本發(fā)明涉及一種增壓系統(tǒng)，用于火箭發(fā)動機(jī)試驗(yàn)或動力試驗(yàn)使用，屬于運(yùn)載火箭地面工程應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氫氧發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺低溫貯箱壓力直接決定了發(fā)動機(jī)燃料或氧化劑泵前壓力是否滿足高轉(zhuǎn)速低溫泵的工作要求。自動增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要滿足較高的控制精度，又要保箱壓在短時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。氫氧發(fā)動機(jī)試驗(yàn)按照發(fā)動機(jī)工作流程分為程序預(yù)冷段、起動段、主級工作段。程序預(yù)冷段一般流量較小，需要根據(jù)系統(tǒng)溫度下降的情況人工判斷所需要的箱壓力；起動段由于發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑流量快速爬升，要求儲箱壓力具備快速響應(yīng)能力；主級工作段推進(jìn)劑伴隨發(fā)動機(jī)工況調(diào)節(jié)流量發(fā)生小幅度的多周期變化，要求泵前壓力保持穩(wěn)定，因此貯箱壓力必須具備自動閉環(huán)控制能力。

現(xiàn)有試驗(yàn)臺介質(zhì)貯箱增壓模式主要有以下幾種：

(1)人工手動增壓方式，無遠(yuǎn)程控制；

(2)減壓器增壓方式，單元遠(yuǎn)程控制；

(3)PID薄膜調(diào)節(jié)閥增壓方式，PID程序控制；

(4)電磁閥增壓方式，遠(yuǎn)程比較方式開關(guān)控制。

從增壓方式上，人工手動增壓優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)箱壓的大范圍調(diào)節(jié)，比較適應(yīng)于短程變工況試驗(yàn)，缺點(diǎn)是動態(tài)特性差，增壓精度差。對于減壓器增壓方式，優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)長時間平穩(wěn)增壓，較適用于發(fā)動機(jī)長程試驗(yàn)，缺點(diǎn)是啟動特性差，箱壓隨機(jī)誤差散布大，調(diào)節(jié)性能差。對于PID薄膜調(diào)節(jié)閥增壓方式，優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)大流量長時間穩(wěn)定增壓，比較適宜于大推力發(fā)動機(jī)長程試驗(yàn)，缺點(diǎn)是動態(tài)特性差，不能適應(yīng)發(fā)動機(jī)變工況試驗(yàn)；電磁閥系統(tǒng)成本低，響應(yīng)快，但可控性較差，易超調(diào)。

從控制方式上，PID控制和比較方式開關(guān)控制雖然廣泛采用，其中PID控制配合薄膜調(diào)節(jié)閥控制精度高，但動態(tài)響應(yīng)速度慢，適合用于壓力不高，恒定流量、試驗(yàn)時間充裕的系統(tǒng)上，電磁閥比較開關(guān)控制雖然動態(tài)響應(yīng)快，但容易超調(diào)，適合用于對壓力控制精度要求不高的試驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的缺陷，根據(jù)大推力氫氧發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺自動增壓系統(tǒng)的需求，研制了一種高精度高可靠性的地面增壓系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種高精度高可靠性的地面增壓系統(tǒng)，包括：PLC(西門子S7-300)、繼電器矩陣、DC電源、增壓電磁閥、隔離閥、貯箱、薄膜調(diào)節(jié)閥、壓力變速器、電氣轉(zhuǎn)換器、安全柵、雙回路調(diào)節(jié)器、上位機(jī)。自動增壓控制系統(tǒng)工作流程如下：(1)發(fā)動機(jī)程序預(yù)冷段通過傳感器監(jiān)測貯箱氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器，由雙回路控制器完成對壓力值判讀，PLC通過PROFIBUS控制雙回路控制器，共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)孔板增壓系統(tǒng)的控制；(2)發(fā)動機(jī)起動段啟動段前期，通過傳感器監(jiān)測貯箱氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器，由雙回路控制器完成對壓力值判讀，PLC通過PROFIBUS控制雙回路控制器，共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)孔板增壓系統(tǒng)的控制。啟動段后期，當(dāng)箱壓達(dá)到一定數(shù)值后，啟動薄膜調(diào)節(jié)閥控制增壓；(3)主級工作段通過傳感器監(jiān)測忙箱氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器，由雙回路控制器完成對壓力值判讀，并優(yōu)先使用薄膜調(diào)節(jié)閥增壓。同時，PLC通過PROFIBUS控制雙回路控制器，共享數(shù)據(jù)，孔板增壓系統(tǒng)實(shí)時冗余備份。

所述系統(tǒng)以薄膜調(diào)節(jié)閥的連續(xù)增壓為主，以孔板+電磁閥增壓模式為輔的智能增壓系統(tǒng)的物理框架模式，進(jìn)行了自動增壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

所述系統(tǒng)以西門子S7-300可編程控制器作為集中控制設(shè)備。

所述系統(tǒng)采用雙回路控制器作為現(xiàn)場控制設(shè)備。

所述系統(tǒng)通過PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和分布式控制功能。

所述系統(tǒng)以繼電器矩陣板、直流電源、電磁閥、智能電氣閥門定位器、傳感器和控制電纜等構(gòu)成中間轉(zhuǎn)換和執(zhí)行部件。

有益效果

本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的缺陷，根據(jù)大推力氫氧發(fā)動機(jī)試驗(yàn)臺自動增壓系統(tǒng)的需求，研制了一種高精度高可靠性的地面增壓系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為自動增壓系統(tǒng)原理圖。其中，1－PLC(西門子S7-300)、2－繼電器矩陣、3－DC電源、4－增壓電磁閥、5－隔離閥、6－貯箱、7－薄膜調(diào)節(jié)閥、8－壓力變速器、9－電氣轉(zhuǎn)換器、10－安全柵、11－雙回路調(diào)節(jié)器、12－上位機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1和典型實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步描述。

如附圖1所示，本發(fā)明提供了一種高精度高可靠性的地面增壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括PLC(西門子S7-300)1、繼電器矩陣2、DC電源3、增壓電磁閥4、隔離閥5、貯箱6、薄膜調(diào)節(jié)閥7、壓力變速器8、電氣轉(zhuǎn)換器9、安全柵10、雙回路調(diào)節(jié)器11、上位機(jī)12。

整體安裝關(guān)系：

上位機(jī)12通過PROFIBUS總線與PLC(西門子S7-300)1相連；貯箱6壓力由壓力變送器8測得，通過安全柵10向雙回路調(diào)節(jié)器11；由雙回路控制器11完成對壓力值判讀，PLC1通過PROFIBUS控制雙回路控制器11，共享數(shù)據(jù)；一方面，PLC1通過繼電器矩陣2對增壓電磁閥4進(jìn)行控制；繼電器矩陣2需有DC電源3供電；另一方面，PLC1通過PROFIBUS總線，經(jīng)由雙回路控制器11、安全柵10、電氣轉(zhuǎn)換器9對薄膜調(diào)節(jié)閥7進(jìn)行控制；增壓氣分成兩路，一路通過增壓電磁閥4進(jìn)入貯箱，另一路通過隔離閥5、薄膜調(diào)節(jié)閥7進(jìn)入貯箱。

工作原理：(1)發(fā)動機(jī)程序預(yù)冷段通過壓力變送器8監(jiān)測貯箱6氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器11，由雙回路控制器11完成對壓力值判讀，PLC1通過PROFIBUS控制雙回路控制器11，共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電磁閥(孔板增壓系統(tǒng))的控制；(2)發(fā)動機(jī)起動段啟動段前期，通過壓力變送器8監(jiān)測貯箱6氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器11，由雙回路控制器11完成對壓力值判讀，PLC1通過PROFIBUS控制雙回路控制器11，共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電磁閥(孔板增壓系統(tǒng))的控制。啟動段后期，當(dāng)箱壓達(dá)到一定數(shù)值后，啟動薄膜調(diào)節(jié)閥7控制增壓；(3)主級工作段通過壓力變送器8監(jiān)測忙箱6氣枕壓力，并傳送給雙回路控制器11，由雙回路控制器11完成對壓力值判讀，并優(yōu)先使用薄膜調(diào)節(jié)閥7增壓。同時，PLC通過PROFIBUS控制雙回路控制器，共享數(shù)據(jù)，電磁閥(孔板增壓系統(tǒng))實(shí)時冗余備份。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。