CN104976929A - 一种模拟气源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟气源装置，其包括：罐体，所述罐体外部设有绝热包覆层；气体排出装置，按照气体流向依次包括压力表、电磁阀、电动调节减压阀、节流圈和放气出口；气体温度保持装置，包括电源、温控器、温度传感器、电加热器和蓄热器，其中所述温度传感器、电加热器和蓄热器设置在所述罐体内腔中，所述蓄热器内设置有大量金属钢球作为蓄热体；水和二氧化碳含量比例控制装置，包括加水子装置和加二氧化碳子装置；氧气充气装置。本发明解决了现有的气源装置无法满足新一代某型运载火箭液氧箱自生增压试验系统试验要求的问题，能得到与发动机蒸发器相似的自生增压气体，还可以得到各种不同流量、温度、水和二氧化碳含量比例的增压气体。

Description

一种模拟气源装置

技术领域

本发明涉及一种模拟气源装置，特别是涉及一种用于运载火箭自生增压试验的模拟气源装置。

背景技术

新一代某型运载火箭液氧箱拟采用自生增压技术，即从发动机液氧路中引出一股液氧经发动机蒸发器加热汽化后进入液氧箱增压，由于液氧引出位置的特殊性，液氧中含有一定量的水和二氧化碳，且液氧流量存在一定偏差，因此加热汽化后的氧气中含有一定量的水和二氧化碳杂质气体，增压气体流量存在一定偏差；又因发动机蒸发器的加热功率一定，因此增压气体的温度也存在一定偏差。为验证水蒸气和二氧化碳气体杂质在液氧中形成的结晶物对增压输送系统的影响以及增压气体流量和温度偏差是否满足增压能力要求，需开展自生增压试验，而搭建自生增压试验系统首先需研制一种模拟气源装置，以能够模拟发动机产生大流量和高温的增压气体，且气体中含有一定比例的水和二氧化碳气体杂质的情形。

但现有公知的气源装置一般为常温气罐贮存装置，气体通常为压缩空气、氮气或氦气，通过减压大流量放气，气体温度会按近似绝热过程大幅降低。而上述自生增压试验所用的增压气体是含有水和二氧化碳的氧气，需要控制水和二氧化碳的含量比例，并控制气体流量在0.8~2.4kg/s之间，气体温度保持为390±40K，现有的气源装置无法满足自生增压试验系统试验的要求。

发明内容

为了解决新一代某型运载火箭增压输送系统自生增压试验用设备的空白，本发明提供一种水蒸气和二氧化碳气体杂质含量比例可调、在大流量下气体温度可调控的模拟气源装置。整个模拟气源装置主要由罐体、电加热器、温控器、蓄热器、电动调节减压阀、节流圈、水定量加注计量泵和二氧化碳定量加注质量流量控制器等组成。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种模拟气源装置，其包括：

罐体，所述罐体外部设有绝热包覆层；绝热包覆层可采用绝热包覆材料如保温材料制作；

气体排出装置，按照气体流向依次包括压力表、电磁阀、电动调节减压阀、节流圈和放气出口，其中所述电动调节减压阀和所述节流圈组成一气体排出流量控制组件；

气体温度保持装置，包括电源、温控器、温度传感器、电加热器和蓄热器，其中所述温度传感器、电加热器和蓄热器设置在所述罐体内腔中，所述温控器设置在所述罐体外，所述蓄热器内设置有大量金属钢球作为蓄热体，所述蓄热器设置在所述罐体内接近所述气体排出装置处，使罐体内气体在排出之前，先经过所述蓄热器；

水和二氧化碳含量比例控制装置，包括加水子装置和加二氧化碳子装置，其中所述加水子装置按照水流向依次包括注水口、水定量加注计量泵、第一手动截止阀和集水盘，所述加二氧化碳子装置按照二氧化碳流向依次包括二氧化碳充注口、二氧化碳定量加注流量控制器和第二手动截止阀；

氧气充气装置，按照氧气流向依次包括氧气充气口、低温增压泵、空气加热式汽化器和第三手动截止阀。

此外，所述罐体上还设有安全阀和若干压力传感器。

所述罐体上还设有储罐底座。

本发明的上述模拟气源装置实现了如下技术效果：

（1）气体流量控制

气体流量采用电动调节减压阀加节流圈的控制方式，随着放气过程贮罐压力的降低，依靠电动调节减压阀稳定节流圈前压力，保证节流圈的工作参数，以获得稳定的流量。当需要改变流量时，可在试验前通过更换不同孔径节流圈来实现。

（2）在大流量下气体温度保持

在储罐内设置电加热器、温度传感器和温控器，试验前，将储罐内掺混好的气体加热到所需温度390±40K，然后关闭电源。同时在罐体内接近出口处设计有蓄热器，该蓄热器内放置约两吨金属钢球作为蓄热体，在罐体大流量放气时，蓄热器可以提高出流气体排气焓值，避免罐体出口气体温度大幅降低，使放气时罐体出口气体温度保持在390±40K。

（3）水和二氧化碳含量比例控制

根据每个试验状态水、二氧化碳体积含量比例要求和罐体容积，事先计算需要充填的水量和二氧化碳量，然后通过罐体上设置的注水口，采用水定量加注计量泵将水加注到罐体内，水在高温高压的罐体内自然蒸发汽化，均匀扩散到整个氧气中；通过罐体的二氧化碳充注口，将液化二氧化碳经水浴加温汽化，采用二氧化碳定量加注质量流量控制器进行加注。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一．能得到与发动机蒸发器相似的自生增压气体；

第二．可以得到各种不同流量、温度、水和二氧化碳含量比例的增压气体。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的模拟气源装置示意图；

图中：1.注水口；2.水定量加注计量泵；3.第一手动截止阀；4.电源；5.温控器；6.温度传感器；7.集水盘；8.压力传感器；9.安全阀；10.绝热包覆层；11.罐体；12.压力表；13.电磁阀；14.电动调节减压阀；15.节流圈；16.放气出口；17.储罐底座；18.金属钢球；19.蓄热器；20.电加热器；21.第二手动截止阀；22.二氧化碳定量加注流量控制器；23.二氧化碳充注口；24.氧气充气口；25.低温增压泵；26.空气加热式汽化器；27.第三手动截止阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细的描述。

请参见图1，图1为本发明的一个实施例的模拟气源装置的示意图，该模拟气源装置主要由注水口1、水定量加注计量泵2、第一手动截止阀3、电源4、温控器5、温度传感器6、集水盘7、压力传感器8、安全阀9、绝热包覆层10、罐体11、压力表12、电磁阀13、电动调节减压阀14、节流圈15、放气出口16、储罐底座17、金属钢球18、蓄热器19、电加热器20、第二手动截止阀21、二氧化碳定量加注流量控制器22、二氧化碳充注口23、氧气充气口24、低温增压泵25、空气加热式汽化器26和第三手动截止阀27组成，其中，温度传感器6、集水盘7、压力传感器8、电加热器20、金属钢球18、蓄热器19安装在罐体11内，温控器5安装在罐体11外，电磁阀13、电动调节减压阀14和节流圈15通过法兰连接在罐体11出口管路上，节流圈15安装在法兰中间。低温增压泵25、空气加热式汽化器26和第三手动截止阀27通过法兰安装在罐体11氧气充气管路上，二氧化碳定量加注流量控制器22和第二手动截止阀21通过球头喇叭口连接形式安装罐体11二氧化碳充气管路上，水定量加注计量泵2和第一手动截止阀3通过球头喇叭口连接形式安装在罐体11注水管路上。温控器5、温度传感器6、电加热器20和电源4通过电缆连接。其中，

绝热包覆层10设置在罐体11外部；

压力表12、电磁阀13、电动调节减压阀14、节流圈15和放气出口16按照气体流向依次连接，组成一气体排出装置，并且电动调节减压阀14和节流圈15组成一气体排出流量控制组件；

电源4、温控器5、温度传感器6、电加热器20和蓄热器19组成气体温度保持装置，其中蓄热器19内设置有大量金属钢球18作为蓄热体，蓄热器19设置在罐体11内接近气体排出装置处，使罐体内气体在排出之前，先经过蓄热器19；

注水口1、水定量加注计量泵2、第一手动截止阀3和集水盘7按照水流流向依次连接组成加水子装置，二氧化碳充注口23、二氧化碳定量加注流量控制器22和第二手动截止阀21按照二氧化碳流向依次连接组成加二氧化碳子装置，上述的加水子装置和加二氧化碳子装置组成水和二氧化碳含量比例控制装置；

氧气充气口24、低温增压泵25、空气加热式汽化器26和第三手动截止阀27按照氧气流向依次连接组成氧气充气装置；

罐体11上还设有若干压力传感器8和若干安全阀9，以及储罐底座17。

本模拟气源装置主要通过下述控制方式实现其功能：

（1）气体流量控制方式

随着放气过程罐体11内压力的降低，使用电动调节减压阀14，稳定节流圈15前压力，保证节流圈15的工作参数，以获得较为稳定的流量，以及稳定气体状态参数；节流圈15前后压力始终处于高于临界压比状态，保证喉部处于临界状态和音速流动，保证最大流量。需要改变气体流量时，试验前通过更换不同孔径节流圈15来实现；

（2）在大流量下气体温度保持方式

试验前根据每个试验状态计算氧气用量，通过氧气充气口24，将液氧槽车中的液氧经低温增压泵25增压，经空气加热式汽化器26使液氧气化为常温氧气后充入罐体11内，然后掺混好一定比例的水和二氧化碳，通过罐体11内的电加热器20和温度传感器6以及温控器5，将储罐内掺混好的混合气体预先加热到所需温度390±40K，然后关闭电源4，通过绝热包覆层10减少罐体向外界漏热。在罐体11内接近出口处设计了蓄热器19，蓄热器19内填充约两吨金属钢球18作为蓄热体，当电磁阀13打开大流量放气时，蓄热器19能提高排气焓值，避免罐体出流气体温度大幅降低，使罐体11出口气体温度保持在390±40K范围内；

（3）水和二氧化碳含量比例控制方式

在罐体11内气体预加热之前，根据每个试验状态中水和二氧化碳体积含量比例要求和贮罐容积，事先计算需要充填的水量和二氧化碳量，然后通过罐体注水口1，采用水定量加注计量泵2将水加注到罐体11内集水盘7中，采用水定量加注计量泵2可精确控制水的体积含量，水在高温高压的罐体11内吸热蒸发汽化，均匀扩散到整个氧气中；通过罐体的二氧化碳充注口23，将液化的二氧化碳经水浴加温气化，采用二氧化碳定量加注质量流量控制器22进行加注，可精确控制二氧化碳的体积含量。

本发明具有如下有益效果：

第一．能得到与发动机蒸发器相似的自生增压气体；

第二．可以得到各种不同流量、温度、水和二氧化碳含量比例的增压气体。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种模拟气源装置，其特征在于，包括：

罐体，所述罐体外部设有绝热包覆层；                           

气体排出装置，按照气体流向依次包括压力表、电磁阀、电动调节减压阀、节流圈和放气出口，其中所述电动调节减压阀和所述节流圈组成一气体排出流量控制组件；

气体温度保持装置，包括电源、温控器、温度传感器、电加热器和蓄热器，其中所述温度传感器、电加热器和蓄热器设置在所述罐体内腔中，所述温控器设置在所述罐体外，所述蓄热器内设置有大量金属钢球作为蓄热体，所述蓄热器设置在所述罐体内接近所述气体排出装置处，使罐体内气体在排出之前，先经过所述蓄热器；

水和二氧化碳含量比例控制装置，包括加水子装置和加二氧化碳子装置，其中所述加水子装置按照水流向依次包括注水口、水定量加注计量泵、第一手动截止阀和集水盘，所述加二氧化碳子装置按照二氧化碳流向依次包括二氧化碳充注口、二氧化碳定量加注流量控制器和第二手动截止阀；

氧气充气装置，按照氧气流向依次包括氧气充气口、低温增压泵、空气加热式汽化器和第三手动截止阀。

2.如权利要求1所述的模拟气源装置，其特征在于，所述电磁阀、所述电动调节减压阀和所述节流圈通过法兰连接在所述罐体的出口管路上，所述节流圈安装在法兰中间；所述低温增压泵、所述空气加热式汽化器和所述第三手动截止阀通过法兰安装在罐体的氧气充气管路上，所述二氧化碳定量加注流量控制器和所述第二手动截止阀通过球头喇叭口连接形式安装在所述罐体的二氧化碳充气管路上，所述水定量加注计量泵和所述第一手动截止阀通过球头喇叭口连接形式安装在所述罐体的注水管路上，所述温控器、所述温度传感器、所述电加热器和所述电源通过电缆连接。

3.如权利要求1所述的模拟气源装置，其特征在于，先将罐内气体通过所述温控器和所述电加热器预先加热至390±40K温度，然后在所述罐体大流量放气状态下，所述蓄热器提高出流气体焓值，使罐体出口气体温度维持在390±40K范围内。

4.如权利要求1所述的模拟气源装置，其特征在于，所述罐体上还设有安全阀和若干压力传感器。

5.如权利要求1所述的模拟气源装置，其特征在于，所述罐体上还设有储罐底座。