[发明专利]一种模拟气源装置

说明书

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。