运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统及方法与流程

本发明涉及阀门试验，具体地，涉及运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统及方法。

背景技术：

1、随着航天领域的发展，液氧作为一种高效、无毒、无污染运载火箭推进剂，已被新一代运载火箭全面使用。运载火箭低温液氧箱通常采用惰性气体氦气进行增压。为了确保控制增压输送系统的低温氦气电磁阀（简称冷氦电磁阀）在高压、低温下的性能，在阀门试验阶段，需在高压、低温氦气工况下进行模拟试验。试验条件需要提供超低温（-196℃）、超高压（40mpa）氦气，超低温超高压的极端工况对试验系统的氦气冷却、氦气增压、耐低温、耐高压、低温高压密封性能要求极高；此外，极端工况下的试验数据测量与收集难度大；现有的试验方法无法同时模拟冷氦电磁阀在火箭上的低温、高压、氦气工况。

2、专利文献cn116520212a（申请号：202310039077.9）公开了应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，属于阀门的检验检测技术领域，包括：气源输送管路、液氮换热器、一级液氢换热器和二级液氢换热器；所述气源输送管路具有第一换热段、第二换热段和第三换热段；所述第三换热段中适于连通有待测电磁阀；该发明的应用于高压冷氦电磁阀的试验系统，可以实现快速达到试验时所需要的温度和压力条件；且，在降温过程中，采用液氮、液氢分阶段冷却，减少了液氢的使用，降低了介质的消耗成本。

3、文献1（液氢温区冷氦增压系统试验研究，北京宇航系统工程研究所，邢力超、王道连、程翔、岳婷、张连万、耿屹、张苏力）和文献2（液氢温区冷氦增压试验系统的设计，北京宇航系统工程研究所，邢力超、赵涛、周炎、梁景媛、张宇）提出的冷氦增压试验系统，氦气温度可达20k，压力21mpa，且随着试验的进行，100s后压力降低至16mpa，无法满足冷氦电磁阀40mpa的使用要求。文献3（液体火箭冷氦增压系统低温试验研究，北京宇航系统工程研究所，张志广、杜正刚、刘茉）中的试验系统参数类似，氦气温度20k，压力21mpa，无法满足冷氦电磁阀的试验需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统及方法。

2、根据本发明提供的一种运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，包括：氦气增压供给系统、气瓶、常温截止阀、换热盘管、低温过滤器、低温截止阀以及冷氦电磁阀；

3、所述氦气增压供给系统、所述气瓶、所述常温截止阀、所述换热盘管、所述低温过滤器、所述低温截止阀以及所述冷氦电磁阀依次连接。

4、优选地，所述氦气增压供给系统包括：氦气瓶组、第一增压泵以及第二增压泵；

5、所述氦气瓶组、所述第一增压泵以及所述第二增压泵依次连接；

6、所述氦气瓶组用于提供常温且压力满足预设要求的氦气；所述氦气瓶组提供的常温且压力满足预设要求的氦气经过两个串联的所述第一增压泵和所述第二增压泵后，氦气压力增加至预设值，并存储至所述气瓶中。

7、优选地，所述第一增压泵和所述第二增压泵与配气台连接；利用所述配气台压缩空气气源，驱动所述第一增压泵和所述第二增压泵工作。

8、优选地，所述常温截止阀用于控制所述气瓶出口压力在实验所需压力的范围内。

9、优选地，所述换热盘管，用于利用液氮环境将高压氦气温度冷却至预设值，获得高压低温氦气；

10、所述液氮环境是液氮供应系统输出液氮至低温容器下端，直至液氮完全没过换热器中换热盘管。

11、优选地，所述高压低温氦气通过所述低温过滤器、所述低温截止阀到达所述冷氦电磁阀；

12、利用所述低温过滤器过滤系统管道低温高压气体中的多余物，防止多余物进入所述冷氦电磁阀；

13、在批次生产的单件电磁阀试验结束后，关闭所述低温截止阀，防止高压气体泄出。

14、优选地，在所述冷氦电磁阀的出口处设置节流孔；所述节流孔，用于减少氦气使用量。

15、根据本发明提供的一种运载火箭冷氦电磁阀的低温试验方法，利用上述所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统实现如下步骤：

16、步骤s1：对冷氦电磁阀进行常温氦气排气处理；

17、步骤s2：液氮供应系统输出液氮至低温容器下端，直至液氮完全没过换热器中换热盘管；

18、步骤s3：所述运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统在低温氦气状态下常温的冷氦电磁阀打开6s，利用所述冷氦电磁阀体上的铂电阻及所连接的温度测量设备、电磁阀线圈电阻测量设备、阀门入口气体温度传感器、电磁铁电波形测量设备分别测量包括冷氦电磁阀体温度变化、电磁铁线圈电阻变化、气体温度变化以及电磁铁电波形数据的电磁阀箭上低温初次启动工况的模拟数据；

19、步骤s4：所述运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统在低温通气状态下，利用所述冷氦电磁阀体上的铂电阻，连接线圈电阻测量设备、阀门入口气体温度传感器、电磁铁电波形测量设备分别测量包括冷氦电磁阀体温度变化、电磁铁线圈电阻变化、气体温度变化、电磁铁电波形数据的电磁阀箭上低温长时间放气工况的模拟数据。

20、优选地，所述步骤s1包括：通过控制所述气瓶的减压阀，控制所述冷氦电磁阀入口处的压力为1.5mpa常温氦气，控制所述冷氦电磁阀打开，计时预设时间后关闭，重复预设次数，吹除所述冷氦电磁阀内常温空气。

21、优选地，所述方法还包括：保持冷氦电磁阀入口分别通入1.5mpa、3mpa、36.5mpa的低温氦气，通过数泡法测量密封部位漏率；测量结束后再分别在入口压力36.5mpa、1.5mpa下分别动作预设次数，重复测量密封部位漏率。

22、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

23、1、本发明通过氦气两级增压和弯管浸泡液氮的方式进行氦气冷却，两级增压可大幅提高氦气增压效率，弯管浸泡在液氮中，高压氦气在弯管中流通时可实现低温高效换热，最终实现最高40mpa低温氦气的连续供应，且压力可连续调节；

24、2、由于气瓶容积大，储存氦气气压高，气瓶出口通过连接常温截止阀、压力表来控制出口压力，冷氦电磁阀的出口下游安装节流孔板，可有效减小氦气排放速率；因此，试验过程中，冷氦电磁阀入口氦气压力不会因为气瓶排气而显著降低，入口压力精确可控，能够更好的满足冷氦电磁阀试验要求；因此本发明提供的试验方法能够更好的测试冷氦电磁阀的真实性能；

25、3、在单个冷氦电磁阀试验结束后，可通过关闭冷氦电磁阀入口上游低温截止阀，再进行冷氦电磁阀从系统拆除、安装下一个冷氦电磁阀的工作；由于气瓶容积大、试验时氦气排放速率低，一次开机后，能够连续进行多个冷氦电磁阀的低温、高压氦气试验，试验效率高，避免重复充气、加压、冷却所需的等待时间。

1.一种运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，包括：氦气增压供给系统、气瓶、常温截止阀、换热盘管、低温过滤器、低温截止阀以及冷氦电磁阀；

2.根据权利要求1所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，所述氦气增压供给系统包括：氦气瓶组、第一增压泵以及第二增压泵；

3.根据权利要求2所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，所述第一增压泵和所述第二增压泵与配气台连接；利用所述配气台压缩空气气源，驱动所述第一增压泵和所述第二增压泵工作。

4.根据权利要求1所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，所述常温截止阀用于控制所述气瓶出口压力在实验所需压力的范围内。

5.根据权利要求1所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，所述换热盘管，用于利用液氮环境将高压氦气温度冷却至预设值，获得高压低温氦气；

6.根据权利要求5所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，所述高压低温氦气通过所述低温过滤器、所述低温截止阀到达所述冷氦电磁阀；

7.根据权利要求1所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统，其特征在于，在所述冷氦电磁阀的出口处设置节流孔；所述节流孔，用于减少氦气使用量。

8.一种运载火箭冷氦电磁阀的低温试验方法，其特征在于，利用权利要求1至7任意一项权利要求所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验系统实现如下步骤：

9.根据权利要求8所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验方法，其特征在于，所述步骤s1包括：通过控制所述气瓶的减压阀，控制所述冷氦电磁阀入口处的压力为1.5mpa，控制所述冷氦电磁阀打开，计时预设时间后关闭，重复预设次数，吹除所述冷氦电磁阀内常温空气。

10.根据权利要求8所述的运载火箭冷氦电磁阀的低温试验方法，其特征在于，所述方法还包括：保持冷氦电磁阀入口分别通入1.5mpa、3mpa、36.5mpa的低温氦气，电磁阀密封部位通过工装连接橡皮管一端，橡皮管另一端没入酒精中，通过观察单位时间内没入酒精的橡皮管一端冒泡数量测量密封部位漏率；测量结束后再分别在入口压力36.5mpa、1.5mpa下分别动作5次，再重复测量密封部位漏率。