一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于利用液氮及液氦多级制冷及其控制方法，可用于管路、壳体、舱等结构的压力及低温环境模拟，属于制冷系统设计和控制的技术领域。
【背景技术】
[0002]管路系统是管、管连接件、阀门和管路支架等连接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。随着我国工业的迅速发展，管路系统已越来越广泛地应用于给排水、供热、供气、长距离输送、农业灌溉、水力工程等各种工业装置中。在航空航天领域，发动机管路主要用于液压油、燃料、滑油和空气等介质的输送，是发动机附件装置的重要组成部分。低温管路向出口提供所需条件(一定温度、压力、流量等)的低温液体，在LNG船舶、液体推进剂火箭及其地面加注系统、航天器空间环境模拟设备等领域中应用广泛。
[0003]由于使用环境的振动以及温度、压力等外部环境剧烈变化的影响，这些综合环境往往会造成管路系统经常会发生各种各样的振动故障，甚至引发管路的破坏而造成严重事故。因此，在管路系统的设计阶段首先要全面考虑管路系统的特性，而验证设计合理性的手段就就是模拟真实的工作环境，并开展环境试验。试验结果将直接暴露设计缺陷，将更有效的指导设计，因此管路环境模拟系统的实施具有很大的理论价值和工程实际意义。
[0004]本发明提供一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统，用循环氦气对试验件进行冷却和增压，制冷可以满足液氮温度以上的低温区，以及液氮温度以下的深低温区，压力可调节。针对深低温区，本发明充分利用液氦出口及测试对象出口的冷量，使用回温技术降低液氦使用量，并提高制冷效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统，用循环氦气对试验件进行冷却和增压，制冷可以满足液氮温度以上的低温区，以及液氮温度以下的深低温区，压力可调节。另外，本发明提供的一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统还可用于腔体、贮槽、舱室等结构的工作环境模拟。
[0006]本发明是一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统，其中，包括:高压氦气入口、一级回热换热器、二级回热换热器、液氮换热器、液氦换热器；其中，高压氦气入口输入常温高压氦气，依次经过一级回热换热器、液氮换热器、二级回热换热器、液氦换热器之后输出至测试对象；测试对象回气依次经过二级回热换热器、一级回热换热器之后再次进行循环；液氮经过液氮换热器后回收，液氦依次经过液氦换热器、二级回热换热器、一级回热换热器之后进行回收；
[0007]其中，一级回热换热器利用液氦及测试对象回气的冷量将常温循环氦气初步预冷，二级回热换热器利用液氦出气及测试对象回气冷量进一步冷却循环氦气；液氮换热器用于循环氦气及液氮的换热，液氦换热器用于循环氦气及液氦的换热。
[0008]如上所述的一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统，其中，还包括:氦气循环泵；缓冲罐截止阀；缓冲罐；旁通阀；常温进气阀；常温回气阀；主路流量计；旁通流量计；氦气排气阀；
[0009]低温进气阀；低温回气阀；入口温度；入口压力；出口温度；排气阀；高压氦气入口 ；高压氦气阀；液氮阀；液氮入口 ；液氮出口 ；液氦阀；液氦入口 ；液氦出口 ；氦气回收装置；
[0010]并且，一级回热换热器包括:一级回热换热器液氦入口 ；一级回热换热器液氦出口 ；一级回热换热器常温氦气入口 ；一级回热换热器常温氦气出口 ；一级回热换热器循环氦气回气入口 ；一级回热换热器循环氦气回气出口 ；
[0011]液氮换热器包括:液氮换热器氦气入口 ；液氮换热器氦气出口 ；液氮换热器液氮入口 ；液氮换热器液氮出口；
[0012]液氦换热器包括:液氦换热器液氦入口 ；液氦换热器液氦出口 ；液氦换热器氦气入口 ；液氦换热器氦气出口；
[0013]二级回热换热器包括:二级回热换热器液氦入口 ；二级回热换热器液氦出口 ；二级回热换热器氦气入口 ；二级回热换热器氦气出口 ；二级回热换热器循环氦气回气入口 ；二级回热换热器循环氦气回气出口；
[0014]其中，氦气循环泵是动力源；循环氦气经液氮换热器及液氦换热器将液氮及液氦产生的冷量带至测试对象；氦气循环泵用于驱动氦气在管路及测试对象内循环，并交换液氮及液氦的冷量冷却测试对象；
[0015]缓冲罐稳定氦气循环泵产生的流量及压力的脉动；缓冲罐的上端设置了高压氦气阀及高压氦气入口，用于高压氦气的输入；缓冲罐的下端设置了缓冲罐截止阀；
[0016]所述的一级回热换热器、液氮换热器、液氦换热器、二级回热换热器集成在杜瓦内；
[0017]氦气循环泵出口与缓冲罐截止阀、常温进气阀、旁通流量计连通，缓冲罐截止阀的另一端与缓冲罐连通，高压氦气阀连接了缓冲罐及高压氦气入口 ；
[0018]常温进气阀连接了氦气循环泵与主路流量计，主路流量计的另一端与杜瓦内的一级回热换热器上的一级回热换热器常温氦气入口相连，一级回热换热器常温氦气出口与液氮换热器氦气入口连通，液氮换热器氦气出口与二级回热换热器氦气入口相连，二级回热换热器氦气出口与液氦换热器氦气入口相连；低温进气阀两端分别连接了液氦换热器氦气出口与入口温度及入口压力测试点；低温回气阀连接了测试对象排气口与二级回热换热器循环氦气回气入口 ；二级回热换热器循环氦气回气出口与一级回热换热器循环氦气回气入口相连，一级回热换热器循环氦气回气出口与常温回气阀及排气阀相连；循环氦气泵的回气口与旁通阀及旁通阀相连；旁通阀另一端连接了旁通流量计；
[0019]对于液氦回路,液氦阀两端连接液氦入口及液氦换热器液氦入口，液氦换热器液氦出口连接二级回热换热器液氦入口，二级回热换热器液氦出口与一级回热换热器液氦入口相连，氦气排气阀连接了一级回热换热器液氦出口及液氦出口，液氦出口设置在氦气回收装置上；
[0020]系统内的循环氦气设置了两条支路，分别使用主路流量计及旁通流量计监测氦气流量；主路内氦气用于携带液氮及液氦的冷量冷却测试对象，主路总流量可以通过调节旁通阀调节；
[0021]主路的循环氦气表述如下:由氦气循环泵产生的高压氦气经常温进气阀调整压力，并由主路流量计显示流量，从一级回热换热器常温氦气入口进入一级回热换热器，从一级回热换热器常温氦气出口排出后经液氮换热器氦气入口进入液氮换热器与液氮充分换热；循环氦气从液氮换热器氦气出口排出后经二级回热换热器氦气入口进入二级回热换热器，并由二级回热换热器氦气出口排出经液氦换热器氦气入口进入液氦换热器；从液氦换热器氦气出口排出的循环氦气在低温进气阀调整后进入测试对象，并监测入口温度及入口压力；测试对象排出的循环氦气经低温回气阀调整后经二级回热换热器循环氦气回气入口进入二级回热换热器并由二级回热换热器循环氦气回气出口排出；此后，循环氦气经一级回热换热器循环氦气回气入口进入一级回热换热器与初始的循环氦气换热；从一级回热换热器循环氦气回气出口排出后经常温回气阀回至氦气循环泵完成循环；
[0022]旁通路的氦气循环表述如下:由氦气循环泵产生的高压氦气部分经旁通阀调整后直接回至氦气循环泵，此路流量由旁通流量计监测。
[0023]本发明提出一种用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统，其优点在于，系统使用液氮及液氦双级制冷，并通过高压氦气增压，系统中使用缓冲罐起到稳压作用，可模拟压力及低温的综合环境，也可以模拟高压、低温、降温、升温的实际环境。系统设置了主路及支路，可以通过旁通阀调整主路流量，实现调节测试对象温差的目的。系统设置了一级回热换热器、二级回热换热器，充分利用液氦及试件内循环氦气的回温冷量，将循环氦气初步制冷，实现减少液氦用量，并提高制冷效率的目的。
【附图说明】
[0024]图1用于管路结构环境模拟的制冷及增压系统原理；
[0025]图2低温区环境模拟流程；
[0026]图3深低温区环境模拟流程。
[0027]I氦气循环泵；2缓冲罐截止阀；3缓冲罐；4旁通阀；4a常温进气阀；4b常温回气阀；5a主路流量计；5b旁通流量计；6氦气排气阀；7 —级回热换热器；7a —级回热换热器液氦入口 ；7b —级回热换热器液氦出口 ；7c—级回热换热