火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法
【专利摘要】本发明涉及管路振动试验【技术领域】，具体公开了一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法。该系统中的试验件上端通过管路上端固定工装固定在龙门架上，试验件的下端通过压力平衡装置中的振动工装与振动台相连接，且压力平衡装置还连接有力和位移监测系统，试验件与测量及数据采集系统和控制系统连接，并在管路上端固定工装上连接有注水加压系统，用以对试验件进行充液、充气试验。该压力平衡系统及方法可以平衡由于压力作用造成的管路变形，特别是由于波纹管的可变形性造成的较大变形，保证管路各端面位于产品要求初始位置；同时可以确保振动加载方向的自由度，最大限度减小对设备推力的影响。
【专利说明】火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于管路振动试验【技术领域】，具体涉及一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法。
【背景技术】
[0002]火箭输送管路振动试验需要在充液(水或模拟燃料的液体)加压的条件下进行。目前，管路试验多采用轴线水平放置的方法，管路两端或多端通过工装连接于固定基础或滑台后进行充液加压，利用工装限制管路压力造成的变形，之后在所需部位连接振动台进行试验。该方法由于忽略了实际安装状态下重力和流体动特性的影响，一般适用于管路系统内无液体和充满液体的状态下加压的情况。
[0003]实际工作中火箭输送管路主要处于近似竖直的安装位置，且管路内部可能处于液体非充满的带压状态。考虑到重力和流体动特性的影响，为了获得更为真实状态下的振动试验结果，需要对火箭输送管路系统采取与箭上状态一致的近似竖直安装状态，将管路上端固支，在下端施加振动。
[0004]由于在充液加压的过程中管路会产生变形，若将管路下端固定于滑台或静压轴承来控制变形，则该试验系统仅适用于管路的横向振动试验，而且存在损失振动台推力等问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法，可以解决现有火箭输送管路充液加压过程所产生的变形恢复问题，并保证振动台动圈不承受过大静载，保护设备安全并使试验量级能够满足要求。
[0006]本发明的技术方案如下:一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，该系统包括振动工装、悬吊装置、力和位移监测系统以及注水加压系统，其中，试验件上端通过管路上端固定工装固定在龙门架上，试验件的下端通过压力平衡装置中的振动工装与振动台相连接，且压力平衡装置还连接有力和位移监测系统，试验件与测量及数据采集系统和控制系统连接，并在管路上端固定工装上连接有注水加压系统，用以对试验件进行充液、充气试验。
[0007]所述的压力平衡装置包括振动工装、悬吊装置和限位保护装置，振动工装上端面与试验件相连接，下端面和两个相互垂直的侧面通过转接工装与振动台相连，其中，转接工装通过包含垂直悬吊装置和横向悬吊装置的悬吊装置固定，在与振动工装上端面垂直的方向上对称布置四组垂直悬吊装置，在试验件充液加压过程中管路横向变形的相反方向布置相应的横向悬吊装置组。
[0008]所述的垂直悬吊装置和横向悬吊装置由多组橡皮绳组和吊葫芦构成，且垂直方向的吊葫芦固定在龙门架上，横向悬吊装置组中的吊葫芦与固定于地面的基础相连。
[0009]所述的每组橡皮绳组和吊葫芦之间串联有力传感器。
[0010]该系统还包括限位保护装置，限位保护装置固定在地面上，其上端的导向杆穿过振动工装上的限位孔，在试验前充液加压，试验后泄压及相应的平衡位置调节过程中起限位保护作用，其中，限位保护装置可容许试验件下端面具有一定的活动范围，且该活动范围不大于最大允许位移范围。
[0011]所述的转接工装下端面及侧面固定于地面的基础上安装有位移传感器，用于实时测量转接工装相对于初始平衡位置的位移。
[0012]一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，该方法具体包括如下步骤:
[0013]步骤1、根据试验件具体要求，建立振动试验压力平衡系统；
[0014]根据任务和试验件要求选择合适的龙门架、管路上端固定工装、振动工装以及限位保护装置，并确定悬吊装置固定端和试验件下端振动工装的相对位置；
[0015]根据试验件产品重量、充液重量以及加压最大压强，选取合适的吊葫芦、橡皮绳组以及力传感器；
[0016]搭建龙门架，安装管路上端固定工装，将试验件管路上端固定在管路上端固定工装上，并将平衡悬吊装置安装在横梁上；将振动工装连接到平衡悬吊装置上，通过调节平衡悬吊装置，使得振动工装可以与试验件下端连接，并将记录试验件下端的初始位置，作为零位；
[0017]步骤2、根据试验件的试验方向，进行振动试验压力平衡系统中振动台定位及限位保护，并连接采集系统及振动控制系统；
[0018]步骤3、利用注水加压系统对试验件进行分级充液及加压试验，并通过悬吊装置平衡分级充液及加压过程中试验件下端面的位置后，进行试验件的振动试验；
[0019]步骤4、完成试验件一个方向试验后，对试验件进行分级泄压及排净试验件管路内液体；
[0020]步骤5、完成试验件全部方向的试验；
[0021 ] 重复步骤2?4的过程，完成试验件全部方向的试验，且在各方向充液量相同的情况下，可不进行排出管路内液体的步骤，但必须进行泄除气压的过程。
[0022]所述的步骤3具体包括如下步骤:
[0023]将试验件初始位置调整后振动工装的初始位置作为位移传感器示值的零位，记录悬吊装置中各个力传感器的初值，并根据试验要求，设定振动工装各端面方向所容许的最大位移；
[0024]利用注水加压系统进行液体量分级充液，并检测位移传感器的测量值，若在该级充液量内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级充液；若位移超过容许最大位移，暂停充液，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续充液，如此反复至充液完成，其中，每级充液量可根据前一级充液过程中的位移变化情况而适当调节；
[0025]利用注水加压系统进行分级加压，并检测位移传感器的测量值，若在该级压强内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级加压；若位移超过容许最大位移，暂停加压，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续加压，如此反复至加压完成，其中，每级压强可根据前一级加压过程中的位移变化情况而适当调节；
[0026]检查振动台穿入螺钉及限位保护装置的受力情况，并确保试验件下端面的初始位置，将振动工装与振动台连接，脱开限位保护装置，并开始振动试验。
[0027]所述的步骤4具体包括如下步骤:
[0028]完成一个方向试验后，连接限位保护装置，以加压过程中记录的各级力传感器数值为参考，按照与加压相反顺序分级泄压至O。将振动工装与振动台脱离。如试验件管路排液过程液量可控，则按照充液过程相反顺序排净管路内液体；若排液量不可控，则拆除位移传感器，将振动工装连接于一固定基础，卸除悬吊系统拉力，拆除加速度传感器，排净管路内液体。
[0029]所述的步骤2具体包括如下步骤:
[0030]将振动台上用于连接振动工装的安装孔调整与振动工装上的安装孔对正，并利用若干螺钉定位，同时，将振动工装与限位保护装置相连；
[0031]在试验件上安装加速度测点和应变测试，在振动工装下方固定基础上安装位移传感器，来测量振动工装下端面及侧面相对初始位置的位移，并连接数据采集系统和振动控制系统。
[0032]本发明的显著效果在于:本发明所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统及方法，该压力平衡系统及方法可以平衡由于压力作用造成的管路变形，特别是由于波纹管的可变形性造成的较大变形，保证管路各端面位于产品要求初始位置；同时可以确保振动加载方向的自由度，最大限度减小对设备推力的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明所示的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统示意图；
[0034]图2为图1中压力平衡装置结构示意图；
[0035]图中:1、龙门架；2、管路上端固定工装；3、振动工装；4、悬吊装置；5、限位保护装置；6、测量及数据采集系统；7、控制系统；8、力和位移监测系统；9、注水加压系统；10、振动台；11、试验件；12、橡皮绳组；13、吊葫芦；14、力传感器；15、位移传感器。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0037]如图1、图2所示，一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，包括振动工装
3、悬吊装置4、力和位移监测系统8以及注水加压系统9，其中，试验件11上端通过管路上端固定工装2固定在龙门架I上，试验件11的下端通过压力平衡装置中的振动工装3与振动台10相连接，且压力平衡装置还连接有力和位移监测系统8，试验件11与测量及数据采集系统6和控制系统7连接，并在管路上端固定工装2上连接有注水加压系统9，用以对试验件11进行充液、充气试验，其中，压力平衡装置包括振动工装3、悬吊装置4和限位保护装置5，振动工装3上端面与试验件11相连接，下端面和两个相互垂直的侧面通过转接工装与振动台10相连，其中，转接工装通过包含垂直悬吊装置和横向悬吊装置的悬吊装置4固定，在与振动工装3上端面垂直的方向上对称布置四组垂直悬吊装置，在试验件11充液加压过程中管路横向变形的相反方向布置相应的横向悬吊装置组，其中，垂直悬吊装置和横向悬吊装置由多组橡皮绳组12和吊葫芦13构成，并在每组橡皮绳组12和吊葫芦13之间串联有力传感器14，且垂直方向的吊葫芦13固定在龙门架I上，横向悬吊装置组中的吊葫芦13与固定于地面的基础相连；在地面上固定有限位保护装置5，且限位保护装置5上端的导向杆穿过振动工装上的限位孔，在试验前充液加压，试验后泄压及相应的平衡位置调节过程中起限位保护作用，其中，限位保护装置5可容许试验件11下端面具有一定的活动范围，且该活动范围不大于最大允许位移范围。在转接工装下端面及侧面固定于地面的基础上安装有位移传感器15，用于实时测量转接工装相对于初始平衡位置的位移。
[0038]一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，该方法具体包括如下步骤:
[0039]步骤1、根据试验件具体要求，建立振动试验压力平衡系统；
[0040]根据任务和试验件要求选择合适的龙门架、管路上端固定工装、振动工装以及限位保护装置，并确定悬吊装置固定端和试验件下端振动工装的相对位置；
[0041]根据试验件产品重量、充液重量以及加压最大压强，选取合适的吊葫芦、橡皮绳组以及力传感器；
[0042]搭建龙门架，安装管路上端固定工装，将试验件管路上端固定在管路上端固定工装上，并将平衡悬吊装置安装在横梁上；将振动工装连接到平衡悬吊装置上，通过调节平衡悬吊装置，使得振动工装可以与试验件下端连接，并将记录试验件下端的初始位置，作为零位；
[0043]步骤2、根据试验件的试验方向，进行振动试验压力平衡系统中振动台定位及限位保护，并连接采集系统及振动控制系统；
[0044]将振动台上用于连接振动工装的安装孔调整与振动工装上的安装孔对正，并利用若干螺钉定位，同时，将振动工装与限位保护装置相连；
[0045]在试验件上安装加速度测点和应变测试，在振动工装下方固定基础上安装位移传感器，来测量振动工装下端面及侧面相对初始位置的位移，并连接数据采集系统和振动控制系统。
[0046]步骤3、利用注水加压系统对试验件进行分级充液及加压试验，并通过悬吊装置平衡分级充液及加压过程中试验件下端面的位置后，进行试验件的振动试验
[0047]将试验件初始位置调整后振动工装的初始位置作为位移传感器示值的零位，记录悬吊装置中各个力传感器的初值，并根据试验要求，设定振动工装各端面方向所容许的最大位移；
[0048]利用注水加压系统进行液体量分级充液，并检测位移传感器的测量值，若在该级充液量内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级充液；若位移超过容许最大位移，暂停充液，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续充液，如此反复至充液完成，其中，每级充液量可根据前一级充液过程中的位移变化情况而适当调节；
[0049]利用注水加压系统进行分级加压，并检测位移传感器的测量值，若在该级压强内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级加压；若位移超过容许最大位移，暂停加压，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续加压，如此反复至加压完成，其中，每级压强可根据前一级加压过程中的位移变化情况而适当调节；
[0050]检查振动台穿入螺钉及限位保护装置的受力情况，并确保试验件下端面的初始位置，将振动工装与振动台连接，脱开限位保护装置，并开始振动试验；
[0051 ] 步骤4、完成试验件一个方向试验后，对试验件进行分级泄压及排净试验件管路内液体
[0052]完成一个方向试验后，连接限位保护装置，以加压过程中记录的各级力传感器数值为参考，按照与加压相反顺序分级泄压至O。将振动工装与振动台脱离。如试验件管路排液过程液量可控，则按照充液过程相反顺序排净管路内液体；若排液量不可控，则拆除位移传感器，将振动工装连接于一固定基础，卸除悬吊系统拉力，拆除加速度传感器，排净管路内液体。
[0053]步骤5、完成试验件全部方向的试验
[0054]重复步骤2?4的过程，完成试验件全部方向的试验，且在各方向充液量相同的情况下，可不进行排出管路内液体的步骤，但必须进行泄除气压的过程。
【权利要求】
1.一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:该系统包括振动工装(3)、悬吊装置(4)、力和位移监测系统(8)以及注水加压系统(9)，其中，试验件(11)上端通过管路上端固定工装(2)固定在龙门架(I)上，试验件(11)的下端通过压力平衡装置中的振动工装(3)与振动台(10)相连接，且压力平衡装置还连接有力和位移监测系统(8)，试验件(11)与测量及数据采集系统(6)和控制系统(7)连接，并在管路上端固定工装(2)上连接有注水加压系统(9 )，用以对试验件(11)进行充液、充气试验。
2.根据权利要求1所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:所述的压力平衡装置包括振动工装(3)、悬吊装置(4)和限位保护装置(5)，振动工装(3)上端面与试验件(11)相连接，下端面和两个相互垂直的侧面通过转接工装与振动台(10)相连，其中，转接工装通过包含垂直悬吊装置和横向悬吊装置的悬吊装置(4)固定，在与振动工装(3)上端面垂直的方向上对称布置四组垂直悬吊装置，在试验件(11)充液加压过程中管路横向变形的相反方向布置相应的横向悬吊装置组。
3.根据权利要求2所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:所述的垂直悬吊装置和横向悬吊装置由多组橡皮绳组(12)和吊葫芦(13)构成，且垂直方向的吊葫芦(13)固定在龙门架(I)上，横向悬吊装置组中的吊葫芦(13)与固定于地面的基础相连。
4.根据权利要求3所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:所述的每组橡皮绳组(12)和吊葫芦(13)之间串联有力传感器(14)。
5.根据权利要求1所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:该系统还包括限位保护装置(5)，限位保护装置(5)固定在地面上，其上端的导向杆穿过振动工装上的限位孔，在试验前充液加压，试验后泄压及相应的平衡位置调节过程中起限位保护作用，其中，限位保护装置(5)可容许试验件(11)下端面具有一定的活动范围，且该活动范围不大于最大允许位移范围。
6.根据权利要求2所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡系统，其特征在于:所述的转接工装下端面及侧面固定于地面的基础上安装有位移传感器(15)，用于实时测量转接工装相对于初始平衡位置的位移。
7.一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，其特征在于:该方法具体包括如下步骤: 步骤1、根据试验件具体要求，建立振动试验压力平衡系统； 根据任务和试验件要求选择合适的龙门架、管路上端固定工装、振动工装以及限位保护装置，并确定悬吊装置固定端和试验件下端振动工装的相对位置； 根据试验件产品重量、充液重量以及加压最大压强，选取合适的吊葫芦、橡皮绳组以及力传感器； 搭建龙门架，安装管路上端固定工装，将试验件管路上端固定在管路上端固定工装上，并将平衡悬吊装置安装在横梁上；将振动工装连接到平衡悬吊装置上，通过调节平衡悬吊装置，使得振动工装可以与试验件下端连接，并将记录试验件下端的初始位置，作为零位； 步骤2、根据试验件的试验方向，进行振动试验压力平衡系统中振动台定位及限位保护，并连接采集系统及振动控制系统； 步骤3、利用注水加压系统对试验件进行分级充液及加压试验，并通过悬吊装置平衡分级充液及加压过程中试验件下端面的位置后，进行试验件的振动试验； 步骤4、完成试验件一个方向试验后，对试验件进行分级泄压及排净试验件管路内液体； 步骤5、完成试验件全部方向的试验； 重复步骤2?4的过程，完成试验件全部方向的试验，且在各方向充液量相同的情况下，可不进行排出管路内液体的步骤，但必须进行泄除气压的过程。
8.根据权利要求7所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，其特征在于:所述的步骤3具体包括如下步骤: 将试验件初始位置调整后振动工装的初始位置作为位移传感器示值的零位，记录悬吊装置中各个力传感器的初值，并根据试验要求，设定振动工装各端面方向所容许的最大位移； 利用注水加压系统进行液体量分级充液，并检测位移传感器的测量值，若在该级充液量内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级充液；若位移超过容许最大位移，暂停充液，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续充液，如此反复至充液完成，其中，每级充液量可根据前一级充液过程中的位移变化情况而适当调节； 利用注水加压系统进行分级加压，并检测位移传感器的测量值，若在该级压强内位移未超过容许最大位移，则继续进行下一级加压；若位移超过容许最大位移，暂停加压，并通过调整悬吊装置中的橡皮绳牵拉调整试验件下端面至容许最大位移范围内，同时，记录悬吊装置中不同方向各个力传感器的数值；调节完成后继续加压，如此反复至加压完成，其中，每级压强可根据前一级加压过程中的位移变化情况而适当调节； 检查振动台穿入螺钉及限位保护装置的受力情况，并确保试验件下端面的初始位置，将振动工装与振动台连接，脱开限位保护装置，并开始振动试验。
9.根据权利要求7所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，其特征在于:所述的步骤4具体包括如下步骤: 完成一个方向试验后，连接限位保护装置，以加压过程中记录的各级力传感器数值为参考，按照与加压相反顺序分级泄压至O。将振动工装与振动台脱离。如试验件管路排液过程液量可控，则按照充液过程相反顺序排净管路内液体；若排液量不可控，则拆除位移传感器，将振动工装连接于一固定基础，卸除悬吊系统拉力，拆除加速度传感器，排净管路内液体。
10.根据权利要求7所述的一种火箭输送管路系统振动试验压力平衡方法，其特征在于:所述的步骤2具体包括如下步骤: 将振动台上用于连接振动工装的安装孔调整与振动工装上的安装孔对正，并利用若干螺钉定位，同时，将振动工装与限位保护装置相连； 在试验件上安装加速度测点和应变测试，在振动工装下方固定基础上安装位移传感器，来测量振动工装下端面及侧面相对初始位置的位移，并连接数据采集系统和振动控制系统。
【文档编号】G01M7/06GK104236836SQ201310228296
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】胡亚冰, 丁富海, 苏华昌, 丁镇军, 张鹏飞, 付玮, 刘文会 申请人:北京强度环境研究所, 中国运载火箭技术研究院