重型化发展，因此火箭输送管路将更长，也需携带更多燃料。于是在长管路试验中，尤其是芯一级管路，激振器将承受更大的启前压力作用，最高可达数MPa。该压力会干扰激振器控制，轻则激振器不能按照设置有效输出，严重时甚至无法推动活塞顺利试验。国内外各文献和专利中，常见有对POGO问题的理论性描述和进展综述，但试验方面介绍较为宏观和粗略，更未见对上述问题的详细描述和解决办法。

发明内容

本实用新型提供一种管路液体激振系统的平衡力施加装置，能够减少启前压力对激振输出的干扰，提升试验质量。

本实用新型的技术方案为：

管路液体激振系统的平衡力施加装置，包括上端法兰盘、筒体、下端法兰板、增压管、安全阀、压力传感器和导通管；

筒体为管状结构，上端和下端设有法兰，分别与上端法兰盘和下端法兰板连接；筒体侧壁中部设有排水口，排水口配有堵头；筒体侧壁底部设有平衡力施加装置导通管接口，通过导通管与密封平衡腔相连；

上端法兰盘分别与增压管、安全阀和压力传感器相连。

所述上端法兰盘为实心法兰盘，上端面中心位置设有增压管接口、安全阀接口和压力传感器接口，分别连接增压管、安全阀和压力传感器。

所述下端法兰板为实心法兰盘在水平方向上向外延伸形成的板状结构。

所述筒体与上端法兰盘的连接面上开有密封槽，安装有上连接面密封环；筒体与下端法兰板的连接面上开有密封槽，安装有下连接面密封环。

所述下端法兰板上筒体以外的区域里对称设置多个固定通孔。

所述平衡力施加装置采用钢材料，增压管和导通管采用金属耐压软管。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型所述平衡力施加装置是对输送管路动特性试验激振系统的有效补充，以平衡脉动压力发生器两端受力的方式消减了激振器输出负担，可使激振系统更准确的输出控制信号。

POGO试验时，激振器连接活塞杆驱动活塞盘按要求往复运动，在输送管内液体介质中产生压力脉动。一般情况下，只要激振器推力足够且安装稳定，即可较易克服输送管端液体试验介质施加给活塞盘的推阻力做功。但当输送管较长且贮箱内压力较大时，激振器可能因推力不足难以顺畅驱动活塞盘。即使推力足够，也容易因为往复力施加的区别造成系统失稳。

输送管路动特性试验时，现有技术未考虑高启前压力下激振系统的输出稳定性，这将对试验和试验数据的品质造成较大影响。本实用新型所述平衡力施加装置，可有效平衡启前压力对活塞板的推阻，减少启前压力干扰，提高激振器控制精度，进而提升试验质量。

附图说明

图1为激振系统原理图。

图2为平衡力施加装置示意图。

图3为平衡力施加装置俯视图。

图4为平衡力施加装置主视图。

其中，1-增压管，2-压力腔，3-平衡填充液，4-平衡力施加装置，5-导通管，6-脉动压力发生器，7-活塞盘，8-排气孔，9-激振器，10-输送管，11-活塞杆，12-脉动压力发生器导通管接口，401-上端法兰盘，402-筒体，403-下端法兰板，404-固定通孔，405-增压管接口，406-安全阀接口，407-压力传感器接口，408-上连接面密封环，409-排水口，410-平衡力施加装置导通管接口，411-下连接面密封环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

本实用新型是管路液体激振系统的平衡力施加装置，应用于液体管路动特性试验中的激振系统。

如图1所示，激振系统主要包括三个装置，分别是激振器9、脉动压力发生器6和平衡力施加装置4。其中，激振器9为现有技术。脉动压力发生器6为管状密封结构，内部设有活塞盘7分成两个机动密封腔体，试验时活塞盘7受迫进行往复运动；活塞杆11穿过一个机动密封腔体即平衡腔(图1中活塞盘7右侧)，活塞杆11两端分别与活塞盘7和激振器9相连，平衡腔的顶部和底部分别设有排气孔8和脉动压力发生器导通管接口12，排气孔8可以根据试验要求打开或关闭，脉动压力发生器导通管接口12通过导通管5与平衡力施加装置4相连，平衡腔装有平衡填充液；另一个机动密封腔体(图1中活塞盘7左侧)与输送管10相连，装有液体试验介质。平衡力施加装置4为本实用新型的主要保护内容。

平衡力施加装置4通过导通管5与脉动压力发生器6相连，所述导通管5采用金属耐压软管。

如图2、图3和图4所示，平衡力施加装置4整体为密封腔体，包括上端法兰盘401、筒体402和下端法兰板403。

其中，筒体402为管状结构，上端和下端分别焊接有法兰，进而与上端法兰盘401和下端法兰板403通过螺栓密封连接；筒体402侧壁中部设有排水口409，用于排出平衡力施加装置4内含压气体和调节液面，排水口409配有密封堵头，能够根据试验要求打开或关闭，试验前将平衡力施加装置4平衡填充液3的液位调整至排水口409的高度，确保试验中平衡填充液3有充分的空间上下浮动；筒体402侧壁底部设有平衡力施加装置导通管接口410，用于连接导通管5，使平衡力施加装置4内的平衡填充液3通过导通管5流入脉动压力发生器6的平衡腔内。

上端法兰盘401为实心法兰盘，上端面中心位置设有三个接口，即增压管接口405、安全阀接口406和压力传感器接口407，分别用于连接增压管1、安装安全阀和压力传感器。其中，增压管1用于向平衡力施加装置4内充入平衡填充液3和气体，采用金属耐压软管；安全阀用于防止装置内压力过高而发生危险；压力传感器用于监视装置内实时压力。

下端法兰板403为实心法兰板，即实心法兰盘在水平方向上向外延伸形成的矩形板状结构，在延伸出来的区域里，也就是筒体402以外的区域里，对称设置4个条形的固定通孔404，用于固定平衡力施加装置4。

为了保证平衡力施加装置4的密封效果，筒体402与上端法兰盘401的连接面上开有密封槽，并安装有上连接面密封环408，筒体402与下端法兰板403的连接面上开有密封槽，并安装有下连接面密封环411。

所述平衡力施加装置4选用钢材料制成，具体的筒体尺寸、筒板厚度、安全阀规格、密封件规格以及排水孔位置根据试验要求确定。

本实用新型所述平衡力施加装置的工作原理是给活塞盘7平衡腔一侧提供一定压力，保证活塞盘7在激振时可保持自身平衡状态，即处在脉动压力发生器6的中部位置，改善激振器9的工作环境。

试验前，向平衡力施加装置4和脉动压力发生器6平衡腔内灌装一定量水，然后通过增压管1连接压缩气瓶进行增压。由压力导通原理可知，随着平衡力施加装置4内压力增加，活塞盘7右侧也将受到持续增压，逐渐与左侧压力相抵甚至超出。接着调节充气压力使活塞盘7停留在脉动压力发生器6中间位置。最后启动激振器9进行试验前调试。活塞盘7位置由预留在活塞杆11上的标记判断。

详细的操作步骤为：

步骤一，确定平衡力施加装置4规格，加工生产各部件；

步骤二，部件齐套，输送管10内液体试验介质加注，激振器9关机；

步骤三，将上端法兰盘401、筒体402和下端法兰板403依次组装，连接面密封槽内放置上连接面密封环408和下连接面密封环411；

步骤四，通过下端法兰板403固定通孔404和螺钉固定平衡力施加装置4；

步骤五，安装安全阀、压力传感器和排水口409堵头；

步骤六，用导通管5连接平衡力施加装置导通管接口410和脉动压力发生器导通管接口12；

步骤七，打开脉动压力发生器6顶部的排气孔8，通过增压管接口405向平衡力施加装置4内注至排水口9上方；

步骤八，用增压管1缓慢充入压缩气体，使活塞盘7移至脉动压力发生器6中间位置，并排空脉动压力发生器6平衡腔内空气后堵住排气孔8；

步骤九，平衡力施加装置4泄压，并打开排水口409堵头，使平衡力施加装置4内液位降至排水口409以下；

步骤十，模拟贮箱增压至试验状态；

步骤十一，平衡力施加装置4安装排水口409堵头，然后增压至启前压力，压力稳定后停止增压；

步骤十二，启动激振9进行测试；

步骤十三，测试通过后进行试验；

步骤十四，试验某一状态完成后泻出平衡力施加装置4内压力，进行状态转换；

步骤十五，重复步骤十一至步骤十四，完成其它状态试验；

步骤十六，全部试验完成后，排尽平衡力施加装置4和脉动压力发生器6平衡腔内液体，拆除装置，干燥处理后封存以待后续试验。

上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：包括上端法兰盘(401)、筒体(402)、下端法兰板(403)、增压管(1)、安全阀、压力传感器和导通管(5)；

筒体(402)为管状结构，上端和下端设有法兰，分别与上端法兰盘(401)和下端法兰板(403)连接；筒体(402)侧壁中部设有排水口(409)，排水口(409)配有堵头；筒体(402)侧壁底部设有平衡力施加装置导通管接口(410)，通过导通管(5)与密封平衡腔相连；

上端法兰盘(401)分别与增压管(1)、安全阀和压力传感器相连。

2.如权利要求1所述的管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：所述上端法兰盘(401)为实心法兰盘，上端面中心位置设有增压管接口(405)、安全阀接口(406)和压力传感器接口(407)，分别连接增压管(1)、安全阀和压力传感器。

3.如权利要求1所述的管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：所述下端法兰板(403)为实心法兰盘在水平方向上向外延伸形成的板状结构。

4.如权利要求1所述的管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：所述筒体(402)与上端法兰盘(401)的连接面上开有密封槽，安装有上连接面密封环(408)；筒体(402)与下端法兰板(403)的连接面上开有密封槽，安装有下连接面密封环(411)。

5.如权利要求1所述的管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：所述下端法兰板(403)上筒体(402)以外的区域里对称设置多个固定通孔(404)。

6.如权利要求1所述的管路液体激振系统的平衡力施加装置，其特征在于：所述平衡力施加装置(4)采用钢材料，增压管(1)和导通管(5)采用金属耐压软管。