一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统及其设计方法，其系统包括高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段，高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段依次连接。本发明专利技术解决了现有的暂冲气源系统因供气流量过大，无法适用于高压气体轴承实验台的问题；具有经济可靠，输出气流压力稳定性好，设定压力可调，操作方便等特点；两级串联自力式压力调节阀的调压方法，克服了目前常用的单级环状缝隙调压阀，因尺寸过大而不能应用于高压气体轴承暂冲气源系统中的困难；也克服了仅采用一级自力式压力调节阀调压时，由于储气罐中压力不断下降造成阀口位置快速变化导致稳压精度不高的缺点。

A temporary air supply system and its design method for supplying air to high pressure gas bearing

【技术实现步骤摘要】
一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统及其设计方法
本专利技术涉及高压气体轴承的实验气源，具体来说涉及一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统及设计方法。
技术介绍
现阶段，常用的低供气压气体轴承的供气压力约在0.8MPa左右，与普通气压传动系统的气源压力相同；低供气压气体轴承的工作间隙约为20μm，工作时消耗的气体质量流量很小，约为10-4kg/s量级，因此其供气气源可以与普通气压传动系统的气源通用。高压气体轴承的供气压力可超过5MPa，工作间隙大于100μm，工作时消耗的气体质量流量比低供气压气体轴承的质量流量大2到3个数量级，普通气压传动系统的气源压力低，容量小，不能用作高压气体轴承的实验气源。目前用于飞行器模型实验的暂冲式风洞或暂冲式气源，均采用专门设计且调压性能优异的环状缝隙调压阀作为系统的压力调节装置，但这种环状缝隙调压阀的系列产品尺寸大，最小的也在Φ300mm以上，无法应用在10-1kg/s流量级别的高压气体轴承实验气源中。由此可见，现有的暂冲气源系统，不适合用作高压气体轴承的实验气源，亟待设计一种能用于高压气体轴承实验、具有较高稳压精度的暂冲气源系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统及设计方法，能够保证在规定的有效工作时长内向高压气体实验轴承供应压力恒定的高压气流，可与已申请专利一种向高压圆盘气体轴承供气的等流量气流分配器(申请号201910248227.0)配套使用。本专利技术有效地降低了高压气体轴承实验气源的建造成本。本专利技术一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统，包括高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段，高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段依次连接；所述高压气体发生段，包括小流量空压机，用于产生高压气体；冷干机，用于冷凝并滤除压缩空气中的一部分水蒸气和油雾；过滤器，用于进一步除去高压气体中的水蒸气、油雾及固态灰尘等微粒；安全阀，用于在系统压力异常升高时自动开启排压；气罐组，用于存储空压机排出的高压气体；所述小流量空压机、冷干机、过滤器和气罐组通过管道依次连接，气罐组的每个气罐上均设置有安全阀；所述气流稳定段，包括集气管，用于连接对称布置的多个储气罐；DN125管道，用于调整从集气管输出的气流；铝合金前管道支架，用于支撑前部管道；阀前压力传感器及压力表以及DN125测压管道，用于测量调压阀来流的压力；DN125-50变径件，用于将气流平稳地从DN125管道段过渡到DN50管道段；第一段DN50管道，用于调整从DN125-50变径件输入的气流；所述集气管的进气端与高压气体发生段的气罐组相连通，继而集气管出口与DN125管道、DN125测压管道、DN125-50变径件、第一段DN50管道依次连接，所述DN125测压管道上设置有阀前压力传感器及压力表；所述调压段，包括：DN50-20变径件，用于将气流平稳地从DN50管道段过渡到DN20管道段，末端与压力调节阀相连；第一级自力式压力调节阀，用于将压力持续下降的气罐组送入的气流，输出为波动较小的初级压力气流；第一级取压管，用于取出第一级自力式压力调节阀的阀后压力作为其反馈压力；第二级自力式压力调节阀，用于将第一级压力调节阀输出的波动较小的初级压力气流，输出为压力保持在轴承设定工作压力的恒压实验气流；第二级取压管，用于取出第二级自力式压力调节阀的阀后压力作为其反馈压力；DN20-50变径件，用于将气流平稳地从DN20管道段过渡到后部的DN50管道段；所述DN50-20变径件的进气端与气流稳定段的第一段DN50管道相连通，继而DN50-20变径件的出口与第一级自力式压力调节阀、第二级自力式压力调节阀、DN20-50变径件依次连接，所述第一级自力式压力调节阀上设置有第一级取压管，第二级自力式压力调节阀上设置有第二级取压管；所述气流输出段，包括：第二段DN50管道，用于调整从DN20-50变径件输入的气流；铝合金后管道支架，用于支撑后部管道；闸阀，用于密封气源管路，或在紧急情况下手动切断气源管路，前端与第二段DN50管道，后端与DN50测压管道相连；阀后压力传感器及压力表以及DN50测压管道，用于测量二级调压阀最终输出的气流的压力；气动快开球阀，用于快速开启气源，向高压气体轴承供气，或者在紧急情况下关闭气源管道；气流分配器，用于将经过两级调压阀后输出的一股气流，转变为向高压气体轴承供气的多路压力相同且气流均匀性一致的高压气流；所述第二段DN50管道的进气端与调压段的DN20-50变径件相连通，继而第二段DN50管道的出口与闸阀、DN50测压管道、气动快开球阀和气流分配器依次连接，DN50测压管道上还设置有阀后压力传感器及压力表。所述气流分配器为向高压圆盘气体轴承供气的等流量气流分配器，包括中心对称的圆柱形气流腔体，圆柱形气流腔体内部设置有中心对称的柱锥过渡状气体腔，圆柱形气流腔体右端设置有连接圆盘；圆柱形气流腔体与柱锥过渡状气体腔的中心轴位于同一直线上；所述圆柱形气流腔体左端铣有两个以上与中心轴夹角为α的斜面，所述斜面沿中心轴均布；每个斜面上开有螺纹孔，螺纹孔与中心轴夹角为β；所述柱锥状气体腔右端为圆柱形，柱锥状气体腔左端为锥形，锥角为γ，并且柱锥状气体腔与螺纹孔相连通。所述α取值为30°-45°。所述β取值为25°-60°。所述γ取值为30°-80°。所述连接圆盘周向均布有多个用于安装连接螺栓的圆柱形通孔，连接圆盘右端面中央区域还设置有用于连接法兰的环型密封凸面，所述柱锥过渡状气体腔与环型密封凸面相连通。本专利技术一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统的设计方法，包括以下步骤：步骤一：根据高压气体轴承的实验工作压力、结构尺寸和测试时长要求，确定暂冲气源系统的有效工作时长和最大质量流量，保证在有效工作时长内向高压气体实验轴承供应压力恒定的气流；步骤二：根据高压气体轴承的实验工作压力和市场上空压机产品的通常排气压力值，确定气罐组的储气压力；再根据自力式压力调节阀产品的设定点压力序列初步确定两级压力调节阀各自的输出压力；步骤三：根据暂冲气源系统的有效工作时长和最大质量流量，以及气罐组的储气压力，计算出气罐组的总容积；根据实验场地的空间大小，再确定单个气罐的容积和气罐的数量；步骤四：闸阀、气动快开球阀以及与其相连管道的通径，按照此通径管道内最大气流马赫数小于0.1的原则加以确定；气流分配器的圆柱形气流腔体的通径与气动快开球阀的通径相同；步骤五：集气管以及与其相连的前端管道的通径，要根据储气罐下部出气口管道的通径、与闸阀或气动快开球阀相连管道的通径，以及异径管的公称尺寸序列来确定；取异径管的小头尺寸为与闸阀或气动快开球阀相连管道的通径，在异径管的国标公称尺寸序列中有多种与上述小头尺寸对应的大头尺寸，选其中一种作为集气管的通径，并进行开孔补强分析，直至满足强度要求；进而，与前端粗管道相连的异径管的大、小头尺寸均可确定；步骤六：两级自力式压力调节阀的额定流量系数Kv本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统，其特征在于：包括高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段，高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段依次连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种向高压气体轴承供气的暂冲气源系统，其特征在于：包括高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段，高压气体发生段、气流稳定段、调压段和气流输出段依次连接。


2.如权利要求1所述的暂冲气源系统，其特征在于：所述高压气体发生段，包括小流量空压机，用于产生高压气体；冷干机，用于冷凝并滤除压缩空气中的一部分水蒸气和油雾；过滤器，用于进一步除去高压气体中的水蒸气、油雾及固态灰尘等微粒；安全阀，用于在系统压力异常升高时自动开启排压；气罐组，用于存储空压机排出的高压气体；所述小流量空压机、冷干机、过滤器和气罐组通过管道依次连接，气罐组的每个气罐上均设置有安全阀。


3.如权利要求2所述的暂冲气源系统，其特征在于：所述气流稳定段，包括集气管，用于连接对称布置的多个储气罐；DN125管道，用于调整从集气管输出的气流；铝合金前管道支架，用于支撑前部管道；阀前压力传感器及压力表以及DN125测压管道，用于测量调压阀来流的压力；DN125-50变径件，用于将气流平稳地从DN125管道段过渡到DN50管道段；第一段DN50管道，用于调整从DN125-50变径件输入的气流；所述集气管的进气端与高压气体发生段的气罐组相连通，继而集气管出口与DN125管道、DN125测压管道、DN125-50变径件、第一段DN50管道依次连接，所述DN125测压管道上设置有阀前压力传感器及压力表。


4.如权利要求3所述的暂冲气源系统，其特征在于：所述调压段，包括DN50-20变径件，用于将气流平稳地从DN50管道段过渡到DN20管道段，末端与压力调节阀相连；第一级自力式压力调节阀，用于将压力持续下降的气罐组送入的气流，输出为波动较小的初级压力气流；第一级取压管，用于取出第一级自力式压力调节阀的阀后压力作为其反馈压力；第二级自力式压力调节阀，用于将第一级压力调节阀输出的波动较小的初级压力气流，输出为压力保持在轴承设定工作压力的恒压实验气流；第二级取压管，用于取出第二级自力式压力调节阀的阀后压力作为其反馈压力；DN20-50变径件，用于将气流平稳地从DN20管道段过渡到后部的DN50管道段；所述DN50-20变径件的进气端与气流稳定段的第一段DN50管道相连通，继而DN50-20变径件的出口与第一级自力式压力调节阀、第二级自力式压力调节阀、DN20-50变径件依次连接，所述第一级自力式压力调节阀上设置有第一级取压管，第二级自力式压力调节阀上设置有第二级取压管。


5.如权利要求4所述的暂冲气源系统，其特征在于：所述气流输出段，包括第二段DN50管道，用于调整从DN20-50变径件输入的气流；铝合金后管道支架，用于支撑后部管道；闸阀，用于密封气源管路，或在紧急情况下手动切断气源管路，前端与第二段DN50管道，后端与DN50测压管道相连；阀后压力传感器及压力表以及DN50测压管道，用于测量二级调压阀最终输出的气流的压力；气动快开球阀，用于快速开启气源，向高压气体轴承供气，或者在紧急情况下关闭气源管道；气流分配器，用于将经过两级调压阀后输出的一股气流，转变为向高压气体轴承供气的多路压力相同且气流均匀性一致的高压气流；所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭良斌，余振东，陈珊秀，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42