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一种贮箱低温综合性能试验压力 精度控制装置及方法

阅读：903发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及贮箱低温性能试验领域，具体涉及一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法，目的是解决采用现有贮箱综合性能试验压力精度控制方法时控制精度低的问题。其特征在于，该装置包括供气系统、排气系统、测控系统和缓冲罐；供气系统与贮箱连接，贮箱与缓冲罐连接，缓冲罐与排气系统连接，测控系统分别与供气系统、贮箱、缓冲罐和排气系统连接；该方法包括贮箱增压和贮箱稳压，本发明可以满足试验贮箱低温性能试验的具体需要，消除试验过程中由于低温介质蒸发造成的贮箱压力上升，以及由于低温蒸汽冷凝造成的贮箱压力下降对贮箱内压力变化的影响，保证整个试验过程中试验贮箱的压力稳定。，下面是一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，其特征在于：它包括供气系统、排气系统、测控系统和缓冲罐；供气系统与贮箱连接，贮箱与缓冲罐连接，缓冲罐与排气系统连接，测控系统分别与供气系统、贮箱、缓冲罐和排气系统连接；供气系统用于在试验过程中对贮箱实现增压及补压；排气系统用于在试验过程中实现对贮箱的泄压；测控系统用于设定期望的增压值和稳压值，采集缓冲罐压力值，开启或关闭供气系统与排气系统；缓冲罐用于平衡稳压，缓冲压力波动。
2.根据权利要求1所述的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，其特征在于：所述的缓冲罐的进气端通过压力管道连接在贮箱的排气端。
3.根据权利要求1所述的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，其特征在于：所述的排气系统包括DN100、DN25、DN15三种规格的排气阀和压力管道组成；三根压力管道的一端分别连接在缓冲罐的排气端，另一端分别与DN100排气阀、DN25排气阀和DN15排气阀连接，通过调整开启不同的排气阀调节排气量的大小。
4.根据权利要求1所述的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，其特征在于：所述的供气系统包括配气台、空温式汽化器、气动截止阀、手动截止阀和压力管道；配气台和空温式汽化器之间、空温式汽化器和气动截止阀之间以及气动截止阀与手动截止阀之间均通过压力管道连接，手动截止阀通过压力管道连接在贮箱增压气入口。
5.根据权利要求1所述的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，其特征在于：所述的测控系统包括贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计、排气流量计、控制台、直流电源和电缆；直流电源通过电缆与控制台连接，控制台通过电缆分别与贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计连接；贮箱压力传感器和贮箱温度传感器安装在贮箱上，缓冲罐压力传感器和缓冲罐温度传感器安装在缓冲罐上，增压流量计安装在贮箱增压气入口外侧的压力管道上，排气流量计安装在贮箱排气端外侧的压力管道上；控制台还通过电缆分别与DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀连接；控制台接收贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计测量的数值，并控制DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀的开启与关闭。
6.一种使用权利要求1所述的贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置实现的贮箱低温综合性能试验压力精度控制方法，包括如下步骤：
第一步：贮箱增压；
1.1测控系统设置贮箱在增压后所需达到的压力值P1；
1.2测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压；
1.3测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P2；
1.4测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.005MPa时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，跳转到步骤1.5；当P1-P2＞0.005MPa时，继续向贮箱增压，当贮箱压力值达到P1时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，贮箱增压结束；
1.5测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.015MPa时，贮箱增压结束；当P1-P2＞
0.015MPa时，测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压，然后跳转到步骤1.4；
第二步：贮箱稳压；
2.1测控系统设置贮箱在稳压后所需达到的压力值P3；
2.2测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P4；
2.3测控系统计算P4-P3的值；当P4-P3≥0.005MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，跳转到步骤2.4；当P4-P3＜0.005MPa时，贮箱稳压结束；
2.4测控系统计算P4-P3的值；当P4-P3≥0.01MPa时，测控系统控制排气系统关闭，停止泄压，贮箱稳压结束；当P4-P3＜0.01MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，重新执行步骤2.4。

说明书全文

一种贮箱低温综合性能试验压力 精度控制装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及贮箱低温性能试验领域，具体涉及一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法。

背景技术

[0002] 贮箱是火箭的重要组成部分，其主要功能为：盛放低温推进剂；保持箭体完整外形；连接前后部件，使箭体具有一定的气动特性；参加总体受力，并承受内压作用；可安装部分控制、遥测及其他元件。贮箱的设计要求其材料和结构形式需满足推进剂和增压气体物理、化学性能要求，其结构应有可靠的绝热系统。

[0003] 根据上述要求，贮箱在正式投入使用前，需要进行一系列地面试验，模拟真实使用环境，以验证贮箱的设计、制造的可靠性。

[0004] 低温综合性能试验是可靠性试验中的一种，主要考核低温环境下贮箱在承载过程中综合性能，包括低温结构静力试验、加注停放试验。低温结构静力试验，是在低温条件下用试验的方法观察和研究结构或构件在静载荷作用下的强度、刚度、稳定性以及应力、变形分布情况。试验不仅是验证结构形式合理性及结构静力分析正确性的重要手段，同时为建立新的分析模型、为工程理论提供结构特性参数、为研制产品积累设计资料、改进结构设计、减小结构质量与提高产品可靠性等做出贡献，并能有效解决许多理论分析所不能解决的实际工程问题。加注停放试验是测量不同工况下的构件的蒸发量，以此来测算构件加注、补加用量及测试构件的保温性能。因此低温综合性能试验在航天、航空、军事以及工业等各个领域都有着广泛的应用。在该类试验中，贮箱压力的高精度控制为试验步骤的设置、试验结果的获取、试验结果的分析及试验结果的可靠性提供有力的支持，是决定该类试验成功与否的关键。

[0005] 低温综合性能试验是在试验产品内加注低温介质(液氮、液氢等)的情况下，对试验产品施加内压、外压、轴压、弯矩、轴弯内联合载荷等，记录试验产品在低温环境、特定压力下的应变、位移；对试验产品加注低温介质并停放一段时间，且最终将低温介质从产品中泄出，测试贮箱在低温工况、特定压力下的各项性能。为了实现贮箱的低温综合性能试验，需要建设一套低温、高精度的增压及稳压试验系统，以实现在低温工况下对贮箱的各项指标进行试验、考核。

[0006] 为了达到试验目的，在试验过程中需要对贮箱的压力进行高精度控制，最大限度的减小其压力波动。

[0007] 目前贮箱综合性能试验压力精度控制方法为仅依靠增压与排气阀门的开关来调节控制，所对应的气枕空间小，低温介质的汽化与冷凝造成的气枕压力波动大，控制精度不能满足实际使用要求。

发明内容

[0008] 本发明的目的是解决采用现有贮箱综合性能试验压力精度控制方法时控制精度低的问题，提供了一种能够有效消除贮箱低温综合性能试验过程中，由于低温介质的蒸发和冷凝引起的压力波动，进而有效控制贮箱内的压力的变化的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法。

[0009] 本发明是这样实现的：

[0010] 一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，包括供气系统、排气系统、测控系统和缓冲罐；供气系统与贮箱连接，贮箱与缓冲罐连接，缓冲罐与排气系统连接，测控系统分别与供气系统、贮箱、缓冲罐和排气系统连接；供气系统用于在试验过程中对贮箱实现增压及补压；排气系统用于在试验过程中实现对贮箱的泄压；测控系统用于设定期望的增压值和稳压值，采集缓冲罐压力值，开启或关闭供气系统与排气系统；缓冲罐用于平衡稳压，缓冲压力波动。

[0011] 如上所述的缓冲罐的进气端通过压力管道连接在贮箱的排气端。

[0012] 如上所述的排气系统包括DN100、DN25、DN15三种规格的排气阀和压力管道组成；三根压力管道的一端分别连接在缓冲罐的排气端，另一端分别与DN100排气阀、DN25排气阀和DN15排气阀连接，通过调整开启不同的排气阀调节排气量的大小。

[0013] 如上所述的供气系统包括配气台、空温式汽化器、气动截止阀、手动截止阀和压力管道；配气台和空温式汽化器之间、空温式汽化器和气动截止阀之间以及气动截止阀与手动截止阀之间均通过压力管道连接，手动截止阀通过压力管道连接在贮箱增压气入口。

[0014] 如上所述的测控系统包括贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计、排气流量计、控制台、直流电源和电缆；直流电源通过电缆与控制台连接，控制台通过电缆分别与贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计连接；贮箱压力传感器和贮箱温度传感器安装在贮箱上，缓冲罐压力传感器和缓冲罐温度传感器安装在缓冲罐上，增压流量计安装在贮箱增压气入口外侧的压力管道上，排气流量计安装在贮箱排气端外侧的压力管道上；控制台还通过电缆分别与DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀连接；控制台接收贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计测量的数值，并控制DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀的开启与关闭。

[0015] 一种使用如上所述的贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置实现的贮箱低温综合性能试验压力精度控制方法，包括如下步骤：

[0016] 第一步：贮箱增压；

[0017] 1.1测控系统设置贮箱在增压后所需达到的压力值P1；

[0018] 1.2测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压；

[0019] 1.3测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P2；

[0020] 1.4测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.005MPa时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，跳转到步骤1.5；当P1-P2＞0.005MPa时，继续向贮箱增压，当贮箱压力值达到P1时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，贮箱增压结束；

[0021] 1.5测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.015MPa时，贮箱增压结束；当P1-P2＞0.015MPa时，测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压，然后跳转到步骤1.4；

[0022] 第二步：贮箱稳压；

[0023] 2.1测控系统设置贮箱在稳压后所需达到的压力值P3；

[0024] 2.2测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P4；

[0025] 2.3测控系统计算P4-P3的值；当P4-P3≥0.005MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，跳转到步骤2.4；当P4-P3＜0.005MPa时，贮箱稳压结束；

[0026] 2.4测控系统计算P4-P3的值；当P4-P3≥0.01MPa时，测控系统控制排气系统关闭，停止泄压，贮箱稳压结束；当P4-P3＜0.01MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，重新执行步骤2.4。

[0027] 本发明的有益效果是：

[0028] 本发明可以满足试验贮箱低温性能试验的具体需要，消除试验过程中由于低温介质蒸发造成的贮箱压力上升，以及由于低温蒸汽冷凝造成的贮箱压力下降对贮箱内压力变化的影响，保证整个试验过程中试验贮箱的压力稳定。附图说明

[0029] 图1是本发明的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置的结构原理图；

[0030] 图2是本发明的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制方法的流程图。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明的一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置及方法进行详细描述：

[0032] 如图1所示，一种贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置，包括供气系统、排气系统、测控系统和缓冲罐。供气系统与贮箱连接，贮箱与缓冲罐连接，缓冲罐与排气系统连接，测控系统分别与供气系统、贮箱、缓冲罐和排气系统连接。供气系统用于在试验过程中对贮箱实现增压及补压；排气系统用于在试验过程中实现对贮箱的泄压；测控系统用于设定期望的增压值和稳压值，采集缓冲罐压力值，开启或关闭供气系统与排气系统；缓冲罐用于平衡稳压，缓冲压力波动。

[0033] 缓冲罐的进气端通过压力管道连接在贮箱的排气端，缓冲罐采用现有的压力容器实现。

[0034] 排气系统包括DN100、DN25、DN15三种规格的排气阀和压力管道组成。三根压力管道的一端分别连接在缓冲罐的排气端，另一端分别与DN100排气阀、DN25排气阀和DN15排气阀连接，通过调整开启不同的排气阀可以调节排气量的大小。

[0035] 供气系统和测控系统均可采用现有装置实现，在本实施例中：

[0036] 供气系统包括配气台、空温式汽化器、气动截止阀、手动截止阀和压力管道。配气台和空温式汽化器之间、空温式汽化器和气动截止阀之间以及气动截止阀与手动截止阀之间均通过压力管道连接，手动截止阀通过压力管道连接在贮箱增压气入口。

[0037] 测控系统包括贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计、排气流量计、控制台、直流电源和电缆。直流电源通过电缆与控制台连接，控制台通过电缆分别与贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计连接。贮箱压力传感器和贮箱温度传感器安装在贮箱上，缓冲罐压力传感器和缓冲罐温度传感器安装在缓冲罐上，增压流量计安装在贮箱增压气入口外侧的压力管道上，排气流量计安装在贮箱排气端外侧的压力管道上。控制台还通过电缆分别与DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀连接。控制台接收贮箱压力传感器、贮箱温度传感器、缓冲罐压力传感器、缓冲罐温度传感器、增压流量计和排气流量计测量的数值，并控制DN100排气阀、DN25排气阀、DN15排气阀和气动截止阀的开启与关闭。

[0038] 一种使用上述贮箱低温综合性能试验压力精度控制装置实现的贮箱低温综合性能试验压力精度控制方法，包括如下步骤：

[0039] 第一步：贮箱增压；

[0040] 1.1测控系统设置贮箱在增压后所需达到的压力值P1；

[0041] 1.2测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压；

[0042] 1.3测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P2；

[0043] 1.4测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.005MPa时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，跳转到步骤1.5；当P1-P2＞0.005MPa时，继续向贮箱增压，当贮箱压力值达到P1时，测控系统关闭供气系统，停止向贮箱增压，贮箱增压结束；

[0044] 1.5测控系统计算P1-P2的值；当P1-P2≤0.015MPa时，贮箱增压结束；当P1-P2＞0.015MPa时，测控系统打开供气系统，开始向贮箱增压，然后跳转到步骤1.4。

[0045] 第二步：贮箱稳压；

[0046] 2.1测控系统设置贮箱在稳压后所需达到的压力值P3；

[0047] 2.2测控系统检测缓冲罐的压力值，将该压力值记为P4；

[0048] 2.3测控系统计算P4-P3的值；当P4-P3≥0.005MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，跳转到步骤2.4；当P4-P3＜0.005MPa时，贮箱稳压结束；

[0049] 2.4测控系统计算P3-P4的值；当P3-P4≥0.01MPa时，测控系统控制排气系统关闭，停止泄压，贮箱稳压结束；当P3-P4＜0.01MPa时，测控系统控制排气系统开启，开始泄压，重新执行步骤2.4。

[0050] 本发明可以满足试验贮箱低温性能试验的具体需要，消除试验过程中由于低温介质蒸发造成的贮箱压力上升，以及由于低温蒸汽冷凝造成的贮箱压力下降对贮箱内压力变化的影响，保证整个试验过程中试验贮箱的压力稳定。

[0051] 本发明所述控制策略并不限于贮箱低温综合性能试验中应用，亦可用于贮箱其它类型低温试验中试验贮箱的压力稳定控制。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化和拓展，例如其它流体中的各类低温试验中控制压力精度，本发明中未作详细描述。

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