[发明专利]一种用于直联式超声速燃烧实验台的液氧供给系统

说明书

技术领域

本发明属于超声速燃烧技术领域，具体涉及一种用于直联式超声速燃烧实验台的液氧供给系统。

背景技术

为了能够在地面进行高超声速飞行器的实验模拟研究，需要建立一套高超声速飞行器的实验设备，该设备能够为高超声速飞行器或者超燃冲压发动机提供模拟飞行状态中的总焓、马赫数以及组分相似的空气流场。高超声速飞行器在高空的飞行中，空气来流具有高焓、高马赫数、高压等特点，其马赫数通常在6以上，总温可达1800K。目前针对高超声速飞行的超燃冲压发动机的研究实验平台主要自由射流实验系统与直联式超声速燃烧实验系统，二者都需要提供一个能够模拟高焓、高压、高马赫数的组分类似的空气来流。其中，高马赫数的气流可通过超声速喷管将气流加速获得，高焓气流需要对空气进行加热。常见的空气加热方法有电阻电热、电弧加热、燃烧加热、激波加热与蓄热式加热等。在这些加热方式中，激波加热的实验时间非常短。电阻加热能够连续加热，得到纯净空气，但是加热温度较低，通常在1000K以下。电弧加热受限制于加热功率而无法获得高温、大流量的空气。蓄热式加热能够获得纯净空气但是的温度较低且无法持续加热。燃烧加热的方法常见的有氢气燃烧、酒精燃烧等。目前，中科院力学所拥有多套成熟的氢气和氧气燃烧加热空气的直联式超声速燃烧实验台。

鉴于目前实验需求，我们需要开展长时间的超声速燃烧实验，为此我们需要大量的氢气和氧气进行燃烧来持续对空气加热。但是，由于氧气密度很小，并且通常氧气用钢瓶存储，通过计算发现一次长时间实验需要准备的氧气钢瓶数量约为200瓶，如此巨大的数目对于氧气的存储、运输和使用都带来很大的不便。并且高压氧气在快速流动过程中与管道摩擦生热，容易对阀 门等关键零件造成氧化甚至燃烧，在类似的大型超声速燃烧实验设备上发生过多次高压氧气烧毁输运管道和控制阀门的事故。考虑到以上原因，我们考虑采用液氧来替代氧气。为了将直联式超声速燃烧实验台加热系统使用的氧气替换成液氧，我们专门研发了一套液氧供给系统。

发明内容

本发明的目的是要解决氢气和氧气燃烧加热空气的直联式超声速燃烧实验台长时间使用时，氧气的存储、运输和使用问题，以及高压氧气容易发生烧毁输运管道和控制阀门的事故问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于直联式超声速燃烧实验台的液氧供给系统，包括：

液氧储罐、低温液体泵、阀门与管路配件和控制系统；

所述液氧储罐设有进液口、出液口、气相口、回流口、放空口和排污口，还配有用来监测罐内液氧的状态并保证安全的安全阀、液位计、压力表和温度表；

所述低温液体泵连接所述液氧储罐的出液口；

所述阀门与管路配件包括排放回路和实验回路二个回路；排放回路包括串联的第一阀门和第三阀门，所述第一阀门为截止阀，用于打开或者关闭液氧排放通道；所述第三阀门为压力调节阀，通过调整它的关闭度来改变压力；实验回路包括第二阀门，所述第二阀门为截止阀，用于控制打开或者关闭。

进一步，所述控制系统包括PLC控制系统、现场就地操作界面和上位机集中控制系统、质量流量仪；所述PLC控制系统分别电连接所述低温液体泵、第一阀门、第二阀门、第三阀门、质量流量仪、现场就地操作界面、上位机集中控制系统；所述质量流量仪位于低温液体泵和第一阀门、第二阀门之间的管路上。

进一步，所述低温液体泵为二个，相互并联。

进一步，所述低温液体泵为柱塞泵，流量范围分别为：250～620g/s和620～1200g/s。

进一步，所有的管路外面依次包裹有一层用于隔热的发泡剂和一层用于防止辐射散热还能起到保护作用的白铁皮。

进一步，所述发泡剂厚度为10cm，所述白铁皮厚度为0.1mm。

进一步，所述控制系统分为由控制系统单独完成操作的就地控制模式和由上位机或DCS进行操作的远程控制模式；

所述PLC控制系统将向上位机发送来自于现场收集的各类信号及双通道的数据传输，信号分为无源触点信号及MODBUS-RTU信号，MODBUS协议的传输采用RS-485二线制物理接口进行，可直接通过PLC模块进行数据的采集和交换。

进一步，所述PLC的输入信号包括：第二阀门的运行给定、流量范围运行上限给定、流量范围运行下限给定、泵出口压力上限给定、泵出口压力下限给定、泵出口压力超高报警值；

所述PLC的输出信号包括：第一阀门的现场运行状态、第二阀门的现场运行状态、第三阀门的现场运行状态、质量流量仪瞬时参数、第三阀门的开启度状态、泵总出口压力数值、泵超压力报警停机；