一种燃气引射式真空维持系统及其时序控制方法与流程

1.本发明涉及引射器点火运行控制领域，尤其是一种燃气引射式真空维持系统及其时序控制方法。


背景技术：

2.基于酒精/空气燃气发生器的引射系统是一套高温高压和易燃易爆系统，特别是它作为移动气动激光器和化学激光器等配套系统时，对引射启动时间有很高的要求，因此需要设计一套严密的控制时序才能保证系统安全高效运行,否则会产生爆燃甚至爆炸,造成设备损坏和人员伤亡。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种燃气引射式真空维持系统及其时序控制方法，该方案对燃气引射式真空维持系统的启动时间进行精确控制，包括精确的阀门开关动作配合、系统运行状态的判断、安全联锁控制时序以及关车时序，能够有效确保燃气引射式真空维持系统实现100%可靠点火，保证在要求时间内引射启动，且不发生爆燃等安全性问题。
4.本方案是通过如下技术措施来实现的：一种燃气引射式真空维持系统，包括有与燃气发生器连接的三条支路：高压空气供应支路：包括有通过管路依次连接的高压空气瓶组、空气供应阀、空气调压阀；所述空气调压阀与燃气发生器通过管路连通；所述空气调压阀与燃气发生器之间的管路上设置有空气压力传感器组；酒精吹除支路：包括有通过管路依次连接的高压氮气瓶、减压阀、酒精挤推阀、酒精吹除阀以及单向阀；所述酒精挤推阀与酒精吹除阀之间的管路上设置有挤推压力传感器组；酒精供应支路：包括有通过管路依次连接的酒精储罐、酒精过滤器、酒精流量计、酒精供应主阀以及酒精供应副阀；单向阀和酒精供应副阀的末端管路并联后共同接入燃气发生器中；酒精储罐上设置有一条支线管路与挤推压力传感器组所设置的管路连通；燃气发生器的末端连接到引射器；引射器包括有沿气路运行方向依次连接的接受室、混合室以及扩压室；接受室与真空腔体连接；真空腔体与接受室的连接处设置有真空阀；燃气发生器内设置有燃气压力传感器组。
5.作为本方案的优选：空气压力传感器组、燃气压力传感器组以及挤推压力传感器组分别都包括有3个独立的传感器。
6.作为本方案的优选：真空阀具有阀前压力显示功能；空气供应阀、空气调压阀，空气供应阀是气控阀，能够在不到1秒时间内实现快速开关，接通或切断燃气发生器空气供应；
空气调压阀是把高压空气通过自动调节开度方式，实现调节阀后的压力值稳定在某一目标值，保证给燃气发生器按要求流量供给稳定空气；酒精供应支路中，酒精的稳定供应是通过酒精挤推阀管路恒定挤推压力实现的，高压氮气瓶的高压氮气通过减压阀调节为目标挤推压力，打开酒精挤推阀后高压氮气挤推储罐酒精，酒精供应主阀和酒精供应副阀同时打开后，为燃气发生器供应稳定酒精；打开酒精吹除阀后，高压氮气能够将酒精供应副阀后段的酒精供应管路中的残留酒精吹除；酒精挤推阀、酒精供应主阀、酒精供应副阀和酒精吹除阀都是气控杠杆阀，在0.1秒内可实现阀门开关。
7.一种基于上述装置的时序控制方法，包括有以下步骤：a、按照预设的酒精挤推压力p
jm
调节酒精减压阀的开度；b、按照预设的空气气源压力目标值p
am
，依据空气调压阀目标位置曲线，预设空气调压阀的调压位置；c、启动运行时序，确保所有阀门关闭到位后，打开空气供应阀，启动火花塞；d、如果空气供应阀在2秒时间内开启到极限位置，且空气压力传感器组的检测压力p
kz
达到或超过目标值p
am
，打开酒精供应主阀，同时空气调压阀开始自动调压；否则,关闭空气供应阀、酒精供应主阀和火花塞，结束引射过程；e、空气调压阀开始调压后，如果空气压力传感器的检测压力p
kz
在3秒内压力偏差值稳定在目标值p
am
的2%以内，且保持0.2秒以上，则打开酒精供应副阀和酒精挤推阀，开始点火；否则，关闭空气供应阀、酒精供应主阀和火花塞并将空气调压阀位置回零，结束引射过程；f、在开始点火后，燃气压力传感器组的检测压力p
fz
能够在1秒内增加到燃气发生器压力目标值p
fm
以上并保持0.02秒，燃气发生器启动成功，则关闭火花塞；否则，执行关车时序控制；g、燃气发生器启动成功后，引射器开始工作，如果真空阀阀前压力在3秒内被抽到目标值pz以下且保持时间0.02秒后，打开真空阀；否则，执行关车时序控制；h、真空阀开到位后，发出引射器正常启动通知，按试验要求运行到规定时间t
ym
或接到关车指令后，执行关车时序控制。
8.作为本方案的优选：关车时序控制的方法包括有以下步骤：关闭真空阀，在真空阀关到位或2秒时间到后，打开开酒精吹除阀，开始延时计时，延时0.2秒，关闭酒精供应副阀，延时0.5秒后，关闭酒精供应主阀，延时3秒后，关闭空气供应阀，且将空气调压阀位置回零，延时4秒后，关闭酒精吹除阀和酒精挤推阀。
9.作为本方案的优选：当燃气发生器出现超温或超压或空气压力传感器检测压力值超压时，进行安全联锁时序控制；所述安全联锁时序控制的方法如下：设置燃气发生器的温度报警值t
tmin
和t
tmax
，t
tmax
》t
tmin
；当燃气发生器温度t
fz
值在（t
tmin
，t
tmax
）区间内时，产生发生器温度一般超温报警；当发生器温度值t
fz
》t
tmax
时，产生发生器温度严重超温报警；设置燃气发生器组的检测压力p
fz
的报警值为p
ftmin
和p
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，p
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》p
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；当燃气压力传感器检测值p
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值在（p
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）区间内时，产生燃气发生器压力一般超压报警；当压力值p
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时，产生燃气发生器压力严重超压报警；
空气压力传感器组的检测压力p
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的报警值为p
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；当p
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在（p
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）区间内时，产生空气调压阀后段压力一般超压报警，当p
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》p
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时，产生空气调压阀后段压力严重超压报警；在引射器运行过程中，如果出现燃气发生器温度严重超温报警、燃气发生器压力严重超温报警以及空气调压阀后段压力严重超压报警时，立即切断空气供应阀、酒精挤推阀、酒精供应主阀、酒精供应主阀和火花塞供电电源，实现紧急关车；如果出现燃气发生器温度一般超温报警、燃气发生器压力一般超温报警、空气调压阀后段压力一般超压报警，则需按报警出现时段分为以下三种情况按时序关车：当报警出现时，如果还没有打开酒精供应副阀，则立即关闭空气供应阀、酒精挤推阀、酒精供应主阀、酒精供应副阀、同时关闭火花塞并将空气调压阀位置回零，关车结束；当报警出现时，如果已经打开了酒精供应副阀，但还未打开真空阀，则按如下时序关车：打开酒精吹除阀；开始延时计时，延时0.2秒后，关闭酒精供应副阀；延时0.5秒后，关闭酒精供应主阀；延时3秒后，关闭空气供应阀，且将空气调压阀位置回零；延时4秒后，关闭酒精吹除阀和酒精挤推阀；当报警出现时，如果已经打开了真空阀，则按如下时序关车：关闭真空阀，真空阀关到位或2秒时间后，打开酒精吹除阀；开始延时计时，延时0.2秒后，关闭酒精供应副阀；延时0.5秒后，关闭酒精供应主阀；延时3秒后，关闭空气供应阀，且将空气调压阀位置回零；延时4秒后，关酒精吹除阀和酒精挤推阀。
10.作为本方案的优选：空气调压阀目标位置曲线的获取过程为：由控制器、空气压力传感器组检测值p
kz
和空气调压阀组成压力闭环控制，控制算法采用pi算法；将气源压力打到气源压力上限值后进行控制参数调节，将空气调压后压力稳定控制在目标压力p
km
；控制稳定后，对试验数据进行拟合，得到空气调压阀位置与气源压力关系曲线，也就是空气调压阀目标位置曲线。
11.作为本方案的优选：选取所述空气压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
kz
。
12.作为本方案的优选：选取所述燃气压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
fz
。
13.作为本方案的优选：选取所述挤推压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
jz
。
14.本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知：采用本方案能够实现100%可靠点火，保证在要求时间内引射启动，且不发生爆燃等问题，需要设计一套严密的控制时序，在运行过程中空气供应管路、酒精挤推管路和点火装置动作精确配合，制定合理有效的状态转换判定方法；在关车过程中，需要空气供应阀、酒精供应主阀、酒精供应副阀、酒精吹除阀密切配合，完成酒精管路吹除，实现安全关车。
15.为了避免引射过程中因为参与控制的传感器故障，发生控制失控导致超压或点火判断错误，引起导致系统安全问题，空气调压阀后段压力、燃气发生器压力和酒精挤推压力检测采取2/3表决方式，同一位置安装三支传感器，分别取空气调压阀后段压力、燃气发生器压力和酒精挤推压力的三个独立检测压力的中间值作为控制值，提高控制过程可靠性。
16.在控制过程中，为了保证引射系统在规定时间内启动，需要获取空气调压阀目标
位置曲线，目的是按照气源压力预置空气调压阀开度，保证在任何气源压力情况下空气供应管道填充完毕后空气调压阀后段压力就稳定在其目标值p
km
。
17.由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
18.图1为本发明的燃气发生器引射系统的管路结构示意图。
19.图2为空气调压阀位置与气源压力关系曲线图。
20.图中：1为高压氮气瓶、2为减压阀、3为酒精挤推阀、4为挤推压力传感器组、5为酒精吹除阀、6为单向阀、7为酒精储罐、8为酒精过滤器、9为酒精流量计、10为酒精供应主阀、11为酒精供应副阀、12为高压空气瓶组、13为空气供应阀、14为空气调压阀、15为空气压力传感器组、16为火花塞、17为燃气发生器、18为燃气压力传感器组、19为真空阀、20为真空腔体、21为接受室、22为混合室、23为扩压室。
具体实施方式
21.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
22.本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
23.如图1 所示：一种燃气引射式真空维持系统，包括有与燃气发生器连接的三条支路：高压空气供应支路：包括有通过管路依次连接的高压空气瓶组、空气供应阀、空气调压阀；所述空气调压阀与燃气发生器通过管路连通；所述空气调压阀与燃气发生器之间的管路上设置有空气压力传感器组；酒精吹除支路：包括有通过管路依次连接的高压氮气瓶、减压阀、酒精挤推阀、酒精吹除阀以及单向阀；所述酒精挤推阀与酒精吹除阀之间的管路上设置有挤推压力传感器组；酒精供应支路：包括有通过管路依次连接的酒精储罐、酒精过滤器、酒精流量计、酒精供应主阀以及酒精供应副阀；单向阀和酒精供应副阀的末端管路并联后共同接入燃气发生器中；酒精储罐上设置有一条支线管路与挤推压力传感器组所设置的管路连通；燃气发生器的末端连接到引射器；引射器包括有沿气路运行方向依次连接的接受室、混合室以及扩压室；接受室与真空腔体连接；真空腔体与接受室的连接处设置有真空阀；燃气发生器内设置有燃气压力传感器组。
24.作为本方案的优选：空气压力传感器组、燃气压力传感器组以及挤推压力传感器组分别都包括有3个独立的传感器。
25.作为本方案的优选：真空阀具有阀前压力显示功能；空气供应阀、空气调压阀，空气供应阀是气控阀，能够在不到1秒时间内实现快速
开关，接通或切断燃气发生器空气供应；空气调压阀是把高压空气通过自动调节开度方式，实现调节阀后的压力值稳定在某一目标值，保证给燃气发生器按要求流量供给稳定空气；酒精供应支路中，酒精的稳定供应是通过酒精挤推阀管路恒定挤推压力实现的，高压氮气瓶的高压氮气通过减压阀调节为目标挤推压力，打开酒精挤推阀后高压氮气挤推储罐酒精，酒精供应主阀和酒精供应副阀同时打开后，为燃气发生器供应稳定酒精；打开酒精吹除阀后，高压氮气能够将燃气发生器中的残留酒精吹除；酒精挤推阀、酒精供应主阀、酒精供应副阀和酒精吹除阀都是气控杠杆阀，在0.1秒内可实现阀门开关。
26.一种基于上述装置的运行时序控制方法，包括有以下步骤：a、按照预设的酒精挤推压力p
jm
调节酒精减压阀的开度；b、按照预设的空气气源压力目标值p
am
，依据空气调压阀目标位置曲线（如图2所示），预设空气调压阀的调压位置；c、启动运行时序，确保所有阀门关闭到位后，打开空气供应阀，启动火花塞；d、如果空气供应阀在2秒时间内开启到极限位置，且空气压力传感器组的检测压力p
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达到或超过目标值p
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，打开酒精供应主阀，同时空气调压阀开始自动调压；否则,关闭空气供应阀、酒精供应主阀和火花塞，结束引射过程；e、空气调压阀开始调压后，如果空气压力传感器的检测压力p
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在3秒内压力偏差值稳定在目标值p
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的2%以内，且保持0.2秒以上，则打开酒精供应副阀和酒精挤推阀，开始点火；否则，关闭空气供应阀、酒精供应主阀和火花塞并将空气调压阀位置回零，结束引射过程；f、在开始点火后，燃气压力传感器组的检测压力p
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能够在1秒内增加到燃气发生器压力目标值p
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以上并保持0.02秒，燃气发生器启动成功，则关闭火花塞；否则，执行关车时序控制；g、燃气发生器启动成功后，引射器开始工作，如果真空阀阀前压力在3秒内被抽到目标值pz以下且保持时间0.02秒后，打开真空阀；否则，执行关车时序控制；h、真空阀开到位后，发出引射器正常启动通知，按试验要求运行到规定时间t
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或接到关车指令后，执行关车时序控制。
27.作为本方案的优选：关车时序控制的方法包括有以下步骤：关闭真空阀，在真空阀关到位或2秒时间到后，打开开酒精吹除阀，开始延时计时，延时0.2秒，关闭酒精供应副阀，延时0.5秒后，关闭酒精供应主阀，延时3秒后，关闭空气供应阀，且将空气调压阀位置回零，延时4秒后，关闭酒精吹除阀和酒精挤推阀。
28.作为本方案的优选：当燃气发生器出现超温或超压或空气压力传感器检测压力值超压时，进行安全联锁时序控制；所述安全联锁时序控制的方法如下：设置燃气发生器的温度报警值t
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空气压力传感器组的检测压力p
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29.作为本方案的优选：空气调压阀目标位置曲线的获取过程为：由控制器、空气压力传感器组检测值p
kz
和空气调压阀组成压力闭环控制，控制算法采用pi算法；将气源压力打到气源压力上限值后进行控制参数调节，将空气调压后压力稳定控制在目标压力p
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；控制稳定后，对试验数据进行拟合，得到空气调压阀位置与气源压力关系曲线，也就是空气调压阀目标位置曲线。
30.作为本方案的优选：选取所述空气压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
kz
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31.作为本方案的优选：选取所述燃气压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
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32.作为本方案的优选：选取所述挤推压力传感器组的三个传感器数值的中间值作为检测压力值p
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。
33.引射时序控制是经过严格的试验研究提出并得到重复验证的，时序控制时间精度是0.01秒级，状态参数判断要求控制在1%范围内，控制过程时间间隔不达标或参数判断有偏差将直接影响引射任务的成败，因此本方案中的出现的时间值均是具有重要意义的。
34.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。