火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法

2023-07-12 00:15:26 1

火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法
【專利摘要】本發明涉及管路振動試驗【技術領域】，具體公開了一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法。該系統中的試驗件上端通過管路上端固定工裝固定在龍門架上，試驗件的下端通過壓力平衡裝置中的振動工裝與振動臺相連接，且壓力平衡裝置還連接有力和位移監測系統，試驗件與測量及數據採集系統和控制系統連接，並在管路上端固定工裝上連接有注水加壓系統，用以對試驗件進行充液、充氣試驗。該壓力平衡系統及方法可以平衡由於壓力作用造成的管路變形，特別是由于波紋管的可變形性造成的較大變形，保證管路各端面位於產品要求初始位置；同時可以確保振動加載方向的自由度，最大限度減小對設備推力的影響。
【專利說明】火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於管路振動試驗【技術領域】，具體涉及一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法。

【背景技術】
[0002]火箭輸送管路振動試驗需要在充液(水或模擬燃料的液體)加壓的條件下進行。目前，管路試驗多採用軸線水平放置的方法，管路兩端或多端通過工裝連接於固定基礎或滑臺後進行充液加壓，利用工裝限制管路壓力造成的變形，之後在所需部位連接振動臺進行試驗。該方法由於忽略了實際安裝狀態下重力和流體動特性的影響，一般適用於管路系統內無液體和充滿液體的狀態下加壓的情況。
[0003]實際工作中火箭輸送管路主要處於近似豎直的安裝位置，且管路內部可能處於液體非充滿的帶壓狀態。考慮到重力和流體動特性的影響，為了獲得更為真實狀態下的振動試驗結果，需要對火箭輸送管路系統採取與箭上狀態一致的近似豎直安裝狀態，將管路上端固支，在下端施加振動。
[0004]由於在充液加壓的過程中管路會產生變形，若將管路下端固定於滑臺或靜壓軸承來控制變形，則該試驗系統僅適用於管路的橫向振動試驗，而且存在損失振動臺推力等問題。


【發明內容】

[0005]本發明的目的在於提供一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法，可以解決現有火箭輸送管路充液加壓過程所產生的變形恢復問題，並保證振動臺動圈不承受過大靜載，保護設備安全並使試驗量級能夠滿足要求。
[0006]本發明的技術方案如下:一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，該系統包括振動工裝、懸吊裝置、力和位移監測系統以及注水加壓系統，其中，試驗件上端通過管路上端固定工裝固定在龍門架上，試驗件的下端通過壓力平衡裝置中的振動工裝與振動臺相連接，且壓力平衡裝置還連接有力和位移監測系統，試驗件與測量及數據採集系統和控制系統連接，並在管路上端固定工裝上連接有注水加壓系統，用以對試驗件進行充液、充氣試驗。
[0007]所述的壓力平衡裝置包括振動工裝、懸吊裝置和限位保護裝置，振動工裝上端面與試驗件相連接，下端面和兩個相互垂直的側面通過轉接工裝與振動臺相連，其中，轉接工裝通過包含垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置的懸吊裝置固定，在與振動工裝上端面垂直的方向上對稱布置四組垂直懸吊裝置，在試驗件充液加壓過程中管路橫向變形的相反方向布置相應的橫向懸吊裝置組。
[0008]所述的垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置由多組橡皮繩組和吊葫蘆構成，且垂直方向的吊葫蘆固定在龍門架上，橫向懸吊裝置組中的吊葫蘆與固定於地面的基礎相連。
[0009]所述的每組橡皮繩組和吊葫蘆之間串聯有力傳感器。
[0010]該系統還包括限位保護裝置，限位保護裝置固定在地面上，其上端的導向杆穿過振動工裝上的限位孔，在試驗前充液加壓，試驗後洩壓及相應的平衡位置調節過程中起限位保護作用，其中，限位保護裝置可容許試驗件下端面具有一定的活動範圍，且該活動範圍不大於最大允許位移範圍。
[0011]所述的轉接工裝下端面及側面固定於地面的基礎上安裝有位移傳感器，用於實時測量轉接工裝相對於初始平衡位置的位移。
[0012]一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，該方法具體包括如下步驟:
[0013]步驟1、根據試驗件具體要求，建立振動試驗壓力平衡系統；
[0014]根據任務和試驗件要求選擇合適的龍門架、管路上端固定工裝、振動工裝以及限位保護裝置，並確定懸吊裝置固定端和試驗件下端振動工裝的相對位置；
[0015]根據試驗件產品重量、充液重量以及加壓最大壓強，選取合適的吊葫蘆、橡皮繩組以及力傳感器；
[0016]搭建龍門架，安裝管路上端固定工裝，將試驗件管路上端固定在管路上端固定工裝上，並將平衡懸吊裝置安裝在橫梁上；將振動工裝連接到平衡懸吊裝置上，通過調節平衡懸吊裝置，使得振動工裝可以與試驗件下端連接，並將記錄試驗件下端的初始位置，作為零位；
[0017]步驟2、根據試驗件的試驗方向，進行振動試驗壓力平衡系統中振動臺定位及限位保護，並連接採集系統及振動控制系統；
[0018]步驟3、利用注水加壓系統對試驗件進行分級充液及加壓試驗，並通過懸吊裝置平衡分級充液及加壓過程中試驗件下端面的位置後，進行試驗件的振動試驗；
[0019]步驟4、完成試驗件一個方向試驗後，對試驗件進行分級洩壓及排淨試驗件管路內液體；
[0020]步驟5、完成試驗件全部方向的試驗；
[0021 ] 重複步驟2?4的過程，完成試驗件全部方向的試驗，且在各方向充液量相同的情況下，可不進行排出管路內液體的步驟，但必須進行洩除氣壓的過程。
[0022]所述的步驟3具體包括如下步驟:
[0023]將試驗件初始位置調整後振動工裝的初始位置作為位移傳感器示值的零位，記錄懸吊裝置中各個力傳感器的初值，並根據試驗要求，設定振動工裝各端面方向所容許的最大位移；
[0024]利用注水加壓系統進行液體量分級充液，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級充液量內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級充液；若位移超過容許最大位移，暫停充液，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續充液，如此反覆至充液完成，其中，每級充液量可根據前一級充液過程中的位移變化情況而適當調節；
[0025]利用注水加壓系統進行分級加壓，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級壓強內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級加壓；若位移超過容許最大位移，暫停加壓，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續加壓，如此反覆至加壓完成，其中，每級壓強可根據前一級加壓過程中的位移變化情況而適當調節；
[0026]檢查振動臺穿入螺釘及限位保護裝置的受力情況，並確保試驗件下端面的初始位置，將振動工裝與振動臺連接，脫開限位保護裝置，並開始振動試驗。
[0027]所述的步驟4具體包括如下步驟:
[0028]完成一個方向試驗後，連接限位保護裝置，以加壓過程中記錄的各級力傳感器數值為參考，按照與加壓相反順序分級洩壓至O。將振動工裝與振動臺脫離。如試驗件管路排液過程液量可控，則按照充液過程相反順序排淨管路內液體；若排液量不可控，則拆除位移傳感器，將振動工裝連接於一固定基礎，卸除懸吊系統拉力，拆除加速度傳感器，排淨管路內液體。
[0029]所述的步驟2具體包括如下步驟:
[0030]將振動臺上用於連接振動工裝的安裝孔調整與振動工裝上的安裝孔對正，並利用若干螺釘定位，同時，將振動工裝與限位保護裝置相連；
[0031]在試驗件上安裝加速度測點和應變測試，在振動工裝下方固定基礎上安裝位移傳感器，來測量振動工裝下端面及側面相對初始位置的位移，並連接數據採集系統和振動控制系統。
[0032]本發明的顯著效果在於:本發明所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統及方法，該壓力平衡系統及方法可以平衡由於壓力作用造成的管路變形，特別是由于波紋管的可變形性造成的較大變形，保證管路各端面位於產品要求初始位置；同時可以確保振動加載方向的自由度，最大限度減小對設備推力的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發明所示的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統示意圖；
[0034]圖2為圖1中壓力平衡裝置結構示意圖；
[0035]圖中:1、龍門架；2、管路上端固定工裝；3、振動工裝；4、懸吊裝置；5、限位保護裝置；6、測量及數據採集系統；7、控制系統；8、力和位移監測系統；9、注水加壓系統；10、振動臺；11、試驗件；12、橡皮繩組；13、吊葫蘆；14、力傳感器；15、位移傳感器。

【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0037]如圖1、圖2所示，一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，包括振動工裝
3、懸吊裝置4、力和位移監測系統8以及注水加壓系統9，其中，試驗件11上端通過管路上端固定工裝2固定在龍門架I上，試驗件11的下端通過壓力平衡裝置中的振動工裝3與振動臺10相連接，且壓力平衡裝置還連接有力和位移監測系統8，試驗件11與測量及數據採集系統6和控制系統7連接，並在管路上端固定工裝2上連接有注水加壓系統9，用以對試驗件11進行充液、充氣試驗，其中，壓力平衡裝置包括振動工裝3、懸吊裝置4和限位保護裝置5，振動工裝3上端面與試驗件11相連接，下端面和兩個相互垂直的側面通過轉接工裝與振動臺10相連，其中，轉接工裝通過包含垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置的懸吊裝置4固定，在與振動工裝3上端面垂直的方向上對稱布置四組垂直懸吊裝置，在試驗件11充液加壓過程中管路橫向變形的相反方向布置相應的橫向懸吊裝置組，其中，垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置由多組橡皮繩組12和吊葫蘆13構成，並在每組橡皮繩組12和吊葫蘆13之間串聯有力傳感器14，且垂直方向的吊葫蘆13固定在龍門架I上，橫向懸吊裝置組中的吊葫蘆13與固定於地面的基礎相連；在地面上固定有限位保護裝置5，且限位保護裝置5上端的導向杆穿過振動工裝上的限位孔，在試驗前充液加壓，試驗後洩壓及相應的平衡位置調節過程中起限位保護作用，其中，限位保護裝置5可容許試驗件11下端面具有一定的活動範圍，且該活動範圍不大於最大允許位移範圍。在轉接工裝下端面及側面固定於地面的基礎上安裝有位移傳感器15，用於實時測量轉接工裝相對於初始平衡位置的位移。
[0038]一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，該方法具體包括如下步驟:
[0039]步驟1、根據試驗件具體要求，建立振動試驗壓力平衡系統；
[0040]根據任務和試驗件要求選擇合適的龍門架、管路上端固定工裝、振動工裝以及限位保護裝置，並確定懸吊裝置固定端和試驗件下端振動工裝的相對位置；
[0041]根據試驗件產品重量、充液重量以及加壓最大壓強，選取合適的吊葫蘆、橡皮繩組以及力傳感器；
[0042]搭建龍門架，安裝管路上端固定工裝，將試驗件管路上端固定在管路上端固定工裝上，並將平衡懸吊裝置安裝在橫梁上；將振動工裝連接到平衡懸吊裝置上，通過調節平衡懸吊裝置，使得振動工裝可以與試驗件下端連接，並將記錄試驗件下端的初始位置，作為零位；
[0043]步驟2、根據試驗件的試驗方向，進行振動試驗壓力平衡系統中振動臺定位及限位保護，並連接採集系統及振動控制系統；
[0044]將振動臺上用於連接振動工裝的安裝孔調整與振動工裝上的安裝孔對正，並利用若干螺釘定位，同時，將振動工裝與限位保護裝置相連；
[0045]在試驗件上安裝加速度測點和應變測試，在振動工裝下方固定基礎上安裝位移傳感器，來測量振動工裝下端面及側面相對初始位置的位移，並連接數據採集系統和振動控制系統。
[0046]步驟3、利用注水加壓系統對試驗件進行分級充液及加壓試驗，並通過懸吊裝置平衡分級充液及加壓過程中試驗件下端面的位置後，進行試驗件的振動試驗
[0047]將試驗件初始位置調整後振動工裝的初始位置作為位移傳感器示值的零位，記錄懸吊裝置中各個力傳感器的初值，並根據試驗要求，設定振動工裝各端面方向所容許的最大位移；
[0048]利用注水加壓系統進行液體量分級充液，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級充液量內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級充液；若位移超過容許最大位移，暫停充液，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續充液，如此反覆至充液完成，其中，每級充液量可根據前一級充液過程中的位移變化情況而適當調節；
[0049]利用注水加壓系統進行分級加壓，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級壓強內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級加壓；若位移超過容許最大位移，暫停加壓，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續加壓，如此反覆至加壓完成，其中，每級壓強可根據前一級加壓過程中的位移變化情況而適當調節；
[0050]檢查振動臺穿入螺釘及限位保護裝置的受力情況，並確保試驗件下端面的初始位置，將振動工裝與振動臺連接，脫開限位保護裝置，並開始振動試驗；
[0051 ] 步驟4、完成試驗件一個方向試驗後，對試驗件進行分級洩壓及排淨試驗件管路內液體
[0052]完成一個方向試驗後，連接限位保護裝置，以加壓過程中記錄的各級力傳感器數值為參考，按照與加壓相反順序分級洩壓至O。將振動工裝與振動臺脫離。如試驗件管路排液過程液量可控，則按照充液過程相反順序排淨管路內液體；若排液量不可控，則拆除位移傳感器，將振動工裝連接於一固定基礎，卸除懸吊系統拉力，拆除加速度傳感器，排淨管路內液體。
[0053]步驟5、完成試驗件全部方向的試驗
[0054]重複步驟2?4的過程，完成試驗件全部方向的試驗，且在各方向充液量相同的情況下，可不進行排出管路內液體的步驟，但必須進行洩除氣壓的過程。
【權利要求】
1.一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:該系統包括振動工裝(3)、懸吊裝置(4)、力和位移監測系統(8)以及注水加壓系統(9)，其中，試驗件(11)上端通過管路上端固定工裝(2)固定在龍門架(I)上，試驗件(11)的下端通過壓力平衡裝置中的振動工裝(3)與振動臺(10)相連接，且壓力平衡裝置還連接有力和位移監測系統(8)，試驗件(11)與測量及數據採集系統(6)和控制系統(7)連接，並在管路上端固定工裝(2)上連接有注水加壓系統(9 )，用以對試驗件(11)進行充液、充氣試驗。
2.根據權利要求1所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:所述的壓力平衡裝置包括振動工裝(3)、懸吊裝置(4)和限位保護裝置(5)，振動工裝(3)上端面與試驗件(11)相連接，下端面和兩個相互垂直的側面通過轉接工裝與振動臺(10)相連，其中，轉接工裝通過包含垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置的懸吊裝置(4)固定，在與振動工裝(3)上端面垂直的方向上對稱布置四組垂直懸吊裝置，在試驗件(11)充液加壓過程中管路橫向變形的相反方向布置相應的橫向懸吊裝置組。
3.根據權利要求2所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:所述的垂直懸吊裝置和橫向懸吊裝置由多組橡皮繩組(12)和吊葫蘆(13)構成，且垂直方向的吊葫蘆(13)固定在龍門架(I)上，橫向懸吊裝置組中的吊葫蘆(13)與固定於地面的基礎相連。
4.根據權利要求3所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:所述的每組橡皮繩組(12)和吊葫蘆(13)之間串聯有力傳感器(14)。
5.根據權利要求1所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:該系統還包括限位保護裝置(5)，限位保護裝置(5)固定在地面上，其上端的導向杆穿過振動工裝上的限位孔，在試驗前充液加壓，試驗後洩壓及相應的平衡位置調節過程中起限位保護作用，其中，限位保護裝置(5)可容許試驗件(11)下端面具有一定的活動範圍，且該活動範圍不大於最大允許位移範圍。
6.根據權利要求2所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡系統，其特徵在於:所述的轉接工裝下端面及側面固定於地面的基礎上安裝有位移傳感器(15)，用於實時測量轉接工裝相對於初始平衡位置的位移。
7.一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，其特徵在於:該方法具體包括如下步驟: 步驟1、根據試驗件具體要求，建立振動試驗壓力平衡系統； 根據任務和試驗件要求選擇合適的龍門架、管路上端固定工裝、振動工裝以及限位保護裝置，並確定懸吊裝置固定端和試驗件下端振動工裝的相對位置； 根據試驗件產品重量、充液重量以及加壓最大壓強，選取合適的吊葫蘆、橡皮繩組以及力傳感器； 搭建龍門架，安裝管路上端固定工裝，將試驗件管路上端固定在管路上端固定工裝上，並將平衡懸吊裝置安裝在橫梁上；將振動工裝連接到平衡懸吊裝置上，通過調節平衡懸吊裝置，使得振動工裝可以與試驗件下端連接，並將記錄試驗件下端的初始位置，作為零位； 步驟2、根據試驗件的試驗方向，進行振動試驗壓力平衡系統中振動臺定位及限位保護，並連接採集系統及振動控制系統； 步驟3、利用注水加壓系統對試驗件進行分級充液及加壓試驗，並通過懸吊裝置平衡分級充液及加壓過程中試驗件下端面的位置後，進行試驗件的振動試驗； 步驟4、完成試驗件一個方向試驗後，對試驗件進行分級洩壓及排淨試驗件管路內液體； 步驟5、完成試驗件全部方向的試驗； 重複步驟2?4的過程，完成試驗件全部方向的試驗，且在各方向充液量相同的情況下，可不進行排出管路內液體的步驟，但必須進行洩除氣壓的過程。
8.根據權利要求7所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，其特徵在於:所述的步驟3具體包括如下步驟: 將試驗件初始位置調整後振動工裝的初始位置作為位移傳感器示值的零位，記錄懸吊裝置中各個力傳感器的初值，並根據試驗要求，設定振動工裝各端面方向所容許的最大位移； 利用注水加壓系統進行液體量分級充液，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級充液量內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級充液；若位移超過容許最大位移，暫停充液，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續充液，如此反覆至充液完成，其中，每級充液量可根據前一級充液過程中的位移變化情況而適當調節； 利用注水加壓系統進行分級加壓，並檢測位移傳感器的測量值，若在該級壓強內位移未超過容許最大位移，則繼續進行下一級加壓；若位移超過容許最大位移，暫停加壓，並通過調整懸吊裝置中的橡皮繩牽拉調整試驗件下端面至容許最大位移範圍內，同時，記錄懸吊裝置中不同方向各個力傳感器的數值；調節完成後繼續加壓，如此反覆至加壓完成，其中，每級壓強可根據前一級加壓過程中的位移變化情況而適當調節； 檢查振動臺穿入螺釘及限位保護裝置的受力情況，並確保試驗件下端面的初始位置，將振動工裝與振動臺連接，脫開限位保護裝置，並開始振動試驗。
9.根據權利要求7所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，其特徵在於:所述的步驟4具體包括如下步驟: 完成一個方向試驗後，連接限位保護裝置，以加壓過程中記錄的各級力傳感器數值為參考，按照與加壓相反順序分級洩壓至O。將振動工裝與振動臺脫離。如試驗件管路排液過程液量可控，則按照充液過程相反順序排淨管路內液體；若排液量不可控，則拆除位移傳感器，將振動工裝連接於一固定基礎，卸除懸吊系統拉力，拆除加速度傳感器，排淨管路內液體。
10.根據權利要求7所述的一種火箭輸送管路系統振動試驗壓力平衡方法，其特徵在於:所述的步驟2具體包括如下步驟: 將振動臺上用於連接振動工裝的安裝孔調整與振動工裝上的安裝孔對正，並利用若干螺釘定位，同時，將振動工裝與限位保護裝置相連； 在試驗件上安裝加速度測點和應變測試，在振動工裝下方固定基礎上安裝位移傳感器，來測量振動工裝下端面及側面相對初始位置的位移，並連接數據採集系統和振動控制系統。
【文檔編號】G01M7/06GK104236836SQ201310228296
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月8日 優先權日:2013年6月8日
【發明者】胡亞冰, 丁富海, 蘇華昌, 丁鎮軍, 張鵬飛, 付瑋, 劉文會 申請人:北京強度環境研究所, 中國運載火箭技術研究院