一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及貯箱低溫性能試驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]貯箱是火箭的重要組成部分，其主要功能為:盛放低溫推進(jìn)劑；保持箭體完整外形；連接前后部件，使箭體具有一定的氣動(dòng)特性；參加總體受力，并承受內(nèi)壓作用；可安裝部分控制、遙測(cè)及其他元件。貯箱的設(shè)計(jì)要求其材料和結(jié)構(gòu)形式需滿足推進(jìn)劑和增壓氣體物理、化學(xué)性能要求，其結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的絕熱系統(tǒng)。
[0003]根據(jù)上述要求，貯箱在正式投入使用前，需要進(jìn)行一系列地面試驗(yàn)，模擬真實(shí)使用環(huán)境，以驗(yàn)證貯箱的設(shè)計(jì)、制造的可靠性。
[0004]低溫綜合性能試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)中的一種，主要考核低溫環(huán)境下貯箱在承載過(guò)程中綜合性能，包括低溫結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)、加注停放試驗(yàn)。低溫結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，是在低溫條件下用試驗(yàn)的方法觀察和研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在靜載荷作用下的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及應(yīng)力、變形分布情況。試驗(yàn)不僅是驗(yàn)證結(jié)構(gòu)形式合理性及結(jié)構(gòu)靜力分析正確性的重要手段，同時(shí)為建立新的分析模型、為工程理論提供結(jié)構(gòu)特性參數(shù)、為研制產(chǎn)品積累設(shè)計(jì)資料、改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量與提高產(chǎn)品可靠性等做出貢獻(xiàn)，并能有效解決許多理論分析所不能解決的實(shí)際工程問(wèn)題。加注停放試驗(yàn)是測(cè)量不同工況下的構(gòu)件的蒸發(fā)量，以此來(lái)測(cè)算構(gòu)件加注、補(bǔ)加用量及測(cè)試構(gòu)件的保溫性能。因此低溫綜合性能試驗(yàn)在航天、航空、軍事以及工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。在該類(lèi)試驗(yàn)中，貯箱壓力的高精度控制為試驗(yàn)步驟的設(shè)置、試驗(yàn)結(jié)果的獲取、試驗(yàn)結(jié)果的分析及試驗(yàn)結(jié)果的可靠性提供有力的支持，是決定該類(lèi)試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。
[0005]低溫綜合性能試驗(yàn)是在試驗(yàn)產(chǎn)品內(nèi)加注低溫介質(zhì)(液氮、液氫等)的情況下，對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品施加內(nèi)壓、外壓、軸壓、彎矩、軸彎內(nèi)聯(lián)合載荷等，記錄試驗(yàn)產(chǎn)品在低溫環(huán)境、特定壓力下的應(yīng)變、位移；對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品加注低溫介質(zhì)并停放一段時(shí)間，且最終將低溫介質(zhì)從產(chǎn)品中泄出，測(cè)試貯箱在低溫工況、特定壓力下的各項(xiàng)性能。為了實(shí)現(xiàn)貯箱的低溫綜合性能試驗(yàn)，需要建設(shè)一套低溫、高精度的增壓及穩(wěn)壓試驗(yàn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)在低溫工況下對(duì)貯箱的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)、考核。
[0006]為了達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?，在試?yàn)過(guò)程中需要對(duì)貯箱的壓力進(jìn)行高精度控制，最大限度的減小其壓力波動(dòng)。
[0007]目前貯箱綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制方法為僅依靠增壓與排氣閥門(mén)的開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)控制，所對(duì)應(yīng)的氣枕空間小，低溫介質(zhì)的汽化與冷凝造成的氣枕壓力波動(dòng)大，控制精度不能滿足實(shí)際使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是解決采用現(xiàn)有貯箱綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制方法時(shí)控制精度低的問(wèn)題，提供了一種能夠有效消除貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)過(guò)程中，由于低溫介質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝引起的壓力波動(dòng)，進(jìn)而有效控制貯箱內(nèi)的壓力的變化的一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置及方法。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置，包括供氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和緩沖罐；供氣系統(tǒng)與貯箱連接，貯箱與緩沖罐連接，緩沖罐與排氣系統(tǒng)連接，測(cè)控系統(tǒng)分別與供氣系統(tǒng)、貯箱、緩沖罐和排氣系統(tǒng)連接；供氣系統(tǒng)用于在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)貯箱實(shí)現(xiàn)增壓及補(bǔ)壓；排氣系統(tǒng)用于在試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)貯箱的泄壓；測(cè)控系統(tǒng)用于設(shè)定期望的增壓值和穩(wěn)壓值，采集緩沖罐壓力值，開(kāi)啟或關(guān)閉供氣系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)；緩沖罐用于平衡穩(wěn)壓，緩沖壓力波動(dòng)。
[0011]如上所述的緩沖罐的進(jìn)氣端通過(guò)壓力管道連接在貯箱的排氣端。
[0012]如上所述的排氣系統(tǒng)包括DN100、DN25、DN15三種規(guī)格的排氣閥和壓力管道組成；三根壓力管道的一端分別連接在緩沖罐的排氣端，另一端分別與DN100排氣閥、DN25排氣閥和DN15排氣閥連接，通過(guò)調(diào)整開(kāi)啟不同的排氣閥調(diào)節(jié)排氣量的大小。
[0013]如上所述的供氣系統(tǒng)包括配氣臺(tái)、空溫式汽化器、氣動(dòng)截止閥、手動(dòng)截止閥和壓力管道；配氣臺(tái)和空溫式汽化器之間、空溫式汽化器和氣動(dòng)截止閥之間以及氣動(dòng)截止閥與手動(dòng)截止閥之間均通過(guò)壓力管道連接，手動(dòng)截止閥通過(guò)壓力管道連接在貯箱增壓氣入口。
[0014]如上所述的測(cè)控系統(tǒng)包括貯箱壓力傳感器、貯箱溫度傳感器、緩沖罐壓力傳感器、緩沖罐溫度傳感器、增壓流量計(jì)、排氣流量計(jì)、控制臺(tái)、直流電源和電纜；直流電源通過(guò)電纜與控制臺(tái)連接，控制臺(tái)通過(guò)電纜分別與貯箱壓力傳感器、貯箱溫度傳感器、緩沖罐壓力傳感器、緩沖罐溫度傳感器、增壓流量計(jì)和排氣流量計(jì)連接；貯箱壓力傳感器和貯箱溫度傳感器安裝在貯箱上，緩沖罐壓力傳感器和緩沖罐溫度傳感器安裝在緩沖罐上，增壓流量計(jì)安裝在貯箱增壓氣入口外側(cè)的壓力管道上，排氣流量計(jì)安裝在貯箱排氣端外側(cè)的壓力管道上；控制臺(tái)還通過(guò)電纜分別與DN100排氣閥、DN25排氣閥、DN15排氣閥和氣動(dòng)截止閥連接；控制臺(tái)接收貯箱壓力傳感器、貯箱溫度傳感器、緩沖罐壓力傳感器、緩沖罐溫度傳感器、增壓流量計(jì)和排氣流量計(jì)測(cè)量的數(shù)值，并控制DN100排氣閥、DN25排氣閥、DN15排氣閥和氣動(dòng)截止閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。
[0015]一種使用如上所述的貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置實(shí)現(xiàn)的貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制方法，包括如下步驟:
[0016]第一步:貯箱增壓；
[0017]1.1測(cè)控系統(tǒng)設(shè)置貯箱在增壓后所需達(dá)到的壓力值Pi ；
[0018]1.2測(cè)控系統(tǒng)打開(kāi)供氣系統(tǒng)，開(kāi)始向貯箱增壓；
[0019]1.3測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)緩沖罐的壓力值，將該壓力值記為P2 ；
[0020]1.4測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算的值；當(dāng)( 0.005MPa時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)關(guān)閉供氣系統(tǒng)，停止向貯箱增壓，跳轉(zhuǎn)到步驟1.5 ;當(dāng)PfPg > 0.005MPa時(shí)，繼續(xù)向貯箱增壓，當(dāng)貯箱壓力值達(dá)到？:時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)關(guān)閉供氣系統(tǒng)，停止向貯箱增壓，貯箱增壓結(jié)束；
[0021]1.5測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算P「P2的值；當(dāng)P「P2 ( 0.015MPa時(shí)，貯箱增壓結(jié)束；當(dāng)P「P2 >0.015MPa時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)打開(kāi)供氣系統(tǒng)，開(kāi)始向貯箱增壓，然后跳轉(zhuǎn)到步驟1.4 ；
[0022]第二步:貯箱穩(wěn)壓；
[0023]2.1測(cè)控系統(tǒng)設(shè)置貯箱在穩(wěn)壓后所需達(dá)到的壓力值P3 ；
[0024]2.2測(cè)控系統(tǒng)檢測(cè)緩沖罐的壓力值，將該壓力值記為P4 ;
[0025]2.3測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算P4_P3的值；當(dāng)P4_P3 ^ 0.005MPa時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)控制排氣系統(tǒng)開(kāi)啟，開(kāi)始泄壓，跳轉(zhuǎn)到步驟2.4 ;當(dāng)P4-P3 < 0.005MPa時(shí)，貯箱穩(wěn)壓結(jié)束；
[0026]2.4測(cè)控系統(tǒng)計(jì)算P4_P3的值；當(dāng)P4_P3 ^ 0.0lMPa時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)控制排氣系統(tǒng)關(guān)閉，停止泄壓，貯箱穩(wěn)壓結(jié)束；iP4_P3<0.0lMPa時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)控制排氣系統(tǒng)開(kāi)啟，開(kāi)始泄壓，重新執(zhí)行步驟2.4。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]本發(fā)明可以滿足試驗(yàn)貯箱低溫性能試驗(yàn)的具體需要，消除試驗(yàn)過(guò)程中由于低溫介質(zhì)蒸發(fā)造成的貯箱壓力上升，以及由于低溫蒸汽冷凝造成的貯箱壓力下降對(duì)貯箱內(nèi)壓力變化的影響，保證整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)貯箱的壓力穩(wěn)定。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明的一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0030]圖2是本發(fā)明的一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0032]如圖1所示，一種貯箱低溫綜合性能試驗(yàn)壓力精度控制裝置，包括供氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)和緩沖罐。供氣系統(tǒng)與貯箱連接，貯箱與緩沖罐連接，緩沖罐與排氣系統(tǒng)連接，測(cè)控系統(tǒng)分別與供氣系統(tǒng)、貯箱、緩沖罐和排氣系統(tǒng)連接。供氣系統(tǒng)用于在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)貯箱實(shí)現(xiàn)增壓及補(bǔ)壓；排氣系統(tǒng)用于在試驗(yàn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)貯箱的泄壓；測(cè)控系統(tǒng)用于設(shè)定期望的增壓值和穩(wěn)壓值，采集緩沖罐壓力值，開(kāi)啟或關(guān)閉供氣系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)；緩沖罐用于平衡穩(wěn)壓，緩沖壓力波動(dòng)。
[0033]緩沖罐的進(jìn)氣端通過(guò)壓力管道連接在貯箱的排氣端，緩沖罐采用現(xiàn)有的壓力容器實(shí)現(xiàn)。
[0034]排氣系統(tǒng)包括DN100、DN25、DN15三種規(guī)格的排氣閥和壓力管道組成。三根壓力管道的一端分別連接在緩沖罐的排氣端，另一端分別與DN100排氣閥、DN25排氣閥和DN15排氣閥連接，通過(guò)調(diào)整開(kāi)啟不同的排氣閥可以調(diào)節(jié)排氣量的大小。
[0035]供氣系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)均可采用現(xiàn)有裝置實(shí)現(xiàn)，在本實(shí)施例中:
[0036]供氣系統(tǒng)包