一種用于直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺的液氧供給系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲速燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺的 液氧供給系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了能夠在地面進行高超聲速飛行器的實驗模擬研究，需要建立一套高超聲速飛 行器的實驗設(shè)備，該設(shè)備能夠為高超聲速飛行器或者超燃沖壓發(fā)動機提供模擬飛行狀態(tài)中 的總焓、馬赫數(shù)以及組分相似的空氣流場。高超聲速飛行器在高空的飛行中，空氣來流具有 高焓、高馬赫數(shù)、高壓等特點，其馬赫數(shù)通常在6以上，總溫可達1800K。目前針對高超聲速 飛行的超燃沖壓發(fā)動機的研究實驗平臺主要自由射流實驗系統(tǒng)與直聯(lián)式超聲速燃燒實驗 系統(tǒng)，二者都需要提供一個能夠模擬高焓、高壓、高馬赫數(shù)的組分類似的空氣來流。其中，高 馬赫數(shù)的氣流可通過超聲速噴管將氣流加速獲得，高焓氣流需要對空氣進行加熱。常見的 空氣加熱方法有電阻電熱、電弧加熱、燃燒加熱、激波加熱與蓄熱式加熱等。在這些加熱方 式中，激波加熱的實驗時間非常短。電阻加熱能夠連續(xù)加熱，得到純凈空氣，但是加熱溫度 較低，通常在1000K以下。電弧加熱受限制于加熱功率而無法獲得高溫、大流量的空氣。蓄 熱式加熱能夠獲得純凈空氣但是的溫度較低且無法持續(xù)加熱。燃燒加熱的方法常見的有氫 氣燃燒、酒精燃燒等。目前，中科院力學所擁有多套成熟的氫氣和氧氣燃燒加熱空氣的直聯(lián) 式超聲速燃燒實驗臺。
[0003] 鑒于目前實驗需求，我們需要開展長時間的超聲速燃燒實驗，為此我們需要大量 的氫氣和氧氣進行燃燒來持續(xù)對空氣加熱。但是，由于氧氣密度很小，并且通常氧氣用鋼瓶 存儲，通過計算發(fā)現(xiàn)一次長時間實驗需要準備的氧氣鋼瓶數(shù)量約為200瓶，如此巨大的數(shù) 目對于氧氣的存儲、運輸和使用都帶來很大的不便。并且高壓氧氣在快速流動過程中與管 道摩擦生熱，容易對閥門等關(guān)鍵零件造成氧化甚至燃燒，在類似的大型超聲速燃燒實驗設(shè) 備上發(fā)生過多次高壓氧氣燒毀輸運管道和控制閥門的事故。考慮到以上原因，我們考慮采 用液氧來替代氧氣。為了將直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺加熱系統(tǒng)使用的氧氣替換成液氧，我 們專門研發(fā)了一套液氧供給系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是要解決氫氣和氧氣燃燒加熱空氣的直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺長 時間使用時，氧氣的存儲、運輸和使用問題，以及高壓氧氣容易發(fā)生燒毀輸運管道和控制閥 門的事故問題。
[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺的液氧供給系 統(tǒng)，包括：
[0006] 液氧儲罐、低溫液體泵、閥門與管路配件和控制系統(tǒng)；
[0007] 所述液氧儲罐設(shè)有進液口、出液口、氣相口、回流口、放空口和排污口，還配有用來 監(jiān)測罐內(nèi)液氧的狀態(tài)并保證安全的安全閥、液位計、壓力表和溫度表；
[0008] 所述低溫液體泵連接所述液氧儲罐的出液口；
[0009] 所述閥門與管路配件包括排放回路和實驗回路二個回路；排放回路包括串聯(lián)的第 一閥門和第三閥門，所述第一閥門為截止閥，用于打開或者關(guān)閉液氧排放通道；所述第三閥 門為壓力調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)整它的關(guān)閉度來改變壓力；實驗回路包括第二閥門，所述第二閥門 為截止閥，用于控制打開或者關(guān)閉。
[0010] 進一步，所述控制系統(tǒng)包括PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場就地操作界面和上位機集中控制 系統(tǒng)、質(zhì)量流量儀；所述PLC控制系統(tǒng)分別電連接所述低溫液體泵、第一閥門、第二閥門、第 三閥門、質(zhì)量流量儀、現(xiàn)場就地操作界面、上位機集中控制系統(tǒng)；所述質(zhì)量流量儀位于低溫 液體泵和第一閥門、第二閥門之間的管路上。
[0011] 進一步，所述低溫液體泵為二個，相互并聯(lián)。
[0012] 進一步，所述低溫液體泵為柱塞泵，流量范圍分別為：250?620g/s和620? 1200g/s。
[0013] 進一步，所有的管路外面依次包裹有一層用于隔熱的發(fā)泡劑和一層用于防止輻射 散熱還能起到保護作用的白鐵皮。
[0014] 進一步，所述發(fā)泡劑厚度為10cm，所述白鐵皮厚度為0. 1mm。
[0015] 進一步，所述控制系統(tǒng)分為由控制系統(tǒng)單獨完成操作的就地控制模式和由上位機 或DCS進行操作的遠程控制模式；
[0016] 所述PLC控制系統(tǒng)將向上位機發(fā)送來自于現(xiàn)場收集的各類信號及雙通道的數(shù)據(jù) 傳輸，信號分為無源觸點信號及M0DBUS-RTU信號，MODBUS協(xié)議的傳輸采用RS-485二線制 物理接口進行，可直接通過PLC模塊進行數(shù)據(jù)的采集和交換。
[0017] 進一步，所述PLC的輸入信號包括：第二閥門的運行給定、流量范圍運行上限給 定、流量范圍運行下限給定、泵出口壓力上限給定、泵出口壓力下限給定、泵出口壓力超高 報警值；
[0018] 所述PLC的輸出信號包括：第一閥門的現(xiàn)場運行狀態(tài)、第二閥門的現(xiàn)場運行狀態(tài)、 第三閥門的現(xiàn)場運行狀態(tài)、質(zhì)量流量儀瞬時參數(shù)、第三閥門的開啟度狀態(tài)、泵總出口壓力數(shù) 值、泵超壓力報警停機；
[0019] 泵的出口壓力上下限給定值與第三閥門的開啟度狀態(tài)為反線性關(guān)系，即越接近下 限給定值時第三閥門的開啟角度就越大；越接近上限給定值時第三閥門的開啟角度就越 小，直至關(guān)閉。
[0020] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果：
[0021] 通過液氧代替氧氣，能夠解決氫氣和氧氣燃燒加熱空氣的直聯(lián)式超聲速燃燒實驗 臺長時間使用時，氧氣的存儲、運輸和使用問題，以及高壓氧氣容易發(fā)生燒毀輸運管道和控 制閥門的事故問題。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的液氧供給系統(tǒng)示意圖。 圖2為實驗測量液氧流量與電壓關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0023] 下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的 情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0024] 實施例一：
[0025] 本發(fā)明提供了如附圖1所示的一種用于直聯(lián)式超聲速燃燒實驗臺的液氧供給系 統(tǒng)，包括：
[0026] 液氧儲罐1、低溫液體泵2、閥門與管路配件和控制系統(tǒng)；
[0027] 液氧儲罐1設(shè)有進液口、出液口、氣相口、回流口、放空口和排污口，還配有用來監(jiān) 測罐內(nèi)液氧的狀態(tài)并保證安全的安全閥、液位計、壓力表和溫度表；液氧儲罐容積為5m 3。
[0028] 低溫液體泵2連接液氧儲罐1的出液口；低溫液體泵選用的是杭州臺連氣體設(shè)備 有限公司生產(chǎn)的柱塞泵，綜合考慮實驗時液氧流量和液氧泵的工作范圍我們配備了兩