液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统及方法，该系统作为液体火箭发动机试验振动粘度计的现场校准、试验测量之用，系统由凝胶介质加载装置、模拟液供应容器、模拟液回收容器、恒温舱、振动粘度计及相关管路附件等部分组成。凝胶介质加载装置包括罐体，罐体垂直放置，罐体的上端安装有NPT转接头，NPT转接头用于安装被测试振动粘度计；罐体的下端设置有锥度变径段，锥度变径段的大端与罐体连接，锥度变径段的小端设置有入口焊接直通接头；罐体的侧壁靠近上端部位设置有出口焊接直通接头。本发明专利技术能够实现液体火箭发动机的现场测量与校准，消除了实验室测量的介质物理特性、温度、粘度与现场的差异，提高了液体火箭发动机凝胶推进剂粘度测量的准确性。

Field calibration measurement system and method for liquid rocket engine gel viscosity

The present invention relates to a gel viscosity of liquid rocket engine calibration measurement system and method, the system as the liquid rocket engine test vibration viscometer calibration and testing measurement, system by gel medium loading device, simulation of liquid supply container, simulation of liquid recovering container, constant temperature tank, vibration viscometer and related piping accessories etc.. The gel medium loading device comprises a tank body vertically, the upper end is provided with NPT adapter, NPT adapter for mounting vibration viscometer is tested; the lower end of the tank is provided with a taper reducer, big taper reducer is connected with the tank, small taper reducer is arranged on the entrance side wall of the tank body through joint welding; the upper part is arranged near the outlet through joint welding. The invention can realize on-site measurement and calibration of liquid rocket engine, eliminate the difference of physical properties, temperature and viscosity between laboratory and field, and improve the accuracy of viscosity measurement for liquid propellant of rocket engine.

【技术实现步骤摘要】
液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统及方法
本专利技术涉及航天发动机试验，具体地说涉及液体火箭发动机试验中凝胶推进剂粘度校准测量系统及方法。
技术介绍
液体火箭发动机多使用粘度计进行粘度测量。计量部门标校粘度计使用的介质与试验现场试车时使用的介质物理特性、温度、粘度均不同，校验的粘度计的使用环境尤其是温度存在差异，这些因素均会影响粘度测量的准确性，造成液体火箭发动机凝胶推进剂粘度测量的技术难题。现有的发动机试验凝胶推进剂供应系统往往是试验台现场的封闭式供应系统，根据凝胶发动机点火工况的不同需要对凝胶推进剂进行供应压力的调节，同时试验现场随气温的变化对推进剂的温度影响也较大。目前，对于粘度计的校准通常通过实验室校准，现有实验室使用的粘度计校准装置的结构如附图1，粘度计的实验室校准主要存在以下问题：1、实验室使用的粘度计校准装置是直接采用标准粘度液在常温和常压下对振动粘度计直接校准，对于温度和压力的变化引起粘度液的粘度变化造成的粘度计校准不确定度无法给出精确的数据。2、整个校准装置没有采取良好的隔振与紧固措施，振动式粘度计本身微振造成的测量不确定度也无法很好的消除。
技术实现思路
为了克服现有实验室振动粘度计测量装置精度低的技术问题，本专利技术提供一种液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统及方法。本专利技术的技术解决方案如下：液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统，其特殊之处在于：包括凝胶介质加载装置1、模拟液供应容器2、模拟液回收容器3、质量流量计6、观测管路5、主回收管路7、回收流道8及恒温舱4；所述凝胶介质加载装置1上安装有被测试振动粘度计21；所述模拟液供应容器2的出口与凝胶介质加载装置1的入口连接，所述凝胶介质加载装置1与质量流量计6、观测管路5、回收流道8依次串联，回收流道8的出口与模拟液回收容器3的入口连接；所述模拟液供应容器2的出口处还设置有第一阀门26；所述质量流量计6与观测管路5之间还设置有第二阀门30；所述观测管路5与回收流道8之间还设置有第三阀门28；模拟液回收容器3的入口处还设置有第四阀门27；所述质量流量计6的出口通过主回收管路7与回收流道8连接，所述主回收管路7与回收流道8之间还设置有第五阀门29；所述凝胶介质加载装置1、模拟液供应容器2、质量流量计6、观测管路5、主回收管路7、回收流道8、第一阀门26、第二阀门30、第三阀门28、第四阀门27及第五阀门29均置于恒温舱4中。进一步地，为消除加载装置本身的结构及安装对振动式粘度计的测量产生影响，本专利技术的凝胶介质加载装置1包括罐体，所述罐体垂直放置，所述罐体的上端安装有NPT转接头22，所述NPT转接头22用于安装被测试振动粘度计；所述罐体的下端设置有锥度变径段19，所述锥度变径段19的大端与罐体连接，所述锥度变径段19的小端设置有入口接头；所述罐体的侧壁靠近上端部位设置有出口接头；所述罐体的侧壁上还设置有固定底座15，所述固定底座15用于与不动基础连接。进一步地，为避免气泡对粘度的影响，本专利技术罐体靠近上端的位置设置有排气口17。进一步地，为始终实时检测校准过程中模拟液的环境条件恒定情况，进而有利于提高粘度稳定性，所述罐体上还设置压力传感器接口及温度传感器接口。进一步地，由于焊接直通密封性好，耐压性能较螺纹连接接头优良，为避免压力变化对粘度的影响，本专利技术的入口接头为入口焊接直通接头20，出口接头为出口焊接直通接头14。利用本专利技术的液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统进行校准测量的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)凝胶介质加载装置1安装、使用前，采用有机溶剂清洗校准加载装置的内筒，使用氮气/空气吹干；2)振动式粘度计校准前，使用有机溶剂浸泡和清洗被校准粘度计，从粘度计探针根部开始向上擦拭探针，将振动粘度计的探针垂直插入校准装置中，使其处于凝胶介质加载装置1的中心位置；3)振动式粘度计探针在校准现场环境通电预热，在空气中进行零位调整，粘度计测量的电流为I0；4)采取正压加注的方式将凝胶模拟液注入凝胶介质加载装置1内，振动式粘度计全部被凝胶模拟液浸没并进行高点排气；5)通过透明玻璃管目测凝胶模拟液内无杂质和气泡后，凝胶模拟液和探针在测量温度下恒温；6)恒温舱4内的凝胶模拟液温度差在±1℃以内，系统主管道内的模拟液与凝胶介质加载装置1内模拟液温度差在±1℃以内；7)待模拟液供应容器2内压力达到调试压力时，打开模拟液供应容器2单向阀,凝胶模拟液由模拟液供应容器2进入凝胶介质加载装置1，开始粘度校准数据测试；8)待粘度计表头的示值稳定后，读取校准测量数据；9)取实验室给定的凝胶模拟液粘度为标准值η，粘度计现场测量的电流Ic，按照公式换算粘度计的校准系数A、B:A＝-η/(Ic-I0)，B＝η/(Ic-I0)；10)液体火箭发动机凝胶粘度测量过程中，粘度计测量的电流I依据校准测试系数A、B获得测量粘度值η:η＝A+B*I。进一步地，为提高测量数据准确性，所述步骤8)粘度计示值稳定后，在恒定温度下重复记录两次数据，取两次记录数据的算术平均值作为模拟液的校准值，测试数据的重复性指标应符合±2.5％；本专利技术与现有技术相比，所具有的优点：1、本专利技术的液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统及方法，能够实现液体火箭发动机的现场测量与校准，消除了实验室测量的介质物理特性、温度、粘度与现场的差异，提高了液体火箭发动机凝胶推进剂粘度测量的准确性。2、本专利技术的凝胶介质加载装置改变了现有的实验室校准装置的结构，在粘度测量准确性的提高上具有显著的进步，具体体现在：2.1、本专利技术安装振动粘度计的NPT锥螺纹接头是与罐体固定连接的，相比于现有实验室的NPT锥螺纹接头通过支架支撑在罐体上方，具有很好的稳定性；2.2、本专利技术的罐体是与不动基础固定连接的，固定底座可减小粘度计自身水平方向产生谐振，显著提高粘度测量精度；2.3、本专利技术采用NPT锥螺纹接头，不仅起到连接安装的作用，而且能够有效确保振动式粘度计与罐体螺纹连接部位在较高供应压力情况下具有良好的密封性，避免压力对于粘度的影响；2.4、本专利技术采用锥度变径入口加注方式，可有效避免装置内模拟液加载过程中气泡的产生，消除气泡对粘度的影响；2.5、本专利技术装置的排液出口焊接直通设置在整个罐体的高处，有利于模拟液填充整个加载装置罐体，使得振动式粘度计的测量探头能够完全浸入模拟液，并有足够的深度，确保测量的准确性。3、本专利技术的粘度现场校准测量系统采用恒温舱用于模拟液供应容器、供应管路内凝胶模拟液的温度调节，通过罐体上的排气口，以消除气泡对粘度的影响，有利于提高粘度准确性；4、本专利技术装置结构简单，操作方便，且移动性好。附图说明图1为实验室用粘度计校准装置结构图；图2所示为本专利技术所提供的液体火箭发动机试验凝胶粘度现场校准测量系统俯视图；图3所示为本专利技术所提供的液体火箭发动机试验凝胶粘度现场校准测量系统主视图；图4为本专利技术的介质加载装置的结构图；图5为凝胶粘度现场校准测量系统与发动机试验系统连接示意图。其中附图标记为：1-凝胶介质加载装置；2-模拟液供应容器；3-模拟液回收容器；4-恒温舱；5-观测管路；6-质量流量计；7-主回收管路；8-回收流道；10-凝胶推进剂供应容器；11-粘度校准测量系统；12-安装垫片；13-NPT转接段本文档来自技高网...

【技术保护点】
液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统，其特征在于：包括凝胶介质加载装置(1)、模拟液供应容器(2)、模拟液回收容器(3)、质量流量计(6)、观测管路(5)、主回收管路(7)、回收流道(8)及恒温舱(4)；所述凝胶介质加载装置(1)上安装有被测试振动粘度计(21)；所述模拟液供应容器(2)的出口与凝胶介质加载装置(1)的入口连接，所述凝胶介质加载装置(1)与质量流量计(6)、观测管路(5)、回收流道(8)依次串联，回收流道(8)的出口与模拟液回收容器(3)的入口连接；所述模拟液供应容器(2)的出口处还设置有第一阀门(26)；所述质量流量计(6)与观测管路(5)之间还设置有第二阀门(30)所述观测管路(5)与回收流道(8)之间还设置有第三阀门(28)；所述模拟液回收容器(3)的入口处设置有第四阀门(27)；所述质量流量计(6)的出口通过主回收管路(7)与回收流道(8)连接，所述主回收管路(7)与回收流道(8)之间还设置有第五阀门(29)；所述凝胶介质加载装置(1)、模拟液供应容器(2)、质量流量计(6)、观测管路(5)、主回收管路(7)、回收流道(8)、第一阀门(26)、第二阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀门(29)及第五阀门(30)均置于恒温舱(4)中。...

【技术特征摘要】
1.液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统，其特征在于：包括凝胶介质加载装置(1)、模拟液供应容器(2)、模拟液回收容器(3)、质量流量计(6)、观测管路(5)、主回收管路(7)、回收流道(8)及恒温舱(4)；所述凝胶介质加载装置(1)上安装有被测试振动粘度计(21)；所述模拟液供应容器(2)的出口与凝胶介质加载装置(1)的入口连接，所述凝胶介质加载装置(1)与质量流量计(6)、观测管路(5)、回收流道(8)依次串联，回收流道(8)的出口与模拟液回收容器(3)的入口连接；所述模拟液供应容器(2)的出口处还设置有第一阀门(26)；所述质量流量计(6)与观测管路(5)之间还设置有第二阀门(30)所述观测管路(5)与回收流道(8)之间还设置有第三阀门(28)；所述模拟液回收容器(3)的入口处设置有第四阀门(27)；所述质量流量计(6)的出口通过主回收管路(7)与回收流道(8)连接，所述主回收管路(7)与回收流道(8)之间还设置有第五阀门(29)；所述凝胶介质加载装置(1)、模拟液供应容器(2)、质量流量计(6)、观测管路(5)、主回收管路(7)、回收流道(8)、第一阀门(26)、第二阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀门(29)及第五阀门(30)均置于恒温舱(4)中。2.根据权利要求1所述的液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统，其特征在于：所述凝胶介质加载装置(1)包括罐体，所述罐体垂直放置，所述罐体的上端安装有NPT转接头(22)，所述NPT转接头(22)用于安装被测试振动粘度计(21)；所述罐体的下端设置有锥度变径段(19)，所述锥度变径段(19)的大端与罐体连接，所述锥度变径段(19)的小端设置有入口接头；所述罐体的侧壁靠近上端部位设置有出口接头；所述罐体的外侧壁上还设置有固定底座(15)，所述固定底座(15)用于与不动基础连接。3.根据权利要求2所述的液体火箭发动机凝胶粘度现场校准测量系统，其特征在于：所述罐体靠近上端的位置设置有排气口(17)。4.根据权利要求2所述的液体火箭发动机凝胶粘度现...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦双庆，刘阳，张慧君，王宏亮，令芸，李亮，王伟，李林永，
申请(专利权)人：西安航天动力试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61