一种超高压超高温气体获得系统及应用方法与流程

1.本发明涉及气体增压增温领域。更具体地说，本发明涉及一种超高压、超高温气体获得系统及应用方法。


背景技术：

2.在航空航天领域，一些动力系统需要提供100mpa以上压力，2000k以上温度的气体介质，由于气体工况极其苛刻，目前国内还没有针对上述需求的解决方案。单独获得100mpa的超高压力可以通过活塞压缩机或隔膜压缩机增压实现，单独获得2000k以上的超高温可以采用燃烧方式或电弧加热方式实现，但是对于超高压、超高温、介质为气体的耦合工况，实现前述指标难度极大。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
4.为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超高压超高温气体获得系统，包括：
5.一组或多组一级驱动器，且每组一级驱动器包括有一级活塞组件；
6.与各组一级驱动器的输出端呈串联布局的二级驱动器，其被配置为包括：
7.截面为工字结构的二级活塞缸；
8.对称设置在二级活塞缸内，且截面呈工字形的两个二级活塞；
9.其中，在二级活塞缸内，两个二级活塞截面较小的一端相对设置，以通过二者之间的间距构建得到二级增压腔，两个二级活塞截面较大的一端与二级活塞缸两端侧壁的间距构建得到二级驱动腔；
10.所述二级驱动腔的输入侧被配置为与各一级活塞组件的输出端相连通，所述二级增压腔通过第一连接管路、第二连接管路与气体输入端、气体输出端连通，且第一连接管路、第二连接管路上分别设置有相配合的气体预充阀、控制阀。
11.优选的是，各一级活塞组件均被配置为包括：
12.截面为工字结构的一级活塞缸；
13.设置在一级活塞缸内，且截面呈工字形的一级活塞，其通过横截面较大的一侧端面与一级活塞缸侧壁之间的间距构建得到一级驱动腔，通过横截面较小的一侧端面与一级活塞缸另一侧侧壁之间的间距构建得到一级增压腔；
14.其中，所述一级驱动腔的进气侧通过相配合的进气管与气罐连通；
15.所述一级增压腔的输出侧通过相配合的输出管与二级驱动腔连通。
16.优选的是，所述第二连接管路上设置有与控制单元通信连接的温度传感器、压力传感器；
17.各进气管、输出管上分别设置有与控制单元通信连接的进口开关阀、出口开关阀；
18.所述二级活塞缸上设置有与控制单元通信连接的二级驱动器开关阀。
19.优选的是，所述一级驱动腔、二级增压腔中的介质被配置为采用，一级增压腔中的介质被配置为采用液体。
20.一种超高压超高温气体获得系统的应用方法，包括：
21.步骤一、基于预定的气体输出压力和温度要求，控制单元将气体预充阀的工作状态调整为导通，通过气体输入端向二级增压腔中充入压力为10～38mpa，温度为常温～950k的预充气体，并在预充气体充入完成后，并气体预充阀的工作状态调整为截止，同时向气罐中充入压力为20～28mpa的气体；
22.步骤二、通过控制单元上的逻辑程序控制驱动系统运行，以控制一级驱动器的进口开关阀、出口开关阀为打开状态，进而驱动气罐中的气体进入一级驱动腔，驱动一级活塞挤压一级增压腔中的液体；
23.步骤三，一级增压腔中输出的液体通过输出管进入二级驱动腔，以驱动两个二级活塞相向挤压二级增压腔中的预充气体；
24.步骤四，控制单元通过温度传感器和压力传感器实时获取气体输出端的气体温度和压力，并在温度和压力达到预定要求时，将控制阀打开预定的开度，通过气体输出端向外输送预定压力和预定温度的超高压超高温气体。
25.本发明至少包括以下有益效果：本发明的超高压超高温气体获得系统及应用方法，可以实现为动力系统提供超高压力(100mpa以上)、大流量的气体介质，满足超高压工业对动力系统的运行需求。
26.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
27.图1是本发明的两级串列活塞气体驱动方法的系统设备组成原理图；
28.图2为图1中一级驱动器结构原理图；
29.图3为图1中二级驱动器结构原理图；
30.其中，一级驱动器-1，二级驱动器-2，气体输入端-3，气体输出端-4，气罐-5，控制单元-6，温度传感器-7，压力传感器-8；
31.一级活塞组件-10，一级活塞缸-11，一级活塞-12，一级驱动腔-13，一级增压腔-14，进气管-15，输出管-16，进口开关阀-17、出口开关阀-18；
32.二级活塞缸-20，二级活塞-21，二级增压腔-22，二级驱动腔-23，第一连接管路-24、第二连接管路-25，气体预充阀-26、控制阀-27，二级驱动器开关阀-28。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
34.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
35.需要说明的是，在本发明的描述中，术语指示的方位或位置关系为基于附图所示
的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.一种超高压超高温气体获得系统，包括：
38.一组或多组一级驱动器1，且每组一级驱动器包括有一级活塞组件10；
39.与各组一级驱动器的输出端呈串联布局的二级驱动器2，二级驱动器为对称活塞驱动结构，被配置为包括：
40.截面为工字结构的二级活塞缸20；
41.对称设置在二级活塞缸内，且截面呈工字形的两个二级活塞21；
42.其中，在二级活塞缸内，两个二级活塞截面较小的一端相对设置，以通过二者之间的间距构建得到二级增压腔22，在实际的应用中，二级增压腔缸体可采用锻制厚壁筒体结构，也可以采用金属预缠绕结构；
43.两个二级活塞截面较大的一端与二级活塞缸两端侧壁的间距构建得到二级驱动腔23；
44.所述二级驱动腔的输入侧被配置为与各一级活塞组件的输出端相连通，所述二级增压腔通过第一连接管路24、第二连接管路25与气体输入端3、气体输出端4连通，且第一连接管路、第二连接管路上分别设置有相配合的气体预充阀26、控制阀27，在实际的应用中，控制阀配置为采用伺服控制阀，调节特性为等百分比特性，阀门开启速度在20ms以内，关闭时间在1s以内，以使阀门的开度可以调节，同时具备快速启闭、切断功能。
45.各一级活塞组件均被配置为包括：
46.截面为工字结构的一级活塞缸11；
47.设置在一级活塞缸内，且截面呈工字形的一级活塞12，其通过横截面较大的一侧端面与一级活塞缸侧壁之间的间距构建得到一级驱动腔13，通过横截面较小的一侧端面与一级活塞缸另一侧侧壁之间的间距构建得到一级增压腔14；
48.其中，所述一级驱动腔的进气侧通过相配合的进气管15与气罐5连通；
49.所述一级增压腔的输出侧通过相配合的输出管16与二级驱动腔连通。
50.所述第二连接管路上设置有与控制单元6通信连接的温度传感器7、压力传感器8；
51.各进气管、输出管上分别设置有与控制单元通信连接的进口开关阀17、出口开关阀18；
52.所述二级活塞缸上设置有与控制单元通信连接的二级驱动器开关阀28。
53.所述一级驱动腔、二级增压腔中的介质被配置为采用气体，一级增压腔中的介质被配置为采用液体，在本方案中，通过设置两级串联驱动器实现气体介质增压，一级驱动器采用气体驱动液体方式，二级驱动器采用液体驱动气体方式，二级驱动器动作模式有单次动作模式和往复动作模式，且二级增压腔中的预充气体介质为空气、氮气、二氧化碳等气体。
54.提供了一种两级串列活塞气体驱动方法，适用于风洞所需的超高压力动力系统提供超高压力、大流量的空气或氮气介质。
55.实施例：
56.两级活塞气体的驱动方法和步骤如下：
57.a、根据输出气体的压力和温度要求，打开气体预充阀门，通过气体输入端向二级驱动器的二级增压腔充入10～38mpa，温度为常温～950k的空气或氮气，并将一级驱动器的气罐中充入20～28mpa的氮气。
58.b、在二级驱动器出口端设置与控制单元通信连接的温度传感器和压力传感器，以实现输出温度、输出压力的测量和反馈。
59.c、控制单元的逻辑程序控制驱动系统运行，打开一级驱动器进口开关阀和出口开关阀，驱动气罐中的气体进入一级驱动器的一级驱动腔，驱动一级活塞沿一级活塞缸运动，进而挤压一级增压腔中的液体介质；
60.因一级驱动腔中活塞截面大于一级增压腔活塞截面，而两者的面积比决定该一级驱动器的输出增压比，故一级驱动器可输出100-140mpa的驱动液压油；
61.打开二级驱动器开关阀，在一级驱动器输出的液压油进入二级驱动器的二级驱动腔后，通过液压油驱动二级活塞运动；
62.因二级驱动腔中的活塞截面大于二级增压腔中活塞截面，而两者的面积比能决定二级驱动器的增压比，故在二级活塞挤压二级增压腔中的预充气体时，预充气体在挤压过程中，压力和温度也会不断上升。
63.d、在二级驱动器活塞运动过程中，控制单元实时检测二级驱动器出口的温度和压力，当二级增压腔气体达到预定的温度、压力时，控制单元将二级驱动器出口处的控制阀迅速打开一定开度，二级驱动器通过气体输出端输出压力为200～420mpa，温度为500～2500k的气体介质，二级驱动器输出满足系统运行的超高压、超高温气体介质，能直接向风洞下游进行供气。
64.以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
65.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
66.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。