一种羽流试验平台洁净空气配气装置及其配气方法

摘要

本发明提出一种羽流试验平台洁净空气配气装置及其配气方法，实验为真空羽流效应试验系统试验中洁净空气的配置。所述装置包括洁净空气生成系统和洁净空气输送系统，洁净空气生成系统用于制造洁净空气并将其存储，包括空气压缩机、净化空气的油水分离器和空气储气罐；洁净空气输送系统用于空气过滤、减压及配送，包括主控管路和两个支控管路。所述配气方法，通过空气压缩机压缩的空气，经油水分离器净化存储到空气储气罐中，然后输送给主控管路，由主控管路控制输送给两个支控管路，进而输送给真空羽流效应试验系统试验。本发明能同时满足卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽流试验多种试验需求，为试验稳定、灵活地供应洁净空气。

说明书

技术领域

本发明属于真空科学技术领域，具体涉及卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽 流试验中所需洁净空气配气装置及其配气方法。

背景技术

北航“真空羽流效应试验系统”(多功能羽流试验平台)是多用途试验装置，主要用于航 天姿、轨控发动机羽流试验研究，同时兼顾卫星等热真空试验。由于羽流试验平台可进行的 试验种类繁多，试验中需配有空气源，且不同用途试验所需的空气压力不同，这导致其配套 的洁净空气配气装置管路复杂，需要大量元器件对管路中的空气压力进行控制。此外，为了 操作人员更方便、更快捷、更安全地操作洁净空气配气装置，需将系统管路集中布局。

发明内容

本发明针对卫星热真空试验、以及电推进、化学推进发送机羽流试验所需的洁净空气的 配气问题，提出了一种羽流试验平台洁净空气配气装置及配气方法。

本发明的一种羽流试验平台洁净空气配气装置，包括洁净空气生成系统和洁净空气输送 系统。

洁净空气生成系统用于制造洁净空气并将其存储，包括：空气压缩机、油水分离器、空 气储气罐入口手阀、空气储气罐、远程压力表、现场压力表、以及空气储气罐排污手阀；空 气压缩机通过管路依次连接油水分离器、空气储气罐入口手阀、以及空气储气罐，空气储气 罐的顶端通过管路连接有远程压力表和现场压力表，空气储气罐的底端通过管路连接有空气 储气罐排污手阀；所述的空气压缩机用于压缩空气，排气压力为1.2Mpa；所述的空气储气罐 用于存储经压缩净化后的1.2MPa空气。

洁净空气输送系统用于空气过滤、减压及配送，包括：主控管路、第一路管路阀门控制 管路和第二路真空舱复压控制管路。主控管路由主控管路手阀、主控管路气体过滤器、主控 管路集气管以及主控管路安全阀通过管路依次串联组成；所述的主控管路手阀的左端通过管 路连接空气储气罐的右端出口；所述的主控管路集气管提供压力为1.2MPa的洁净空气，其右 端出口连接第一路管路阀门控制管路和第二路真空舱复压控制管路。

第一路管路阀门控制管路和第二路真空舱复压控制管路都包括：支控管路进气手阀、支 控管路气体过滤器、支控管路减压阀、支控管路放气手阀、支控管路远程压力表、支控管路 现场压力表、支控管路安全阀、以及支控管路出气手阀；支控管路进气手阀的左端通过管路 连接主控管路集气管的右端出口，支控管路进气手阀的右端通过管路依次连接支控管路气体 过滤器、支控管路减压阀、以及支控管路出气手阀，在支控管路减压阀与支控管路出气手阀 连接的管路上设置有支控管路放气手阀、支控管路远程压力表、支控管路现场压力表、以及 支控管路安全阀；所述的支控管路放气手阀用于在试验结束后将洁净空气输送系统管路和大 气连通以避免管路压力过高；所述的支控管路远程压力表和支控管路现场压力表用于测量经 减压后的空气压力，确保压力在许用范围内；第一路管路阀门控制管路包括两个支控管路出 气手阀，两个支控管路出气手阀分别通过管路连接至粗真空系统及高真空系统，用于为粗真 空及高真空系统中的气动阀门供气；第二路真空舱复压控制管路的支控管路出气手阀，通过 管路连接至真空舱，用于控制进入真空舱的空气流量。

一种应用上述洁净空气配气装置的羽流试验平台洁净空气的配气方法，包括如下步骤：

步骤一，打开空气储气罐入口手阀；

步骤二，启动空气压缩机，将空气压缩后，经过油水分离器除油、除水处理，送至空气 储气罐；

步骤三，观察远程压力表和现场压力表，待空气储气罐内压力达到1.2MPa时，停止空气 压缩机；

步骤四，打开主控管路手阀，由空气储气罐向主控管路集气管输送洁净空气；

步骤五，打开支控管路进气手阀和支控管路放气手阀，调节支控管路减压阀，使经过支 控管路减压阀后的空气压力至所需要的压力，所述的支控管路减压阀的出口压力能够在 0.4～0.8MPa范围内调节；

步骤六，调好后，关闭支控管路放气手阀；

步骤七，打开支控管路出气手阀实现支控管路的供气。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)能同时满足卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽流试验多种试验需求；

(2)试验所需空气气源由空气压缩机提供，方便快捷；

(3)配有油水分离器，能有效的去除压缩空气中的尘、水、油雾；

(4)能够提供压强恒定的空气供使用，供气压力0.4～0.8MPa可调；

(5)各支控管路入口处设有过滤器，能够过滤颗粒物杂质，防止空气中混有颗粒杂质堵塞管 路损坏终端设备；

(6)各支控管路压力调节及供气灵活，可独立工作、也可多管路同时工作，互不影响；

(7)两个支控管路集中布局在室内，便于操作人员室内集中操作控制，不受季节影响。

附图说明

图1是本发明提供的洁净空气配气装置的整体结构示意图；

图2是本发明的洁净空气配气方法的流程示意图；

其中：

100-洁净空气生成系统；200-洁净空气输送系统；101-空气压缩机；102-油水分离器；

103-空气储气罐入口手阀；104-空气储气罐；105-远程压力表；106-现场压力表；

107-空气储气罐排污手阀；201-主控管路手阀；202-主控管路气体过滤器；

203-主控管路集气管；204-主控管路安全阀；301-第一支控管路进气手阀；

302-第一支控管路气体过滤器；303-第一支控管路减压阀；304-第一支控管路放气手阀；

305-第一支控管路远程压力表；306-第一支控管路现场压力表；307-第一支控管路安全阀；

308-第一支控管路出气手阀；309-第二支控管路出气手阀；401-第二支控管路进气手阀；

402-第二支控管路气体过滤器；403-第二支控管路减压阀；404-第二支控管路放气手阀；

405-第二支控管路远程压力表；406-第二支控管路现场压力表；407-第二支控管路安全阀；

408-第三支控管路出气手阀。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种羽流试验平台洁净空气配气装置主要分为两个部分，如图1所示，分别为 洁净空气生成系统100及洁净空气输送系统200。洁净空气生成系统100主要用于制造洁净 空气并将其存储，所需洁净空气由空气压缩机压缩而成；洁净空气输送系统200主要用于空 气过滤、减压及配送。

如图1所示，洁净空气生成系统100由空气压缩机101、油水分离器102、空气储气罐入 口手阀103、空气储气罐104、远程压力表105、现场压力表106、以及空气储气罐排污手阀 107组成。空气压缩机101通过管路顺次连接油水分离器102、空气储气罐入口手阀103，并 最终连接至空气储气罐104的左端的进口。空气压缩机101用于压缩空气，排气量0.36m³/min， 排气压力为1.2Mpa。油水分离器102用于去除压缩空气中的尘、水、油雾，净化空气。空气 储气罐入口手阀103用于控制进入空气储气罐104的气体流量。空气储气罐104用于存储经 压缩净化后的1.2MPa空气，为洁净空气输送系统200提供气源，容积2立方米，可长时间持 续供气。远程压力表105、现场压力表106安装在空气储气罐104的顶端，用于测量空气储 气罐104内的空气压力。空气储气罐排污手阀107安装在空气储气罐104的底部，用于排除 空气储气罐104内残留的水汽。

为了满足卫星热真空试验及电推进、化学推进发动机羽流试验需求，须选用排气量 0.36m³/min、排气压力1.2Mpa的空气压缩机101，且须配套容积2立方米的空气储气罐104， 以保证供气充足，同时避免空气压缩机101因频繁启动而损坏。

洁净空气输送系统200主要由三部分组成，分别为一个主控管路及两个支控管路，主控 管路用于向两个支控管路供气，两个支控管路包括：第一路管路阀门控制管路、第二路真空 舱复压控制管路。两个支控管路集中布局在室内，便于操作人员室内集中操作控制，不受季 节影响。

主控管路由主控管路手阀201、主控管路气体过滤器202、主控管路集气管203、主控管 路安全阀204组成，利用管路从左向右顺次连接。空气储气罐104右端的出口通过管路依次 连接主控管路手阀201、主控管路气体过滤器202，并最终与主控管路集气管203的左端进口 连通，实现向主控管路集气管203供气。主控管路手阀201用于控制进入主控管路集气管203 的气体流量。主控管路气体过滤器202用于过滤空气，保证空气纯净，避免渣滓进入管路， 造成堵塞。主控管路集气管203外形为圆筒形，上下两端封闭，内径取60mm，壁厚3mm； 主控管路集气管203的右端出口分别连接有两个支控管路，可为两个支控管路提供压力为 1.2MPa的洁净空气。主控管路安全阀204安装在主控管路集气管203右端，用于防止该段主 控管路压力过高放气用。

第一路支控管路，即第一路管路阀门控制管路由第一支控管路进气手阀301、第一支控 管路气体过滤器302、第一支控管路减压阀303、第一支控管路放气手阀304、第一支控管路 远程压力表305、第一支控管路现场压力表306、第一支控管路安全阀307、第一支控管路出 气手阀308、以及第二支控管路出气手阀309利用管路从左向右顺次连接组成。第一支控管 路进气手阀301用于控制进入第一路管路阀门控制管路的进气量。第一支控管路气体过滤器 302用于过滤空气，保证空气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞。第一支控管路减压阀303 用于空气降压，减压器进口压力1.2MPa，出口压力0.4～0.8MPa可调。第一支控管路放气手 阀304试验结束后用于将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高。第一支控管路远程 压力表305和第一支控管路现场压力表306用于测量经减压后的空气压力，确保压力在许用 范围内。第一支控管路安全阀307用于防止该段管路压力过高放气用。第一支控管路出气手 阀308与第二支控管路出气手阀309的右侧分别通过管路连接至相应的气动阀门，用于控制 进入气动阀门的空气流量，所述的第一支控管路出气手阀308通过管路连接至粗真空系统， 用于为粗真空系统中的所有气动阀门提供洁净空气，第二支控管路出气手阀309通过管路连 接至高真空系统，用于为高真空系统中的所有气动阀门提供洁净空气。

第二路支控管路，即第二路真空舱复压控制管路由第二支控管路进气手阀401、第二支 控管路气体过滤器402、第二支控管路减压阀403、第二支控管路放气手阀404、第二支控管 路远程压力表405、第二支控管路现场压力表406、第二支控管路安全阀407、以及第三支控 管路出气手阀408利用管路从左向右顺次连接组成。第二支控管路进气手阀401用于控制进 入第二路真空舱复压控制管路的进气量。第二支控管路气体过滤器402用于过滤空气，保证 空气纯净，避免渣滓进入管路，造成堵塞。第二支控管路减压阀403用于空气降压，减压器 进口压力1.2MPa，出口压力0.4～0.8MPa可调。第二支控管路放气手阀404试验结束后用于 将系统管路和大气连通，避免系统管路压力过高。第二支控管路远程压力表405和第二支控 管路现场压力表406用于测量经减压后的空气压力，确保压力在许用范围内。第二支控管路 安全阀407用于防止第二路支控管路的压力过高放气用。第三支控管路出气手阀408的右侧 通过管路连接至真空舱，用于控制进入真空舱的空气流量。

为保证空气在管路中流动顺畅，避免管路堵塞，同时保证管路安全使用，主控管路的连 接管路的管内径取15mm，管壁厚取3mm；支控管路的连接管路的管内径取6mm，管壁厚取 1mm。整个洁净空气装置的连接管路以及各个部件均采用304不锈钢制造，避免各部件因生 锈而无法使用。

如图2所示，采用本发明的洁净空气配气装置为羽流实验平台进行洁净空气配送的方法， 具体包括以下几个步骤：

步骤一，打开空气储气罐入口手阀103。

步骤二，启动空气压缩机101，将空气压缩后经油水分离器102进行除油、除水处理后 送至空气储气罐104。

步骤三，观察远程压力表105、现场压力表106，待空气储气罐104内压力达到1.2MPa 时，停止空气压缩机101。

步骤四，打开主控管路手阀201、向主控管路集气管203输送洁净空气。

步骤五，本发明实施例中两个支控管路都在工作。打开第一支控管路进气手阀301、第 二支控管路进气手阀401、第一支控管路放气手阀304、以及第二支控管路放气手阀404，并 调节各支控管路上的第一支控管路减压阀303、第二支控管路减压阀403，使经过支控管路减 压阀的空气压力达到各支控管路所需的压力，第一支控管路减压阀303与第二支控管路减压 阀403的出口压力在0.4～0.8MPa可调。

通过控制第一支控管路进气手阀301与第二支控管路进气手阀401的开关，控制两个支 控管路的工作情况，即，当某个支控管路不工作时，关闭该支控管路对应的支控管路进气手 阀就可，下面步骤六和步骤七中，关闭该支控管路上对应的支控管路放气手阀，打开对应的 支控管路出气手阀即可。

步骤六，调好后，关闭第一支控管路放气手阀304和第二支控管路放气手阀404。

步骤七，打开第一支控管路出气手阀308、第二支控管路出气手阀309和第三支控管路 出气手阀408，实现第一、第二支控管路的供气。

通过上述步骤，实现了为真空羽流效应试验系统稳定、灵活地供应洁净空气。