一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备的制作方法

本申请属于气瓶高压气体充装技术领域，具体涉及一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备。

背景技术：

导弹在飞行过程中由于其高速与空气摩擦，弹头会产生大量的热量，该部分的热量将通过热传导的方式向弹体内部传递，在温度达到较高，同时导弹内部的制导、通讯、控制等系统在工作过程中，对其性能产生不良影响，使得其飞行稳定性变差，控制精度降低。因此，采用高压气体对飞行过程中导弹的电器原件进行降温。

由于高压气瓶在长途运输、贮存过程中的危险性，并且高压气瓶在长期贮存时泄漏的风险，多采用发射前充装的模式。现有的作业方法时将弹体运送到高压充气站，充气完毕后返回到发射点，在此过程中具有众多的不确定性。导弹高压冷却气瓶的高机动性、快速、高纯充装成为制约我军战备能力提升的短板。因此，需要开发相关设备，并制定行之有效的方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备，包括：高压供气模块，其用于储存高压气体，并向充气执行模块输送高压气体；

充气执行模块，所述充气执行模块中的高压供气口ⅰ与所述高压供气模块中的高压供气口ⅱ连接；

以及至少一个充气产品模块，其与所述充气执行模块连接，通过所述充气执行模块对高压气体的输送，实现充气产品模块的气体充装。

进一步地，上述的设备中，其中，还包括：用于对所述充气产品模块进行气体置换的气体置换模块，所述气体置换模块设置所述充气执行模块和所述充气产品模块之间的管路上。

进一步地，上述的设备中，其中，所述高压供气模块包括：增压泵、增压泵出口阀、高压储气瓶以及高压供气口ⅱ，其中，所述增压泵配置有低压气源口，所述增压泵出口阀设置在所述增压泵和所述高压储气瓶之间的管路上，所述高压供气口ⅱ设置在所述高压出气瓶的第一供气管路上。

进一步地，上述的设备中，其中，所述高压供气模块还包括：供气口、增压泵控制阀以及驱动排气口，所述供气口设置在所述增压泵的第二供气管路上，所述增压泵控制阀设置在所述供气口和所述增压泵之间的所述第二供气管路上，所述驱动排气口则设置在所述增压泵上；其中，通过所述第二供气管路向所述增压泵提供动力源。

进一步地，上述的设备中，其中，所述供气口和所述增压泵之间还设有一冷却气输送管路，所述冷却气输送管路依次配置冷却气调节阀和冷却供气口。

进一步地，上述的设备中，其中，所述高压储气瓶上配置有气源压力传感器和气源安全阀。

进一步地，上述的设备中，其中，所述第一供气管路还依次设有高压过滤器、高压截止阀以及管路压力传感器。

进一步地，上述的设备中，其中，所述充气执行模块包括：高压供气口ⅰ、手动截止阀、供气电磁阀、减压器、低压压力传感器以及低压供气阀ⅰ，所述高压供气口ⅰ设置在第一供气管路上并与所述高压供气口ⅱ连接；

所述手动截止阀、所述减压器、所述低压压力传感器、所述低压供气阀ⅰ依次设置在第三供气管路上，

所述供气电磁阀设置在第四供气管路上，其中，所述第四供气管路与所述第三供气管路并联设置，且均与所述第一供气管路连接；

所述第四供气管路与所述第三供气管路并联后连接至少一根第五供气管路，所述第五供气管路与其对应设置的充气产品模块连接。

进一步地，上述的设备中，其中，所述充气执行模块还包括：低压供气阀ⅱ和低压供气口，所述低压供气阀ⅱ和所述低压供气口依次设置在第六供气管路上，所述第六供气管路与所述第三供气管路连接。

进一步地，上述的设备中，其中，其中一根所述第五供气管路上设有排气电磁阀。

进一步地，上述的设备中，其中，所述第五供气管路上还设有充气电磁阀、充气压力传感器以及充气调节阀。

进一步地，上述的设备中，其中，所述充气产品模块包括产品充气阀和冷却气瓶，所述产品充气阀通过充气管路与所述充气电磁阀连接，所述产品充气阀安装在所述冷却气瓶的入口处。

进一步地，上述的设备中，其中，所述气体置换模块包括：真空泵、真空泵电机、真空计、真空规管、真空隔膜阀以及至少一个真空电磁阀，

所述真空泵通过真空规管与所述真空计连接，所述真空泵还与所述真空泵电机连接；

所述真空隔膜阀安装在第一真空抽除管路上，且所述第一真空抽除管路与设置在所述真空泵与所述真空规管之间的管路连接；

所述第一真空抽除管路通过至少一根第二真空抽除管路与第五供气管路连接，其中，所述真空电磁阀设置在所述第二真空抽除管路上，且所述真空电磁阀与所述第二真空抽除管路的设置数量相同。

进一步地，上述的设备中，其中，还包括至少一个辅助模块，所述辅助模块的设置数量与所述充气产品模块的设置数量相同；

所述辅助模块包括：红外测温仪和至少一个降温喷嘴，所述红外测温仪安装在靠近所述充气产品模块中的冷却气瓶位置，所述降温喷嘴亦靠近所述冷却气瓶设置；

所述降温喷嘴与冷却供气口连接，或者，所述降温喷嘴与驱动排气口连接。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

本申请能够实现产品弹头冷却气瓶的快速充装，高效率置换，缩短导弹武器型号在备战、演习及实战中的响应时间，提高机动性，对提高军队的战力水平具有积极意义；且其体积小、重量轻的特点决定了其可实现车载式作业，低能耗的特征，拓展了其应用场景；

本申请通过高压供气模块、充气执行模块、充气产品模块、气体置换模块以及辅助模块的有机配合，提高冷却气瓶的充装效率，并且对增压泵排放气体进行了有效利用，将其用于气瓶冷却，达到节能环保的目的；

本申请冷却气瓶充装过程中通过气体置换模块对其进行抽真空，充气执行模块可供应所需流量和压力的高纯气体进行气瓶清洗处扫；辅助模块可在充装过程中冷却气瓶的温度进行检测，采取气体冷却的方式进行降温，在保证气瓶安全的前提下，提高了充装效率；

本申请通过建立气瓶温度和充气速率的闭环控制充装方式，在保证安全、可靠的前提下，提供冷却气的充装效率。

本申请具有气瓶充装效率高，可实现车载式移动，地形适应能力高，充气纯度高等优点，能够实现一对多作业，达到以点带面，多层次布局等。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本申请弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备的装配原理图；

图2：本申请弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备的部分装配原理图一；

图3：本申请弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备的部分装配原理图二。

附图标记：

图中：1-高压供气口ⅰ；2-手动截止阀；3-供气电磁阀；4-减压器；5-排气电磁阀；6-低压压力传感器；7-低压供气阀ⅰ；8-低压供气阀ⅱ；9-充气电磁阀ⅰ；10-低压供气口；11-充气压力传感器ⅰ；12-充气调节阀ⅰ；13-产品充气阀ⅰ；14-红外测温仪ⅰ；15-冷却气瓶ⅰ；16-降温喷嘴ⅰ；17-降温喷嘴ⅱ；18-降温喷嘴ⅲ；19-真空计；20-降温喷嘴ⅳ；21-红外测温仪ⅱ；22-冷却气瓶ⅱ；23-真空泵电机；24-产品充气阀ⅱ；25-真空泵；26-真空规管；27-充气调节阀ⅱ；28-充气压力传感器ⅱ；29-真空隔膜阀；30-真空电磁阀ⅰ；31-充气电磁阀ⅱ；32-真空电磁阀ⅱ；33-气源压力传感器；34-气源压力传感器；35-气源安全阀；36-供气口；37-高压过滤器；38-高压截止阀；39-管路压力传感器；40-高压供气口ⅱ；41-冷却供气口；42-低压气源；43-增压泵；44-驱动排气口；45-冷却气调节阀；46-增压泵控制阀；47-增压泵出口阀；48-高压储气瓶。

具体实施方式

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

如图1至图3所示，本实施例一种弹头冷却气瓶的快速高纯充装设备，包括：高压供气模块，其用于储存高压气体，并向充气执行模块输送高压气体；充气执行模块，所述充气执行模块中的高压供气口ⅰ1与所述高压供气模块中的高压供气口ⅱ40连接；以及至少一个充气产品模块，其与所述充气执行模块连接，通过所述充气执行模块对高压气体的输送，实现充气产品模块的气体充装。在本实施例中，所述充气产品模块的设置数量优选为两个，但是其设置数量并不对本申请的保护范围造成限定。

本实施例还包括：用于对所述充气产品模块进行气体置换的气体置换模块，所述气体置换模块设置所述充气执行模块和所述充气产品模块之间的管路上。

本申请通过上述各个模块之间组成有机整体，实现产品充装前的冷却气瓶内部气体的置换、吹扫、充装及过程控制；具有气瓶充装效率高，可实现车载式移动，地形适应能力高，充气纯度高等优点，能够实现一对多作业，达到以点带面，多层次布局等。

其中，所述气体置换模块包括：真空泵25、真空泵电机23、真空计19、真空规管26、真空隔膜阀29以及至少一个真空电磁阀，其中，所述真空电磁阀的设置数量与所述充气产品模块相对应，即，在本实施例中优选设置为两个。

所述真空泵25通过真空规管26与所述真空计19连接，所述真空泵25还与所述真空泵电机23连接；所述真空隔膜阀29安装在第一真空抽除管路上，且所述第一真空抽除管路与设置在所述真空泵25与所述真空规管26之间的管路连接；所述第一真空抽除管路通过其中一根第二真空抽除管路与第五供气管路连接，其中，所述真空电磁阀ⅱ32设置在该第二真空抽除管路上。同理，所述第一真空抽除管路通过另一根第二真空抽除管路与另一根第五供气管路连接，其中，所述真空电磁阀ⅰ30设置在该第二真空抽除管路上。所述气体置换模块可实现冷却气瓶内纯度较低的残余常压气体进行抽取，实现冷却气瓶内气体的快速置换和提纯。

其中，所述高压供气模块包括：增压泵43、增压泵出口阀47、高压储气瓶48以及高压供气口ⅱ40，其中，所述增压泵43配置有低压气源口42，所述增压泵出口阀47设置在所述增压泵43和所述高压储气瓶48之间的管路上，所述高压供气口ⅱ40设置在所述高压出气瓶的第一供气管路上。所述高压供气模块通过增压泵43将低压气体进行升压，达到气瓶充装所需的压力，并配备有高压储气瓶48以确保气体的稳定足量供应。

所述高压供气模块还包括：供气口、增压泵控制阀46以及驱动排气口44，所述供气口设置在所述增压泵43的第二供气管路上，所述增压泵控制阀46设置在所述供气口和所述增压泵43之间的所述第二供气管路上，所述驱动排气口44则设置在所述增压泵43上；其中，通过所述第二供气管路向所述增压泵43提供动力源，通过所述增压泵控制阀46可对该供气量进行调节，其中，所述驱动排气口44用于排出多余的气体，其中，该驱动排气口44可连接下文所述的降温喷嘴，通过该降温喷嘴输送低温气体以对下文所述的冷却气瓶进行降温，已达到节能环保的目的。

进一步地，所述供气口和所述增压泵43之间还设有一冷却气输送管路，所述冷却气输送管路依次配置冷却气调节阀45和冷却供气口41。通过关闭上文所述的增压泵控制阀46，打开该冷却气调节阀45，通过该冷却气输送管路向下文所述的降温喷嘴中输送低温气体以对下文所述的冷却气瓶进行降温。所述冷却气调节阀45可根据下文所述的红外测温仪ⅰ14和红外测温仪ⅱ21检测到的冷却气瓶ⅰ15和冷却气瓶ⅱ22的温度进行冷却气流量调节，以来提升充装效率。

其中，所述高压储气瓶48上配置有气源压力传感器和气源安全阀35，当然，在本实施例中可以设置两个气源压力传感器，以防止其中一个发生故障时影响该高压充气模块的正常运行，其可设置气源压力传感器ⅰ33和气源压力传感器ⅱ34。

进一步地，所述第一供气管路还依次设有高压过滤器37、高压截止阀38以及管路压力传感器39，其中，所述高压过滤器37可对高压储气泵输送的高压气体中的杂质进行过滤，保证高压气体的纯度。

在本实施例中，所述充气执行模块包括：高压供气口ⅰ1、手动截止阀2、供气电磁阀3、减压器、低压压力传感器6、低压供气阀ⅰ7、低压供气阀ⅱ8以及低压供气口10，所述高压供气口ⅰ1设置在第一供气管路上并与所述高压供气口ⅱ连接；所述手动截止阀2、所述减压器4、所述低压压力传感器6、所述低压供气阀ⅰ7依次设置在第三供气管路上，所述供气电磁阀3设置在第四供气管路上，其中，所述第四供气管路与所述第三供气管路并联设置，且均与所述第一供气管路连接；所述第四供气管路与所述第三供气管路并联后连接至少一根第五供气管路，所述第五供气管路与其对应设置的充气产品模块连接。

在本实施例中，所述第五供气管路的设置数量优选为两根，即，所述充气执行模块具有两个充装工位，能够同时进行两只冷却气瓶不同工步的充装作业，提升冷却气瓶的充装效率。

进一步地，所述充气执行模块还包括：低压供气阀ⅱ8和低压供气口10，所述低压供气阀ⅱ8和所述低压供气口10依次设置在第六供气管路上，所述第六供气管路与所述第三供气管路连接。通过所述低压供气口10和所述低压供气阀ⅱ8可向设备供应特定压力的气体。

其中一根所述第五供气管路上还设有充气电磁阀ⅰ9、充气压力传感器ⅰ11以及充气调节阀ⅰ12，另一根所述第五供气管路上还设有充气电磁阀ⅱ31、充气压力传感器ⅱ28以及充气调节阀ⅱ27。其中，每一根所述第五供气管路对应连接一充气产品模块。所述充气调节阀ⅰ12和充气调节阀ⅱ27可以实现气瓶充装速度的调节控制。

其中一根所述第五供气管路上设有排气电磁阀5，所述排气电磁阀5用于排放冷却气瓶中的气体，以为快速、高纯的对冷却气瓶充气做准备。

在本实施例中，所述充气产品模块包括产品充气阀ⅰ13、冷却气瓶ⅰ15、产品充气阀ⅱ24以及冷却气瓶ⅱ22，所述产品充气阀ⅰ13通过第一充气管路与所述充气电磁阀ⅰ9连接，所述产品充气阀ⅰ13安装在所述冷却气瓶ⅰ15的入口处；同理，所述产品充气阀ⅱ24通过第二充气管路与所述充气电磁阀ⅱ31连接，所述产品充气阀ⅱ24安装在所述冷却气瓶ⅱ22的入口处。其中，所述冷却气瓶ⅰ15和所述冷却气瓶ⅱ22能够交替、独立进行抽真空、气体充装作业。

本实施例还包括至少一个辅助模块，所述辅助模块的设置数量与所述充气产品模块的设置数量相同，在本实施例中，所述辅助模块的设置数量优选为两个。

其中一个所述辅助模块包括：红外测温仪ⅰ14和至少一个降温喷嘴，在本实施例中，所述降温喷嘴的设置数量为两个，即，降温喷嘴ⅰ16和降温喷嘴ⅱ17。所述红外测温仪ⅰ14安装在靠近所述充气产品模块中的冷却气瓶ⅰ15位置，所述降温喷嘴ⅰ16、降温喷嘴ⅱ17亦靠近所述冷却气瓶ⅰ15设置；所述降温喷嘴ⅰ16、降温喷嘴ⅱ17均与冷却供气口41连接，或者，所述降温喷嘴ⅰ16、降温喷嘴ⅱ17均与驱动排气口44连接。

同上，另外一个所述辅助模块包括：红外测温仪ⅱ21和至少一个降温喷嘴，在本实施例中，所述降温喷嘴的设置数量为两个，即，降温喷嘴ⅲ18和降温喷嘴ⅳ20。所述红外测温仪ⅱ21安装在靠近所述充气产品模块中的冷却气瓶ⅱ22位置，所述降温喷嘴ⅲ18和降温喷嘴ⅳ20亦靠近所述冷却气瓶ⅱ22设置；所述降温喷嘴ⅲ18、降温喷嘴ⅳ20均与冷却供气口41连接，或者，所述降温喷嘴ⅲ18、降温喷嘴ⅳ20均与驱动排气口44连接。

所述红外测温仪ⅰ14和红外测温仪ⅱ21能够通过非接触的方式对充装过程中的冷却气瓶进行温度检测，避免超温，造成瓶体损伤。所述降温喷嘴ⅰ16、降温喷嘴ⅱ17、降温喷嘴ⅲ18和降温喷嘴ⅳ20能够对充装过程中的气瓶进行降温，实现气瓶快速充装。

本实施例中，冷却气瓶充装过程中通过气体置换模块对其进行抽真空，充气执行模块可供应所需流量和压力的高纯气体进行气瓶清洗处扫。辅助模块可在充装过程中冷却气瓶的温度进行检测，采取气体冷却的方式进行降温，在保证气瓶安全的前提下，提高充装效率。

具体实施过程如下：

初始状态：进行充装作业前，对高压储气瓶48内的压力进行观测，确保其压力大于需要充装的压力。检查所有手动阀门、电磁阀和调节阀均处于关闭状态，减压器处于卸载状态。开启真空泵电机23进行抽真空作业，打开真空隔膜阀29、真空电磁阀ⅱ32、充气调节阀ⅰ12和产品充气阀ⅰ13，开始对冷却气瓶ⅰ15内的残余气体进行抽取，当气瓶内的压力低于100pa时，关闭真空隔膜阀29和真空电磁阀ⅱ32。打开高压截止阀38和手动截止阀2，调节减压器4压力至1mpa，打开低压供气阀ⅰ7和充气电磁阀ⅰ9，冷却气瓶ⅰ15内的压力将被冲压至1mpa，压力稳定后，关闭手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，打开排气电磁阀5，冷却气瓶ⅰ15内的压力排放至常压水平，关闭排气电磁阀5。打开真空隔膜阀29、真空电磁阀ⅱ32再次对冷却气瓶ⅰ15进行抽真空至100pa时，关闭真空隔膜阀29和真空电磁阀ⅱ32。打开手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，开始进行冷却气瓶ⅰ15进行气体充装。假设冷却气瓶ⅰ15气体充装压力为35mpa，调节减压器4压力至10mpa，进入气体充装流程。开启增压泵43，打开增压泵出口阀47为高压储气瓶48持续不断供气，根据气源压力传感器ⅰ33或气源压力传感器ⅱ34的反馈压力信号，达到额定值后增压泵43停止工作。红外测温仪ⅰ14可对冷却气瓶ⅰ15的表面温度进行检测，当温度超过规定值时，降温喷嘴ⅰ16、降温喷嘴ⅱ17开始喷射冷却气体，冷却气体的来源有两部分，冷却供气口41和驱动排气口44。首先使用驱动排气口44进行冷却，当温度继续升高时，开启冷却气调节阀45提高冷却气供应量，当冷却气调节阀45开度达到最大，温度仍然继续上升，关小充气调节阀ⅰ12，降低充装速率。上述过程均采用程序闭环控制完成，实现充气过程的自动化。冷却气瓶ⅰ15压力达到9mpa，将供气压力调节到20mpa。冷却气瓶ⅰ15压力达到19mpa，关闭手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，减压器4卸除载荷。打开供气电磁阀3，启动直充模式，充气过程中，气源与冷却气瓶ⅰ15内的压力始终保持足够的压差，保证充气速率足够大。待冷却气瓶ⅰ15内的压力达到目标值后关闭充气电磁阀ⅰ9、充气调节阀ⅰ12和产品充气阀ⅰ13。

冷却气瓶ⅱ22与冷却气瓶ⅰ15的真空置换、气体充装流程相同，具体为：

初始状态：进行充装作业前，对高压储气瓶48内的压力进行观测，确保其压力大于需要充装的压力。检查所有手动阀门、电磁阀和调节阀均处于关闭状态，减压器处于卸载状态。开启真空泵电机23进行抽真空作业，打开真空隔膜阀29、真空电磁阀ⅰ30、充气调节阀ⅱ27和产品充气阀ⅱ24，开始对冷却气瓶ⅱ22内的残余气体进行抽取，当气瓶内的压力低于100pa时，关闭真空隔膜阀29和真空电磁阀ⅰ30。打开高压截止阀38和手动截止阀2，调节减压器4压力至1mpa，打开低压供气阀ⅰ7和充气电磁阀ⅱ33，冷却气瓶ⅱ22内的压力将被冲压至1mpa，压力稳定后，关闭手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，打开排气电磁阀5，冷却气瓶ⅱ22内的压力排放至常压水平，关闭排气电磁阀5。打开真空隔膜阀29、真空电磁阀ⅰ30再次对冷却气瓶ⅱ22进行抽真空至100pa时，关闭真空隔膜阀29和真空电磁阀ⅰ30。打开手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，开始进行冷却气瓶ⅱ22进行气体充装。假设冷却气瓶ⅱ22气体充装压力为35mpa，调节减压器4压力至10mpa，进入气体充装流程。开启增压泵43，打开增压泵出口阀47为高压储气瓶48持续不断供气，根据气源压力传感器ⅰ33或气源压力传感器ⅱ34的反馈压力信号，达到额定值后增压泵43停止工作。红外测温仪ⅱ21可对冷却气瓶ⅱ22的表面温度进行检测，当温度超过规定值时，降温喷嘴ⅲ18、降温喷嘴ⅳ20开始喷射冷却气体，冷却气体的来源有两部分，冷却供气口41和驱动排气口44。首先使用驱动排气口44进行冷却，当温度继续升高时，开启冷却气调节阀45提高冷却气供应量，当冷却气调节阀45开度达到最大，温度仍然继续上升，关小充气调节阀ⅱ27，降低充装速率。上述过程均采用程序闭环控制完成，实现充气过程的自动化。冷却气瓶ⅱ22压力达到9mpa，将供气压力调节到20mpa。冷却气瓶ⅱ22压力达到19mpa，关闭手动截止阀2和低压供气阀ⅰ7，减压器4卸除载荷。打开供气电磁阀3，启动直充模式，充气过程中，气源与冷却气瓶ⅱ22内的压力始终保持足够的压差，保证充气速率足够大。待冷却气瓶ⅱ22内的压力达到目标值后关闭充气电磁阀ⅱ31、充气调节阀ⅱ27和产品充气阀ⅱ24。

本申请在进行冷却气瓶ⅰ15气体充装时，可进行冷却气瓶ⅱ22的真空置换作业，最大程度的提高气体充装效率，同时保证了进入冷却气瓶ⅰ、ⅱ15、22的气体纯度。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。