一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统

技术领域

本发明涉及气瓶性能测试技术领域，具体为一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统。

背景技术

增压气瓶是运载火箭推进剂贮箱的主要附件，为贮箱内的推进剂提供稳定压力。目前，常用的增压气瓶均置于贮箱外部，不利于火箭的整体布局及发挥增压气瓶的增压效率。可置于贮箱内部的增压气瓶是当前国内外航天运载技术的发展方向。运载火箭的推进剂通常为液氧与液氢，贮箱内置增压气瓶将面临超低温与超高压的工作环境，气瓶在此极端工况下的可靠性对运载火箭的安全服役至关重要。抗疲劳性能是气瓶的一项重要指标，目前，气瓶的疲劳测试主要在常温或普通低温环境下进行，超低温环境下气瓶疲劳测试方法和系统还较为缺乏。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法，包括如下步骤：

S1.打开液氮加注罐A向液氮槽加注液氮，液氮完全没过气瓶后停止加注液氮；

S2.打开液氮加注罐B对液氮泵预冷，液氮泵预冷完毕后，设置目标压力和打压频率，启动液氮泵对气瓶内部开始充灌液氮对气瓶进行打压，气瓶达到目标压力后液氮泵停止打压，保压设定时间后泄压；

S3.启动液氮泵进行下一次打压，气瓶达到目标压力后液氮泵停止打压，保压设定时间后泄压；

S4.重复步骤S3；

S5.最后一次保压设定时间后泄压，泄压完成后，关闭液氮加注罐B停止对液氮泵输送液氮，并排放液氮槽内的液氮，待气瓶内的液氮自挥发完毕，取出气瓶，记录过程数据，完成测试。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，通过观察无纸记录仪确认液氮是否有完全没过气瓶。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，液氮泵是否预冷完毕以液氮泵泵头结霜情况作为判断依据，液氮泵泵头完全结霜即预冷完毕。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，通过液氮泵控制柜设置目标压力和打压频率，打开液氮泵自动模式，液氮泵自行启动对气瓶内部充灌液氮，直至气动泄压阀处明显观察到有液氮流出，关闭气动泄压阀，气瓶开始升压。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，保压设定时间后打开气动泄压阀开始泄压，泄压后关闭气动泄压阀。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法的优选方案，其中：所述步骤S3中，打压频率为20~30Hz。

为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统，包括：

气瓶、液氮槽、液氮加注罐、液氮泵；

气瓶置于液氮槽内，液氮槽与液氮加注罐通过管道连接，实现气瓶液氮环境浸泡；

液氮加注罐通过管道与液氮泵连接；

液氮泵还通过管道与气瓶连接，用于向气瓶内部充灌液氮实现对气瓶打压。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统的优选方案，其中：液氮加注罐包括液氮加注罐A和液氮加注罐B；

气瓶置于液氮槽内，与液氮加注罐A通过管道连接，

液氮加注罐B通过管道与液氮泵连接。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统的优选方案，其中：还包括，无纸记录仪，通过观察无纸记录仪确认液氮是否有完全没过气瓶。

作为本发明所述的一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统的优选方案，其中：还包括，操作台，其连接有液氮出电磁气动阀和液氮进电磁气动阀。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统，包括：气瓶、液氮槽、液氮加注罐、液氮泵；气瓶置于液氮槽内，液氮槽与液氮加注罐通过管道连接，实现气瓶液氮环境浸泡；液氮加注罐通过管道与液氮泵连接；液氮泵还通过管道与气瓶连接，用于向气瓶内部充灌液氮实现对气瓶打压，本发明打压速率快，打压介质价格低，安全隐患小，可以快速实现气瓶的反复多次充、保、放压，实现超低温环境下气瓶液压疲劳测试，有利于气瓶在极端工况下的可靠性的提升，也有利于运载火箭的安全服役。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统示意图。

附图标号说明：

1-液氮出电磁气动阀，2-液氮出截止阀，3-液氮进截止阀，4-液氮进电磁气动阀，5-气源，6-氮气排放阀，7-液氮分配阀，8-气动泄压阀，10-液氮加注罐A，11-无纸记录仪，12-液氮泵，13-液氮加注罐B，14-液氮泵控制柜，15-操作台，16-压力变送器，17-液氮槽。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统，尤其是一种作为运载火箭推进剂贮箱的主要附件的增压气瓶的超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统。可以实现超低温环境下气瓶液压疲劳测试，有利于气瓶在极端工况下的可靠性的提升，也有利于运载火箭的安全服役。

如图1所示，本发明实施例提供一种超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统，包括：

气瓶、液氮槽17、液氮加注罐、液氮泵12；

液氮加注罐包括液氮加注罐A10和液氮加注罐B13；

气瓶置于液氮槽17内，液氮槽17与液氮加注罐A10通过管道连接，管道上设置液氮进截止阀3和液氮进电磁气动阀4，实现气瓶液氮环境浸泡；

液氮加注罐B13通过管道与液氮泵12连接，管道上设置液氮分配阀7；双液氮加注罐的设计便于管路的布置以及液氮不足时及时换罐。

液氮泵12还通过管道与气瓶连接，用于向气瓶内部充灌液氮实现对气瓶打压。

进一步的，本发明实施例的超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统还包括，无纸记录仪11，通过观察无纸记录仪11确认液氮是否有完全没过气瓶。

进一步的，本发明实施例的超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统还包括，操作台15，其连接有液氮出电磁气动阀1、液氮进电磁气动阀4和气动泄压阀8，液氮出电磁气动阀1、液氮进电磁气动阀4和气动泄压阀8均连接有气源5。

进一步的，本发明实施例的超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统还包括，压力变送器16，用于实时记录气瓶中的压力，将压力数据输入至无纸记录仪11。

本发明实施例采用上述超低温环境下气瓶液压疲劳测试系统进行超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法，包括如下步骤：

S1.打开液氮进截止阀3，操作台15打开液氮进电磁气动阀4，打开液氮加注罐A10向液氮槽17加注液氮，通过观察无纸记录仪11确认液氮完全没过气瓶后（试件上方10cm处温度为-192°C），关闭液氮进截止阀3，操作台15关闭液氮进电磁气动阀4，停止加注液氮；

S2.操作台15打开控制打开气动泄压阀8，打开氮气排放阀6，打开液氮分配阀7，打开液氮加注罐B13对液氮泵12预冷，液氮泵12预冷完毕后（液氮泵12泵头完全结霜即预冷完毕），通过液氮泵控制柜14设置目标压力（可以根据测试要求设定，目标压力可以为35MPa、30MPa等等）和打压频率（可以根据测试要求设定，打压频率可以为20Hz、25Hz、30Hz等等），打开液氮泵自动模式，液氮泵12自行启动对气瓶内部充灌液氮，直至气动泄压阀8处明显观察到有液氮流出，关闭气动泄压阀8，气瓶开始升压；气瓶达到目标压力后液氮泵12停止打压，关闭液氮泵自动模式，保压设定时间（可以根据测试要求设定，例如1min、2min等等）后打开气动泄压阀8开始泄压，泄压至低于设定压力（可以根据测试要求设定，例如1MPa、0.5MPa等等）后关闭气动泄压阀8；

S3.将液氮泵12切换到液氮泵自动模式，液氮泵12自行启动，液氮泵12进行下一次打压，气瓶达到目标压力后液氮泵12停止打压，保压设定时间后打开气动泄压阀8开始泄压，泄压至低于设定压力后关闭气动泄压阀8；

S4.重复步骤S3（重复次数可以根据测试要求调整）；

S5.最后一次保压设定时间后打开气动泄压阀8泄压，泄压完成后，关闭液氮分配阀7，关闭液氮加注罐B13停止对液氮泵12输送液氮，打开液氮出截止阀2，操作台15打开液氮出电磁气动阀1，排放液氮槽17内的液氮，待气瓶内的液氮自挥发完毕，取出气瓶，记录过程数据，完成测试。

本发明超低温环境下气瓶液压疲劳测试方法及系统，包括：气瓶、液氮槽、液氮加注罐、液氮泵；气瓶置于液氮槽内，液氮槽与液氮加注罐通过管道连接，实现气瓶液氮环境浸泡；液氮加注罐通过管道与液氮泵连接；液氮泵还通过管道与气瓶连接，用于向气瓶内部充灌液氮实现对气瓶打压，通过多次打压、保压、泄压即可实现超低温环境下气瓶液压疲劳测试，有利于气瓶在极端工况下的可靠性的提升，也有利于运载火箭的安全服役。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。