一种注气式蓄压器压力平衡试验装置及其试验方法与流程

1.本发明涉及试验测试系统领域，特别涉及一种注气式蓄压器压力平衡试验装置及其试验方法。


背景技术：

2.运载火箭推进系统与结构系统在火箭运行时的耦合会引起整体的不稳定的自激振动，这种振动有很大的危害，为了有效抑制这种振动，安装蓄压器成为一种重要手段。相对传统的蓄压器膜盒，加工工艺简单、结构效率高、适应安装空间、具有强大变频能力的注气式蓄压器正在逐步取代蓄压器压力膜盒应用到新一代重型运载火箭中。目前小型蓄压器压力膜盒的压力循环试验方法，对于新一代注气式蓄压器并不适用。新一代注气式蓄压器具有大容积，大工作压力等特点，因此急需发展一种新的能可靠验证蓄压器工作特性的地面试验方法，应用到新型注气式蓄压器的压力平衡试验中。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种注气式蓄压器压力平衡试验装置及其试验方法，能够适用于大容积，大工作压力的注气式蓄压器，实现5～2000hz频率下压力平衡工作，真实模拟注气式蓄压器工作特性。
4.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案是：提供一种注气式蓄压器压力平衡试验装置，包括缓冲器1、加注泄出组件、激励设备7、储能器14、供气组件、测量控制系统17、压力平衡组件、限位装置和支撑悬挂组件；
5.所述压力平衡组件包括蓄压器本体5、输送管11、气液混合缸10、激励设备保护结构30、双层密封活塞8和储能器14；所述气液混合缸10上端面与蓄压器本体5通过法兰密封连接，气腔31与液腔29通过双层密封活塞8隔开，气腔31充可压缩气体并与储能器14联通，平衡气腔31的压力，气腔31压力平衡的目的是平衡液腔29的压力，减少激励设备7的负载；
6.其中气液混合缸10有杆腔为气腔31，充可压缩气体，气液混合缸无杆腔为液腔29与注气式蓄压器本体5底部通过法兰连接，充液体；双层密封活塞8的活塞杆连接激励设备7；储能器使用介质为气体与气液缸的气腔31接通，起到平衡气腔31气压的作用；加注泄出组件通过注气式蓄压器本体5下端为液腔29加注液体，同时可接受泄出液体；
7.所述供气组件为气腔31提供压力，同时为液腔29加压提供压力；激励设备7为双层密封活塞8垂直运动提供动力；测量控制系统17测量采集系统的压力液位信息，通过阀门开关控制一部分系统的压力；缓冲器1为注气式蓄压器压力释放与液体排放提供缓冲；支撑悬挂装置为压力平衡组件提供支撑，输送管11长的头部处于自由边界状态，避免激励导致卡死；限位装置限制蓄压器本体5薄壁面因压力产生凸起变形。
8.进一步的，所述气液混合缸10的气腔31与液腔29之间有激励保护结构30，激励保护结构30限制双层密封活塞8的位移保护激励设备不因活塞失控导致损坏；所述双层密封活塞8一头位于液腔29，一头位于气腔31，双层密封活塞8上表面与下表面都加两层密封圈，
多层密封确保气液不混合，双层密封活塞8位于液腔29的上表面添加润滑脂，减少活塞运动摩擦力；所述激励设备7与双层密封活塞8下端活塞杆通过螺栓连接，为试验系统提供多种频率下的激励。
9.进一步的，所述蓄压器本体5与输送管11内压力平衡通过双层密封活塞8推动液腔29内液体产生容积变化产生；所述激励设备7能实现多种频率下的激励，但激励幅值受到限制，通过设计气液混合缸10内径弥补激励设备7激励幅值受限的缺陷，达到所需液腔29内液体所需容积变化；
10.所述蓄压器本体5下部为液腔32，注气式蓄压器本体5上部为气腔34，注气式蓄压器本体5与输送管11通过输送管11中间特定数量的孔33联通，带压液体通过孔33流动，使蓄压器本体5与输送管11产生压力变化。
11.进一步的，所述支撑悬挂组件，由第一铸块4、底座12、第二铸块13、第三铸块18、第四铸块19、工装9、橡皮绳组20组成；所述第一铸块4、底座12在激励设备7两侧搭建底部支撑，第二铸块13横架在底部支撑上，工装9横架在第二铸块13上；第三铸块18、第四铸块19在底部支撑上搭建顶部支撑，气液混合缸10架在工装9上，输送管11通过法兰21用橡皮绳组20悬挂到顶部支撑第四第四铸块19，平衡压力平衡组件中注气式蓄压器本体5、输送管11、气液混合缸10的自重，同时保证输送管11顶部为自由边界。
12.进一步的，所述测量控制系统包括测量控制系统17、液位传感器27、排气排液电磁阀、高压电磁阀、第一充气开关k1，第一放气开关k2、第二充气开关k3、第二放气开关k4、泄出开关k5、加注开关k6、第一压力传感器24、第二压力传感器25、第三压力传感器26、第四压力传感器28；所述测量控制系统采集第一、第二、第三、第四压力传感器与液位传感器的信号并进行记录，然后对各个阀门与开关进行控制，对系统压力与液位进行控制。
13.进一步的，所述供气组件包括配气台15与氮气瓶组16，氮气瓶组16将高压气体送入配气台15，通过调节配气台15为压力平衡组件提供平衡压力，同时为储能器与气腔15提供平衡压力；
14.所述限位装置包括支架22与转接块6，转接块6通过螺栓连接安装在支撑悬挂组件的组块13上，支架22压在蓄压器本体5的薄壁面上与转接块6通过螺栓连接，有效限制蓄压器本体5的薄壁面因压力导致的凸起变形。
15.进一步的，所述气液混合缸10的气腔31与液腔29容积比为：5～6∶1，所述气液混合缸10的气腔31与储能器14的容积比为：1∶1～1.5；
16.所述蓄压器本体5与输送管11容积和与气液混合缸10容积比至少为2∶1。
17.本发明的另一个技术方案提供一种使用上述注气式蓄压器压力平衡试验装置的试验方法，包括如下步骤：
18.s1、在激励设备7两侧与搭建底部支撑，工装9横架在底部支撑上；
19.s2、蓄压器本体5下端与气液混合缸10上端连接，通过顶部法兰21将蓄压器本体5、输送管11、气液混合缸10、双层密封活塞8吊起，将双层密封活塞8安装在激励设备7上，将气液混合缸10安装在工装9上；
20.s3、搭建支撑悬挂组件的顶部支撑，用橡皮绳组20通过顶部法兰21将输送管11悬挂到顶部支撑第四铸块19，将储能器14与气液混合缸10的气腔31联通；
21.s4、向蓄压器的输送管11底部加注液体，之后对密闭腔体结构进行密封；
22.s5、输送管11与蓄压器本体5联通，通过配气台在输送管11充气并逐步加压，控制并观察压力传感器25、压力传感器26的压力，令输送管11底部压力传感器28到达指定压力；此过程中配气台向储能器14与气液混合缸10的气腔31同步加压，使气液混合缸10的气腔31与液腔29压力同步，使双层密封活塞8处于设计中位。同时缓冲器1压力充至实际工作时贮箱压力；
23.s6、打开高压电磁阀m1和排气排液电磁阀m2，开启激励设备7通过双层密封活塞8推动液腔29的液体开始试验，试验中通过第一充气开关k1和第一放气开关k2来调整输送管11压力，通过第二充气开关k3和第二放气开关k4调整缓冲器1压力；测量控制系统采集压力与液位信号并进行阀门与开关的控制。
24.进一步的，所述步骤s5中双层密封活塞8处于设计中位指中双层密封活塞8活塞杆与激励设备(7)连接，激励设备(7)开启没有工作时，双层密封活塞8处于气液混合缸10内的作动腔的中间位置，其正行程位移等于激励设备(7)正的最大幅值，其负行程位移等于激励设备(7)负的最大幅值。
25.进一步的，所述步骤s6中的同步加压，指同时以每步0.1mpa的压力增加，最大压力不超过注气式蓄压器的工作压力。
26.本发明提供的注气式蓄压器压力平衡试验装置及其试验方法取得的有益效果是：
27.1)本发明对注气式蓄压器压力平衡试验系统进行整体优化设计，尤其对压力平衡组件进行了创新设计，采用了气压平衡的方式，可以进行大容积注气式蓄压器压力平衡试验，同时弥补激励设备负载能力不足的问题。
28.2)本发明对气液混合缸进行巧妙设计，根据注气式蓄压器压力平衡所需的液体流量，结合激励设备的在特定频率下的最大负载能力，计算设计气液混合缸作动腔的直径。
29.3)本发明对双层密封的活塞杆进行巧妙设计，为保证活塞杆的强度，减少对激励设备的负载，直接在活塞杆头部加工成与激励设备连接的法兰，简化结构，活塞杆采用铝合金材料减轻重量。
30.4)本发明合理设计气腔与液腔的容积比例关系以及储能器与其腔的容积比例关系，试验在激励设备激励情况下气腔的压力平衡。
31.5)本发明双层密封活塞上表面与下表面都加两层密封圈，多层密封确保气液不混合，双层密封活塞位于液腔的上表面添加润滑脂，避免使用润滑油与液腔内液体相容，减少活塞运动摩擦力。
32.6)本发明双层密封活塞上表面与下表面都加两层密封圈，多层密封确保气液不混合，双层密封活塞位于液腔的上表面添加润滑脂，减少活塞运动摩擦力。
33.7)本发明设计了限位装置，有效限制蓄压器本体的薄壁面因压力导致的凸起变形。
34.8)本发明设计支撑悬挂组件，用于承载注气式蓄压器与气液混合缸等其他部件，减轻激励设备的负载，使激励设备的负载只有双层密封活塞和系统内的液体。同时支撑悬挂组件保证输送管长的一头位于自由边界，避免固定边界导致双层密封活塞运动时卡死。
附图说明
35.下面结合附图对发明作进一步说明：
36.图1为本发明注气式蓄压器压力平衡试验系统示意图；
37.图2为本发明压力平衡组件示意图，其中蓄压器本体、输送管、气液混合缸、双层密封活塞为剖面图。
具体实施方式
38.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的注气式蓄压器压力平衡试验装置及其试验方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
39.实施例1
40.如图1所示为本发明注气式蓄压器压力平衡试验系统，由图可知，本发明注气式蓄压器压力平衡试验方法，设备包括缓冲器1、加注泄出组件、激励设备7、储能器14、供气组件、测量控制系统、压力平衡组件、限位装置及支撑悬挂组件，其中压力平衡组件包括蓄压器本体5、输送管11、气液混合缸10、激励设备保护结构30、双层密封活塞8和储能器14。
41.支撑悬挂组件，由铸块4、底座12、铸块13、铸块18、铸块19、工装9、橡皮绳组20组成。
42.测量控制系统包括测量控制系统17、液位传感器27、排气排液电磁阀m2、高压电磁阀m1、充气开关k1，放气开关k2、充气开关k3、放气开关k4、泄出开关k5、加注开关k6、压力传感器24、压力传感器25、压力传感器26、压力传感器28。
43.限位装置包括支架22与转接块6。
44.供气组件包括配气台15与氮气瓶组16。
45.其中双层密封活塞8的活塞杆通过螺钉安装在激励设备7上，活塞头位于气液混合缸10的作动腔内，可以沿作动腔做垂直运动，气液混合缸10与蓄压器本体5、输送管11形成密封腔体，腔体内充液体，形成液腔。气液混合缸10的有杆腔与储能器14联通，形成气腔。
46.蓄压器本体5输送管11组合通过螺钉安装在气液混合缸10上部，通过密封圈形成密封结构。
47.1)在激励设备7两侧与搭建底部支撑，工装9横架在底部支撑上；
48.2)蓄压器本体5下端与气液混合缸10上端连接，通过顶部法兰21将蓄压器本体5、输送管11、气液混合缸10、双层密封活塞8吊起，将双层密封活塞8安装在激励设备7上，将气液混合缸10安装在工装9上；
49.3)搭建支撑悬挂组件的顶部支撑，用橡皮绳组20通过顶部法兰21将输送管11悬挂到顶部支撑铸块19。将储能器14与气液混合缸10的气腔31联通。
50.4)向蓄压器的输送管11底部加注液体，之后对密闭腔体结构进行密封。
51.5)输送管11与蓄压器本体5联通，通过配气台在输送管11充气并逐步加压，控制并观察压力传感器25、压力传感器26的压力，令输送管11底部压力传感器28到达指定压力。此过程中配气台向储能器14与气液混合缸10的气腔31同步加压，使气液混合缸10的气腔31与液腔29压力同步，使双层密封活塞8处于设计中位。同时缓冲器1压力充至实际工作时贮箱压力
52.6)打开高压电磁阀m1和排气排液电磁阀m2，开启激励设备7通过双层密封活塞8推
动液腔29的液体开始试验，试验中通过充气开关k1和放气开关k2来调整输送管11压力，通过充气开关k3和放气开关k4调整缓冲器1压力直至输送管底部压力传感器28的压力值达到平衡。
53.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。