[发明专利]一种压力气源系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力气源系统，特别是一种能够同时提供大流量连续压缩空气和大容量充气用高压氮气的压力气源系统，属于气浮重力卸载仿真试验领域。

背景技术

为了在地面上仿真航天器在空间中的失重和无摩擦状态，地面仿真试验中使用气浮设备模拟航天器的动力学。轨道近距离交会对接全物理仿真使用两台六自由度气浮台模拟超近距离交会对接6自由度相对运动动力学特性；每台六自由度气浮台下有一个自动调节上表面水平的二次平台为其提供倾斜小于2角秒的水平运动平面，二次平台气浮在大型花岗石平台上并自动跟随六自由度气浮台运动。试验系统示意见附图1。二次平台为了气浮和对六自由度气浮台(每个总重2～3吨)进行重力卸载需要通过拖曳的气管获得大流量的连续1MPa压缩空气供应。六自由度气浮台在试验过程中不能拖曳气管，同时为了节省容积满足连续试验时间要求，必须将压力超过20MPa的气源气体充装到气浮台上的储气瓶组中；为此气源系统需要将气体增压到30MPa储存在总容积1m³的储气罐组中，每次试验开始前从储气罐组中向气浮台上气瓶组中充入总量200m³(标准大气压下)的高压气体。

现有的用于航天器气浮试验的气源系统，1～2MPa连续压缩气源使用空压机将环境空气压缩获得；高压充气气源使用14MPa普氮气瓶(容积40升)通过增压装置增压到30MPa储存在储气瓶组中，针对交会对接试验，上下午各做一次气浮试验，一次试验30分钟，一天需要使用100瓶氮气，更换气瓶工作量非常大，气瓶占用存储空间大，并且因为必须连续大量外购普氮气体，所以难以保证氮气源的稳定供应，影响系统的长期稳定运行能力。石油化工等行业有将环境空气通过多级增压到30MPa和更高压力作为高压气源的例子，但是高压下油、水、以及氧气会与高压储气瓶(罐)体的碳钢反应产生应力化学腐蚀，有在压力作用下储气罐爆裂，发生非常严重安全事故的风险。现有的气源系统需要操作人员到气源间进行操作和检查巡视，气源间内有高压储气瓶(罐)组、压力容器、压力管路、空压机等危险源，出现问题可造成严重的人员伤亡事故。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种压力气源系统，该压力气源系统将环境空气压缩作为压缩空气气源，使用制氮机将环境空气中的氮气分离出来作为氮气源，再使用氮气增压模块将氮气源增压到30MPa存储到氮气储罐组作为充气用高压氮气源，能同时提供大流量连续压缩空气和大容量充气用高压氮气；系统中提供基础压力气源的第一空压机和第二空压机互为备份，提高系统的鲁棒性，系统能够长期稳定运行满足连续试验的要求；采用冗余安全设计，最大程度上排除系统中的危险因素，保证人员和设备安全。

本发明的技术解决方案是：一种压力气源系统，包括：远程监控模块、第一空压机、第二空压机、第一空气储罐、第二空气储罐、第三空气储罐、第一空气后处理模块、第二空气后处理模块、第三空气后处理模块、压缩空气含油量检测仪、制氮机、氧气浓度检测仪、空气增压模块、氮气增压模块、氮气储罐组和环境氧气浓度监测仪；

第一空压机将环境空气压缩后输入到第一空气储罐，第一空气储罐滤除空压机的压力波动后输出给第一空气后处理模块，第一空气后处理模块对压缩空气进行干燥、滤除杂质微粒并经过压缩空气含油量检测仪后将压缩空气分成两路，一路输出给制氮机，一路输出给氮气增压模块作为驱动气源，压缩空气含油量检测仪实时检测压缩空气中的含油量并将检测结果上传至远程监控模块；

制氮机将输入压缩空气中的氧气去除生成氮气；氮气经过氧气浓度检测仪后进入氮气增压模块，氮气增压模块在第一空气后处理模块输出的压缩空气的驱动下将输入的氮气增压后储存在氮气储罐组中，氮气储罐组通过高压管路与实验室内的高压充气控制台连接，为试验设备充气，氧气浓度检测仪实时检测氮气中的氧气浓度并将检测结果上传至远程监控模块；

第二空压机将环境空气压缩，生成的压缩空气经过第二空气储罐和第二空气后处理模块后输出，或通过空气增压模块增压后进入第三空气储罐，再经过第三空气后处理模块输出；

第一空压机和第二空压机通过一条带截止阀的压力管路连接，第一空压机和第二空压机互为备份；

环境氧气浓度监测仪实时监测气源间环境中的氧气浓度并将气源间环境氧气浓度数据上传至远程监控模块；