一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统，包括氧气来源系统、氧气输运系统和配气台，本发明的氧气来源系统中，采用了通过液氧汽化的方法来制备氧气的过程，提高了液氧原料的利用率。通过压力传感器的实时监控，实现了整个过程的安全进行；本发明氧气输运系统中，关于控制氧气管路的流速做了一些措施，采用两个气动截止阀并联的方式，其中一个口径较小的气动截止阀先行打开，充当先导阀的功能。建立大口径气动截止阀两端压强的平衡，再打开大口径的气动截止阀，这样可以对降低高压氧气流速有比较好的效果；本发明氧气输运系统中，采用了三条主路和一条点火路的方案。可以根据试验的要求来合理的选用管路组合。
【专利说明】一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液体火箭发动机试验的氧气供应系统，属于航天发动机【技术领域】，具体来说，是一种具有安全系数高，调控精度高，能实现远程控制性能的氧气供应系统。
【背景技术】
[0002]目前在重复使用航天发动机试验领域，要求供应系统能够长时间多次的进行推进剂供给。推进剂供给系统的实现是成功进行发动机试验的保障，其中氧化剂供应系统的设计是一项重要的内容。氧气作为一类常用的氧化剂，在发动机推进剂领域占有重要的地位。在发动机试验过程中，氧气的供给维持在高压的状态，此时氧气具有强氧化性，在高速流动的过程中，容易与管路中的油污，酯类物质摩擦发生自燃，从而发生试验危险，因此氧气供应系统成为了试验整体系统设计中的一项难点。
[0003]目前国内在进行设计氧气试验系统的过程中，有些直接使用氧气瓶组来对高压氧气储罐进行供气，由于对高压氧气流速有较高的限制条件(具体可参照《氧气站设计规范》GB50030-2007)，这样直接供给的方式容易发生危险和浪费低压氧气。对于试验系统主供给管路中减压器的调节，目前通用的做法是将减压器直接放在配气台中，通过手动来调节减压器的出口压力值，由于需要操作人员在配气台进行工作，这样造成了人员与试验工质的直接接触，对于操作人员的安全形成了一定的威胁。对于氧气流速的控制，目前也是一项比较重要的问题所在。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决上述出现的问题，提出了一种安全系数高，能够精确控制试验系统参数的氧气供应系统，为安全进行重复使用发动机试验提供了一个可行的方案。
[0005]本发明是一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统，包括氧气来源系统、氧气输运系统和配气台。
[0006]本发明的优点在于:
[0007]( I)本发明的氧气来源系统中，采用了通过液氧汽化的方法来制备氧气的过程，提高了液氧原料的利用率。通过压力传感器的实时监控，实现了整个过程的安全进行；
[0008](2)本发明氧气输运系统中，关于控制氧气管路的流速做了一些措施，采用两个气动截止阀并联的方式，其中一个口径较小的气动截止阀先行打开，充当先导阀的功能。建立大口径气动截止阀两端压强的平衡，再打开大口径的气动截止阀，这样可以对降低高压氧气流速有比较好的效果；
[0009](3)本发明氧气输运系统中，采用了三条主路和一条点火路的方案。可以根据试验的要求来合理的选用管路组合。这样充分的提高了管路系统的利用率，防止了单条管路适应不同试验要求而导致的调控精度较低的缺点；
[0010](4)本发明氧气输运系统中，减压器的调节方式采取了目前较为先进的远程调控方式，通过配气台中的副减压器对主供应管路中的减压器进行调节，两者的出口压力值为一一对应，呈比例放大。这样可以实现了操作人员与试验工质远离，保障试验人员安全；
[0011](5)本发明氧气输运系统中，采用两道气动截止阀对管路进行调控，能够充分的对系统中的参数进行测量和控制。在两道阀门之间安装压力表和压力传感器来测量压力大小，安装音速喷嘴来控制管路的流量大小，气动减压器来控制管路中的压力的大小。这样的排列方式可以极大的提高系统的可控性能；
[0012](6)本发明氧气输运系统中，采用了在压力表前端加手动截止阀的方案，这样可以提高系统设备可拆卸性能；
[0013](7)本发明氧气输运系统中，在其关键的部位设置了过滤器装置，保证了供气源的洁净度处于较高的状态；
[0014](8)本发明氧气输运系统中，采用两道吹除气体的流程操作，极大可能的将系统内部试验完毕后残留的氧气介质进行了吹除；
[0015](9)本发明配气台中，采用小型气室来维持气动截止阀的开关操作所需要压力，摆脱了一般设计中通过管路内气体来维持气动截止阀所需压力而造成压力不稳定的缺点；
[0016](10)本发明氧气供应系统中，对于重复使用发动机的连续试车任务，采用了一道气动截止阀的关闭操作来对发动机进行燃气介质供应进行控制，由于气动截止阀的远程控制能力，这样极好的提升了系统的连续操作性能和安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统示意图。
[0018]图中:`[0019]IOla-手动截止阀IOlb-手动截止阀IOlc-手动截止阀
[0020]IOld-手动截止阀IOle-手动截止阀IOlf-手动截止阀
[0021]IOlg-手动截止阀IOlh-手动截止阀IOl1-手动截止阀
[0022]102-低压液氧储罐 103a-安全阀103b_安全阀
[0023]104a-压力表104b_压力表105-液氧泵
[0024]106-压力传感器107-汽化器108-气动截止阀
[0025]109-高压氧气储罐 201a-气动截止阀201b_气动截止阀
[0026]201c-气动截止阀201d-气动截止阀201e_气动截止阀
[0027]201f_气动截止阀201g_气动截止阀201h_气动截止阀
[0028]20?-压力表20?-压力表202c_压力表
[0029]203a-过滤器203b_过滤器204a_手动截止阀
[0030]204b-手动截止阀204c-手动截止阀205-气动减压器
[0031]206-安全阀207-音速喷嘴208-压力传感器
[0032]209-波纹管210-单向阀21Ia-气动截止阀
[0033]211b-气动截止阀211c-气动截止阀21 Id-气动截止阀
[0034]212a-压力表212b_压力表213a_手动截止阀
[0035]213b-手动截止阀213c-手动截止阀214-气动减压器
[0036]215-安全阀216-音速喷嘴217-压力传感器[0037]218-波纹管219-单向阀220-过滤器
[0038]301a-手动截止阀301b_手动截止阀301c_手动截止阀
[0039]301d-手动截止阀301e_手动截止阀301f-手动截止阀
[0040]301g_手动截止阀301h_手动截止阀301i_手动截止阀
[0041]30Ij-手动截止阀301k-手动截止阀3011-手动截止阀
[0042]30 Irn-手动截止闽30 In-手动截止闽302_过滤器
[0043]303a-压力表303b_压力表303c_压力表
[0044]303d-压力表303e_压力表304a_手调减压器
[0045]304b-手调减压器304c-手调减压器304d_手调减压器
[0046]305-小型气室3-配气台401-发动机推力室
[0047]402-发动机点火器
【具体实施方式】
[0048]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0049]一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统，如图1所示，包括氧气来源系统、氧气输运系统和配气台3。
[0050]氧气来源系统包括手动截止阀(IOla~101h)、低压液氧储罐102、安全阀(103a、103b)、压力表(104a、104b)、液氧泵105、压力传感器106、汽化器107、气动截止阀108、高压氧气储罐109以及管道。
[0051]低压液氧储罐102的输入连接充气管路，充气管路旁路设有手动截止阀101a，低压液氧储罐102的顶端通过三通，分别连接安全阀103a、手动截止阀101b、压力表104a，低压液氧储罐102的输出通过手动截止阀IOlc连接液氧泵105，低压液氧储罐102还连接一个手动截止阀101d，液氧泵105的另一端通过手动截止阀IOlf连接汽化器107的输入端，液氧泵105还连接一个手动截止阀101e，液氧泵105与手动截止阀IOlf之间，设有压力传感器106，汽化器107的输出端通过气动截止阀108连接手动截止阀101h，再连接高压氧气储罐109，汽化器107还连接一个手动截止阀101g，高压氧气储罐109连接一个手动截止阀101i，高压氧气储罐109还连接一个安全阀103b，安全阀103b与高压氧气储罐109之间设有压力表104b，高压氧气储罐109的输出分别连接气动截止阀201a和气动截止阀201b。
[0052]氧气来源系统主要的功能是给高压氧气储罐109提供氧气来源的。制备氧气的主要方式是通过低压液氧储罐102提供液氧介质。通过高压气体将液氧挤压出低压液氧储罐102，液氧进入液氧泵105，通过液氧泵105将液氧介质的压力值提高到一定程度，最后高压液氧经过汽化器107的汽化作用，形成高压氧气，这样直接可以进入到高压氧气储罐109进行填充。
[0053]氧气输运系统包括气动截止阀(201a~201d)、过滤器203a，压力表202a，主路a、主路b、主路C、点火路d。
[0054]气动截止阀201a的一端连接高压氧气储罐109，另一端连接过滤器203a的输入端，从高压氧气储罐109出口管路中安装一个三通阀，引出一条管路来与气动截止阀201b输入端连接，同样从气动截止201a的出口管路上，适当位置安装三通阀，分别与气动截止阀201c输入端和气动截止阀201d输入端连接。过滤器203a的输出端分别连接主路a中的气动截止阀20Ie、主路b中的气动截止阀20Ie、主路c中的气动截止阀20Ie、点火路d中的气动截止阀211a，过滤器203a输出端还连接压力表202a。
[0055]主路a、主路b、主路C、点火路d结构相同，主路a包括气动截止阀201e、手动截止阀204a、压力表202b、气动减压器205、安全阀206、手动截止阀204b、压力表202c、音速喷嘴207、压力传感器208、波纹管209、手动截止阀204c、气动截止阀201f、气动截止阀201g、气动截止阀201h、单向阀210、过滤器203b。
[0056]气动截止阀201e的一端连接气动减压器205，气动减压器205的另一端连接音速喷嘴207，气动截止阀201e与气动减压器205之间设有手动截止阀204a，还连接压力表202b，气动减压器205与音速喷嘴207之间设有安全阀206和手动截止阀204b，手动截止阀204b还连接压力表202c，音速喷嘴207的另一端连接波纹管209，音速喷嘴207与波纹管209之间设有压力传感器208和手动截止阀204c，手动截止阀204c还连接气动截止阀201f，波纹管209的另一端连接气动截止阀201g的一端，气动截止阀201g的另一端连接过滤器203b的输入端，过滤器203b的输出端连接发动机推力室401，气动截止阀20 Ig与过滤器203b之间设有单向阀210，单向阀210还连接气动截止阀201h。
[0057]主路b中过滤器203b的输出端连接发动机推力室401，主路c中过滤器203b的输出端也连接发动机推力室401。
[0058]点火路d包括气动截止阀211a、手动截止阀213a、压力表212a、气动减压器214、安全阀215、手动截止阀213b、压力表212b、音速喷嘴216、压力传感器217、波纹管218、手动截止阀213c、气动截止阀211b、气动截止阀211c、气动截止阀211d、单向阀219、过滤器220。
[0059]气动截止阀211a的一端连接气动减压器214，气动减压器214的另一端连接音速喷嘴216，气动截止阀211a与气动减压器214之间设有手动截止阀213a，再连接压力表212a，气动减压器214与音速喷嘴216之间设有安全阀215和手动截止阀213b，手动截止阀213b还连接压力表212b，音速喷嘴216的另一端连接波纹管218，音速喷嘴216与波纹管218之间设有压力传感器217和手动截止阀213c，手动截止阀213c还连接气动截止阀211b，波纹管218的另一端连接气动截止阀211c的一端，气动截止阀211c的另一端连接过滤器220的输入端，过滤器220的输出端连接发动机点火器402，气动截止阀211c与过滤器220之间设有单向阀219，单向阀219还连接气动截止阀211d。
[0060]氧气输运系统的主要功能是保证氧气系统中氧气介质的正常输运过程，从而达到对氧气介质的实时监测和调控的能力。氧气输运系统采用三条主路(主路a、主路b、主路c)与一条点火路d的搭配方案，主路主要是提供发动机试验需要的主氧化剂，要求是供给流量较大，调控精度较低。三条主路采用不同规格参数，这样可以适合一般流量下的供给要求，一方面如需要特别大的流量要求时，可以采用两条主路或是三条主路同时工作的方法，这样可以避免由于一条主路无法满足要求而去更改管路尺寸的复杂过程，另一方面，如果采用比较大的管路管径，会造成整体试验系统成本的指数上升，主要是阀门类价格提高较大，不符合经济性的要求。点火路d主要是提供发动机点火器402点火需要的氧化剂，要求是供给流量较小，调控精度高。大型发动机点火的过程一般都是需要一个流量较小的发动机点火器进行点火，然后对大型发动机点火。各个分路中采用的都是两道气动截止阀(201e和201g，211a和211c)控制的原则，这样的设置原则可以在两者中间设置一些调控设备，比如气动减压器(205、214)和音速喷嘴(207、216)等。其中气动减压器(205、214)的主要功能是对上游压力不稳定的气体进行减压操作，将气体压力值减压达到一个稳定的状态，满足后续供应能力的要求。音速喷嘴(207、216)的主要功能是对气体流动过程中的流量进行控制，它具有调节精度高，调节稳定性好，方便拆卸的优点，是管路流量调节不可或缺的元器件。
[0061]配气台3包括手动截止阀301a、过滤器302、手动截止阀30lb、压力表303a、主路a气动减压器控制支路、主路b气动减压器控制支路、主路c气动减压器控制支路、点火路d气动减压器控制支路、气动截止阀控制路、吹除气体控制路。
[0062]氮气管路通过手动截止阀301a连接过滤器302的输入端，过滤器302的输出端分别连接主路a气动减压器控制支路的手动截止阀301c、主路b气动减压器控制支路的手动截止阀301c、主路c气动减压器控制支路的手动截止阀301c、点火路d气动减压器控制支路的手动截止阀301f、气动截止阀控制路的手动截止阀301i，过滤器302的输出端后设有手动截止阀301b和压力表303a。
[0063]主路a气动减压器控制支路、主路b气动减压器控制支路、主路c气动减压器控制支路、点火路d气动减压器控制支路、气动截止阀控制路结构相同。
[0064]主路a气动减压器控制支路包括手动截止阀301c、手调减压器304a、手动截止阀301d、压力表303b、手动截止阀301e。
[0065]手动截止阀301c连接手调减压器304a的一端，手调减压器304a的另一端连接手动截止阀301e，手调减压器304a与手动截止阀301e之间设有手动截止阀301d和压力表303b，主路a气动减压器控制支路的手动截止阀301e的另一端连接主路a的气动减压器205，主路b气动减压器控制支路的手动截止阀301e的另一端连接主路b的气动减压器205，主路c气动减压器控制支路的手动截`止阀301e的另一端连接主路c的气动减压器205。
[0066]点火路d气动减压器控制支路包括手动截止阀301f、手调减压器304b、手动截止闽301g、压力表303c、手动截止闽301h。手动截止闽301f连接手调减压器304b的一?而，手调减压器304b的另一端连接手动截止阀301h，手调减压器304b与手动截止阀301h之间设有手动截止阀301g和压力表303c，点火路d气动减压器控制支路的手动截止阀301h的另一端连接点火路d的气动减压器214。
[0067]气动截止阀控制路包括手动截止阀3011、手调减压器304c、手动截止阀301j、压力表303d、手动截止阀301k、小型气室305。
[0068]手动截止阀301i连接手调减压器304c的一端，手调减压器304c的另一端连接手动截止阀301k，手调减压器304c与手动截止阀301k之间设有手动截止阀301 j和压力表303d，手动截止阀301k的另一端连接小型气室305的输入端，小型气室305的输出端连接各个气动截止阀(108，201a~201h，211a~211d)，其中图例中仅显示了部分连接关系，主要是为了保证整体原理图的工整。
[0069]吹除气体控制路包括手动截止闽3011、手调减压器304d、手动截止闽301m、压力表303e、手动截止阀301η。
[0070]手动截止阀3011 —端连接氮气管路，另一端连接手调减压器304d，手调减压器304d的另一端连接手动截止阀301η，手动截止阀301η的另一端连接吹除/氮气进气口，吹除/氮气进气口与气动截止阀(201d，201h, 211d)连接，手调减压器304d与手动截止阀301η之间设有手动截止阀301m和压力表303e。
[0071]配气台3的整个控制过程采用了氮气作为调控气体，氮气具有化学活性不强，危险性低的优点，这样可以实现保障操作人员安全的要求。配气台3的主要功能是①通过调整手调减压器(304a?304b)出口压力值来调控氧气输运系统中气动减压器(205、214)的出口压力值。其中手调减压器(304a?304b)的出口压力值与气动减压器(205、214)的出口压力值呈比例关系，——对应。气体进入气动减压器(205，214)后控制其出口压力值，进入的气体不进入主管路中，在整个试验完毕以后，气动减压器(205,214)自行进行放气操作。②控制氧气供应系统中的气动截止阀(108,201a?201h，211a?211d)，为其提供控制气体。气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)的控制是通过具有一定压力值的气体来控制的，气体进入气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)后，通过其压力值来打开阀门，从而控制气动截止阀(108，201a?201h，211a?21 Id)的打开过程，如果进行放气操作，气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)自动进行关闭。小型气室(305)的主要功能是维持控制气体的压力稳定，这样达到平稳控制气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)的要求。③对氧气输运系统的管路进行吹除操作，配气台3吹除管路末端连接各个控制的气动截止阀(201d，201h，211d)。
[0072]工作过程:
[0073]由于氧气输运系统在实际的使用中有不同的组合方式，本发明采用一条主路a和和一条点火路来说明实际的实施过程。相应的配气台系统也只采用相关的支路来说明配气台的实施过程。
[0074]试验分为准备阶段、试验阶段、停车阶段。
[0075]在准备阶段，我们需要保证如下任务得到完成。①保证氧气来源系统工作完成，即将高压氧气储罐109内充填满氧气介质。②将配气台中的手调减压器(304a?304b)出口后的压力值调整到合适的位置，其出口的压力值直接与主管路中相应的气动减压器(205，214)相配合，手调减压器304c出口后的压力值与氧气供应系统中的各个气动截止阀(108，201a?201h，21 Ia?21 Id)相配合，手调减压器304d的主要功能是提供吹除气体压力。③对氧气输运系统中的相关器件进行检查和调试。
[0076]针对氧气来源系统，我们需要检查手动截止阀(IOla?IOli)都处于关闭状态，气动截止阀108处于关闭状态，压力传感器106和压力表(104a?104b)的示数正常。接下来打开手动截止阀101d，液氧直接从手动截止阀IOld中进入低压液氧储罐102中进行储存，输入完毕后关闭手动截止阀IOlcL打开手动截止阀101c，手动截止阀IOlf，手动截止阀101h，打开液氧泵105，将流出的液氧进行加压操作，通过压力传感器106实时的监测液氧泵105后的压力值。加压后的液氧进入汽化器107中，进行汽化操作，最后从汽化器107出来的为高压氧气。打开气动截止阀108，至此处理完毕的高压氧气进入高压氧气储罐109。将高压氧气储罐109填充完毕之后，立即停止液氧泵105工作，关闭手动截止阀101h，气动截止阀108，手动截止阀IOlf和手动截止阀101c，打开手动截止阀101g，放出汽化器107里面残留的高压氧气。打开手动截止阀101e，放出手动截止阀IOlc和手动截止阀IOlf之间存留的氧气介质。打开手动截止阀101a，对低压液氧储罐102进行泄压操作，当压力表104a示数达到合理的范围之后，关闭手动截止阀101a，至此，氧气供应系统工作完毕，完成了对高压氧气储罐109的充气过程。
[0077]在氧气来源系统中，氧气的制备经历了从低压液氧变成高压气氧的过程。其中压力的控制是比较重要的内容，这里选择在液氧泵105后面布置了压力传感器106，而没有选择一般的压力表，这样可以实现远距离的监测，防止高压环境对人员的潜在危险。对于低压液氧储罐102，在其外壁上安装了安全阀103a，压力表104a和手动截止阀101b，其工作程序是若压力表104a的压力值在非工作状态下偏高，则操作人员手动控制手动截止阀101b，进行放气泄压操作，若低压液氧储罐102压力过高，则安全阀103a开启自动泄压放气操作。此过程同样适用于高压氧气储罐109及其附属的手动截止阀1011、压力表104b和安全阀103b的工作程序。
[0078]针对配气台3，首先检查手动截止阀(301a?301η)，保证其都处于关闭状态。检查压力表(303a?303e)的示数值，保证其处于零点位置。接下来打开手动截止阀301a，观察压力表303a示数值，一般情况下需要满足配气台进气口压力大小。接下来打开手动截止阀301c，手动截止阀301f和手动截止阀301i，手动调节手调减压器304a的出口压力值，主要是通过压力表303b来观察调节的示数大小，手调减压器304a的出口压力值和氧气输运系统中的气动减压器205的出口压力值呈一一对应，比例放大关系，因此调节手调减压器304a的出口压力值需要特别精确。打开手动截止阀301e，气流到达气动减压器205的内部而不进入主管路a中。至此配气台对氧气输运系统中的气动减压器205的调节完毕。同样手动调节手调减压器304b的出口压力值，主要是通过压力表303c来观察调节的示数大小，手调减压器304b的出口压力值和氧气输运系统中的气动减压器214的出口压力值呈一一对应，比例放大关系，因此调节手调减压器304b的出口压力值需要特别精确。打开手动截止阀301h，气流到达气动减压器214的内部而不进入点火路d中。至此配气台对氧气输运系统中的气动减压器214的调节完毕。接下来调节手调减压器304c，根据压力表303d的示数大小来控制其调节程度，调节的大小主要与各个气动截止阀(108，201a?201h，211a?21 Id)开闭所需的气体压力大小相关。接着打开手动截止阀(301k)，气流进入小型气室305，再进入各个气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)内部，而不进入其管路中。图例中没有全部绘画出小型气室305与各个气动截止阀(108，201a?201h，211a?211d)之间的连接关系，主要是保证整体原理图的美观，因此在图中仅仅与部分气动截止阀进行了连接关系。至此对氧气输运系统中的各个气动截止阀(108，201a?201h，211a?21 Id)的调节任务完成。接下来打开手动截止阀3011，手动调节手调减压器304d的出口压力值大小，根据压力表303e来进行判断。打开手动截止阀301η，管路后续与气动截止阀(201d，201h，211d)进行连接关系，至此对管路的吹除气体进行调节的任务完毕。
[0079]针对氧气输运系统，首先检查手动截止阀(204a?204c，213a?213c)处于打开状态。压力表(202a?202c，212a?212b)示数正常，且压力值大于零，保证管路内部维持大于外界大气压的状态，防止试验过程中气体发生倒流的现象。至此对氧气输运系统的检查完毕。到这里对整个试验系统的准备工作完毕。
[0080]下面开始进行试验阶段。
[0081]首先打开气动截止阀201b，在压力表202a的示数值接近压力表104b的示数的一半时，打开气动截止阀201a，气流通过过滤器203a到达气动截止阀(201e、211a)的前端，首先调节点火路d，打开气动截止阀211a，气流依次通过气动减压器214的减压作用，音速喷嘴216控制流量的作用，到达气动截止阀211c前端，打开气动截止阀211c，气流通过过滤器220的过滤作用，进入发动机点火器401中，与其中的燃料进行反应着火释放热量。接下来调节主路a，打开气动截止阀201e，气流依次通过气动减压器205的减压作用，音速喷嘴207控制流量的作用，到达气动截止阀201g，前端，打开气动截止阀201g，气流通过过滤器203b的过滤作用，进入发动机推力室401中。至此发动机开始正常的开始试验，由于上述过程是一次性的工作过程，为了满足发动机重复使用的要求，需要对整个试验系统进行数次连续的工作过程，这其中可以通过连续的开关气动截止阀211c来对发动机点火器402供应介质进行点火，开关气动截止阀201g来给发动机推力室401供应氧化剂，进行发动机正常的试车，从而达到重复点火的性能指标。
[0082]试验过程中需要时刻注意压力表(202a?202c，212a?212b)的示数值，确保其示数稳定且达到合理的试验参数要求。压力表(202a?202c，212a?212b)在实际操纵中将仪表盘安装到配气台3中，这样可以确保配气台3操作人员与试验气体进行隔离，方便读取数据，配气台3 —般与试验主路相距一段距离，这样提高了试验系统的安全性能。压力表(202b?202c，212a?212b)前端分别安装了一个手动截止阀(204a?204b，213a?213b),主要的功能是为了方便拆卸压力表(202b?202c，212a?212b)，可以通过前端的手动截止阀(204a?204b，213a?213b)来隔绝管内高压气体对拆卸带来的危险。主路a和点火路d中都采用了波纹管(209，218)的结构，主要是波纹管可以抵消部分管路内部的应力，减少管路对发动机推力测量带来的影响。压力传感器(208，217)的主要作用是将压力参数实时的传递给远程计算机，操作人员来确认数据是否满足要求。考虑氧气高压的状态下会产生强烈的氧化性能，因此对于试验的管路及其附属设备要求采取严格的除油措施。
[0083]当发动机成功进行相关的试验后，最后进入试验系统的停车阶段。
[0084]首先对氧气输运系统进行停车操作。关闭气动截止阀201a和气动截止阀201b，切断高压氧气储罐109对各个支路的供应。调整手调减压器304a和手调减压器304b的出口压力值，目的是对气动减压器205和气动减压器214进行放气操作。接着关闭气动截止阀211c，打开气动截止阀211d，开始对气动截止阀211c到发动机点火器402的管路进行吹除的措施，起到将氧气排出点火路d的结果。接着关闭气动截止阀201g，打开气动截止阀201h，开始对气动截止阀201g到发动机推力室401的管路进行吹除的措施，起到将氧气排出主路a的结果。接着打开气动截止阀201f、气动截止阀211b和气动截止阀201d，开始对气动截止阀201g和气动截止阀211c之前的管路进行吹除操作。控制一定的吹除时间过后，压力表202b示数大于零后，关闭气动截止阀201e，同样当压力表212a示数大于零后，关闭气动截止阀211a。接着打开气动截止阀201c，对气动截止阀201e与气动截止阀201a之间的管路进行吹除操作。控制相关的吹除时间后，压力表202a示数大于零，则关闭气动截止阀201c，随即关闭气动截止阀201d，保持管路内部时刻处于正压力的状态。至此，对氧气输运系统的操作完毕。
[0085]接着对配气台3进行停车操作。关闭手动截止阀301a和手动截止阀3011，阻断对整个配气台3的氮气源供应。关闭手动截止阀301e、手动截止阀301h、手动截止阀301k和手动截止阀301η，手动截止阀301c、手动截止阀301f、手动截止阀301i，打开手动截止阀301d、手动截止阀301g、手动截止阀301 j和手动截止阀301m，对管路内部气体进行放气操作。打开手动截止阀301b，对手动截止阀301a和手动截止阀301c之间的管路进行放气操作，放气完毕后，关闭手动截止阀301b，手动截止阀301d、手动截止阀301g、手动截止阀301 j和手动截止阀301m。至此，对配气台3的停车操作完毕。整个试验系统的工作程序完毕。
【权利要求】
1.一种针对重复使用发动机试验的氧气供应系统，包括氧气来源系统、氧气输运系统和配气台(3)； 氧气来源系统包括手动截止阀(IOla~101h)、低压液氧储罐(102)、安全阀(103a、103b)、压力表(104a、104b)、液氧泵(105)、压力传感器(106)、汽化器(107)、气动截止阀(108)、高压氧气储罐(109)以及管道； 低压液氧储罐(102)的输入连接充气管路，充气管路旁路设有手动截止阀(IOla),低压液氧储罐(102)的顶端通过三通，分别连接安全阀(103a)、手动截止阀(101b)、压力表(104a)，低压液氧储罐(102)的输出通过手动截止阀(IOlc)连接液氧泵(105)，低压液氧储罐(102)还连接一个手动截止阀(IOld),液氧泵(105)的另一端通过手动截止阀(IOlf)连接汽化器(107)的输入端，液氧泵(105)还连接一个手动截止阀(101e)，液氧泵(105)与手动截止阀(IOlf)之间，设有压力传感器(106)，汽化器(107)的输出端通过气动截止阀(108)连接手动截止阀(101h)，再连接高压氧气储罐(109)，汽化器(107)还连接一个手动截止阀(IOlg)，高压氧气储罐(109)连接一个手动截止阀(IOli )，高压氧气储罐(109)还连接一个安全阀(103b),安全阀(103b)与高压氧气储罐(109)之间设有压力表(104b)，高压氧气储罐(109)的输出分别连接气动截止阀(201a)和气动截止阀(201b)； 氧气输运系统包括气动截止阀(201a~201d)、过滤器(203a)，压力表(202a)，主路a、主路b、主路C、点火路d ； 气动截止阀(201a)的一端连接高压氧气储罐(109)，另一端连接过滤器(203a)的输入端，从高压氧气储罐(109)出口管路中安装一个三通阀，引出一条管路来与气动截止阀(201b)输入端连接，同样从气动截止阀(201a)的出口管路上，适当位置安装三通阀，分别与气动截止阀(201c)输入端和气动截止阀(201d)输入端连接；过滤器(203a)的输出端分别连接主路a中的气动截止阀(201e )、主路b中的气动截止阀(201e )、主路c中的气动截止阀(201e)、点火路d中的气动 截止阀(211a)，过滤器(203a)输出端还连接压力表(202a)；主路a、主路b、主路C、点火路d结构相同，主路a包括气动截止阀(201e)、手动截止阀(204a)、压力表(202b)、气动减压器(205)、安全阀(206)、手动截止阀(204b)、压力表(202c)、音速喷嘴(207)、压力传感器(208)、波纹管(209)、手动截止阀(204c)、气动截止阀(201f)、气动截止阀(201g)、气动截止阀(201h)、单向阀(210)、过滤器(203b)； 气动截止阀(201e)的一端连接气动减压器(205)，气动减压器(205)的另一端连接音速喷嘴(207)，气动截止阀(201e)与气动减压器(205)之间设有手动截止阀(204a)，还连接压力表(202b)，气动减压器(205)与音速喷嘴(207)之间设有安全阀(206)和手动截止阀(204b)，手动截止阀(204b)还连接压力表(202c)，音速喷嘴(207)的另一端连接波纹管(209)，音速喷嘴(207)与波纹管(209)之间设有压力传感器(208)和手动截止阀(204c)，手动截止阀(204c)还连接气动截止阀(20If )，波纹管(209)的另一端连接气动截止阀(20Ig)的一端，气动截止阀(201g)的另一端连接过滤器(203b)的输入端，过滤器(203b)的输出端连接发动机推力室(401)，气动截止阀(201g)与过滤器(203b )之间设有单向阀(210 )，单向阀(210)还连接气动截止阀(201h)； 主路b中过滤器(203b)的输出端连接发动机推力室(401)，主路c中过滤器(203b)的输出端也连接发动机推力室(401)，点火路d中过滤器(220)的输出端连接发动机点火器(402)；配气台(3)包括手动截止阀(301a)、过滤器(302)、手动截止阀(301b)、压力表(303a)、主路a气动减压器控制支路、主路b气动减压器控制支路、主路c气动减压器控制支路、点火路d气动减压器控制支路、气动截止阀控制路、吹除气体控制路； 氮气管路通过手动截止阀(301a)连接过滤器(302)的输入端，过滤器(302)的输出端分别连接主路a气动减压器控制支路的手动截止阀(301c)、主路b气动减压器控制支路的手动截止阀(301c)、主路c气动减压器控制支路的手动截止阀(301c)、点火路d气动减压器控制支路的手动截止阀(301f)、气动截止阀控制路的手动截止阀(301i)，过滤器(302)的输出端后设有手动截止阀(301b)和压力表(303a)； 主路a气动减压器控制支路、主路b气动减压器控制支路、主路c气动减压器控制支路、点火路d气动减压器控制支路、气动截止阀控制路结构相同； 主路a气动减压器控制支路包括手动截止阀(301c)、手调减压器(304a)、手动截止阀(301d)、压力表(303b)、手动截止阀(301e)； 手动截止阀(301c)连接手调减压器(304a)的一端，手调减压器(304a)的另一端连接手动截止阀(301e)，手调减压器(304a)与手动截止阀(301e)之间设有手动截止阀(301d)和压力表(303b)，主路a气动减压器控制支路的手动截止阀(301e)的另一端连接主路a的气动减压器(205)，主路b气动减压器控制支路的手动截止阀(301e)的另一端连接主路b的气动减压器(205)，主路c气动减压器控制支路的手动截止阀(30Ie)的另一端连接主路c的气动减压器(205)，点火路d气动减压器控制支路的手动截止阀(301h)的另一端连接点火路d的气动减压器(214); 气动截止阀控制路的手动截止阀(301k)的另一端连接小型气室(305)的输入端，小型气室(305)的输出端连接各 个气动截止阀(108，201a~201h，211a~211d)； 吹除气体控制路包括手动截止阀(3011)、手调减压器(304d)、手动截止阀(301m)、压力表(303e)、手动截止阀(301η)； 手动截止阀(3011)—端连接氮气管路，另一端连接手调减压器(304d)，手调减压器(304d)的另一端连接手动截止阀(301η)，手动截止阀(301η)的另一端连接吹除/氮气进气口，吹除/氮气进气口与气动截止阀(201d，201h, 21 ld)连接，手调减压器(304d)与手动截止阀(301η)之间设有手动截止阀(301m)和压力表(303e)。
【文档编号】F17C13/02GK103486437SQ201310403289
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】俞南嘉, 戴健, 蔡国飙 申请人:北京航空航天大学