本发明公开了一种并排安放高低速泵试验系统，将高低速泵并排安放，共用一套管路系统，节省了实验室空间，通过阀门的开关，实现高低速泵系统的快速切换。并排安放高低速泵试验系统由系统管路，出水水箱和回水水箱，真空泵，压气机，阀门，流量计，透明壳体，过滤器，高低速泵，循环水温控系统组成。试验系统是闭式循环系统，采用真空泵和压气机控制系统泵前入口压力，电动套筒调节阀控制系统流量，出水和回水使用两个水箱，使入口和出口互不影响，循环水温控系统能够对系统内水的温度进行控制。泵后设置了过压保护的回路和除气的回路，除气回路通过水箱顶部的喷头将回路中的水和气体分离，再通过真空泵抽出，保证良好的试验环境。
1.一种并排安放高低速泵试验系统，包括第一截止阀(1)、第十四球阀(2)、真空泵(3)、压气机(4)、第四截止阀(5)、第五截止阀(6)、第七截止阀(7)、第九球阀(8)、回水水箱(9)、第一浮球阀(10)、第一喷头(11)、第一安全阀(12)、第一压力传感器(13)、第二截止阀(14)、第三球阀(15)、第一球阀(16)、第一液位计(17)、第四球阀(18)、水泵(19)、放水口(20)、控温水箱(21)、加热丝(22)、第二液位计(23)、第一温度传感器(24)、第五球阀(25)、第二球阀(26)、第六球阀(27)、出水水箱(28)、第三截止阀(29)、第二喷头(30)、第二浮球阀(31)、第十球阀(32)、第六截止阀(33)、过滤器(34)、第一软管(35)、第二安全阀(36)、第二温度传感器(37)、第七球阀(38)、第八球阀(39)、第三压力传感器(40)、第二压力传感器(41)、第二透明壳体(42)、第二离心泵(43)、齿轮箱(44)、第二电机(45)、第一电机(46)、第一离心泵(47)、第一透明壳体(48)、第四压力传感器(49)、单向阀(50)、第十一球阀(51)、第二软管(52)、第十二球阀(53)、第十三球阀(54)、第三温度传感器(55)、电动套筒调节阀(56)、第十五球阀(57)、流量计(58)；
双立式水箱包括回水水箱(9)和出水水箱(28)，回水水箱(9)和出水水箱(28)中部通过连通管连通；
回水水箱(9)、出水水箱(28)上端设有进水的顶盖，下端设有水管；
进水口通过管路连接第一截止阀(1)，第一截止阀(1)的另一端连接三通，三通的另外两端分别连接第二截止阀(14)和第三截止阀(29)，回水水箱(9)和出水水箱(28)顶盖侧面内部分别安装有第一浮球阀(10)和第二浮球阀(31)，第二截止阀(14)的另一端通过管路连接回水水箱(9)的第一浮球阀(10)，第三截止阀(29)的另一端通过管路连接出水水箱(28)的第二浮球阀(31)；
回水水箱(9)与出水水箱(28)之间的连通管分别连接第一球阀(16)、第二球阀(26)，第一球阀(16)的另一端连接第一液位计(17)，第一液位计(17)上端连接回水水箱(9)顶盖侧面，第二球阀(26)另一端连接第二液位计(23)，第二液位计(23)上端连接出水水箱(28)顶盖侧面；
回水水箱(9)和出水水箱(28)内的压力通过真空泵(3)和压气机(4)进行控制；
真空泵(3)连接第四截止阀(5)的一端，压气机(4)连接第五截止阀(6)的一端，第四截止阀(5)和第五截止阀(6)的另一端均通过管路连接三通的一端，三通的另外两端分别连接回水水箱(9)和出水水箱(28)的顶盖；第四截止阀(5)和第五截止阀(6)与三通之间的管路上设有第一压力传感器(13)，第一压力传感器(13)处还设有第一安全阀(12)；
第三球阀(15)、第四球阀(18)、水泵(19)、放水口(20)、控温水箱(21)、加热丝(22)、第一温度传感器(24)、第五球阀(25)、第六球阀(27)组成循环水温控系统和排水管路，回水水箱(9)底部的水管分别通过管路连接第三球阀(15)和第四球阀(18)，第三球阀(15)的另一端连接水泵(19)，水泵(19)连接控温水箱(21)一端，控温水箱(21)另一端连接第六球阀(27)，控温水箱(21)与第六球阀(27)之间的管路设有第一温度传感器(24)，出水水箱(28)底部的水管分别通过管路连接第五球阀(25)和第六球阀(27)，第四球阀(18)与第五球阀(25)之间通过管路连接，并且在管路上设有放水口(20)，控温水箱(21)内部设有加热丝(22)；
低速泵包括第一诱导轮、第一透明壳体(48)、第一离心泵(47)和第一电机(46)；第一诱导轮、第一离心泵(47)的叶轮和第一电机(46)同轴连接，第一诱导轮位于第一透明壳体(48)内部，第一透明壳体(48)通过法兰与上游管路和后面的第一离心泵(47)连接，第一离心泵(47)出口连接下游管路；
高速泵包括第二诱导轮、第二透明壳体(42)、第二离心泵(43)、齿轮箱(44)和第二电机(45)；高速泵的连接方式与低速泵相同，只是在第二电机(45)和第二离心泵(43)之间加设齿轮箱(44)；第二电机(45)连接齿轮箱(44)的低速端，齿轮箱(44)的高速端连接第二离心泵(43)，而第二诱导轮与第二离心泵(43)的叶轮同轴连接，均由第二电机(45)带动，第二诱导轮位于第二透明壳体(42)的内部，第二透明壳体(42)通过法兰与上游管路和后面的第二离心泵(43)连接，第二离心泵(43)出口再连接下游管路；
第一透明壳体(48)通过管路连接第七球阀(38)，其中间管路上设有第二压力传感器(41)；第二透明壳体(42)通过管路连接第八球阀(39)，其中间管路上设有第三压力传感器(40)；第七球阀(38)、第八球阀(39)的另一端均连接第一软管(35)，中间设有第二温度传感器(37)，第一软管(35)的另一端通过过滤器(34)、第六截止阀(33)连接出水水箱(28)的水管；连接高速泵或者低速泵入口的水管组成上游管路，当启动高速泵或者低速泵时，水通过上游管路流进高速泵或者低速泵；
第一离心泵(47)出口、第二离心泵(43)出口汇总至同一根管路，管路分别又连接单向阀(50)、第二安全阀(36)；
第二安全阀(36)连接三通的一端，三通的另外两端分别连接第九球阀(8)、第十球阀(32)，第九球阀(8)的另一端连接回水水箱(9)顶盖，第十球阀(32)的另一端连接出水水箱(28)顶盖，第二安全阀(36)、第九球阀(8)、第十球阀(32)组成过压保护回路，如果泵后压力超过最大压力，第二安全阀(36)打开，部分水直接经过第二安全阀(36)，分成两路分别经过第九球阀(8)和第十球阀(32)从回水水箱(9)顶部、出水水箱(28)顶部分别进入水箱；
单向阀(50)的入口处设有第四压力传感器(49)，单向阀(50)的出口分别连接第十一球阀(51)、第二软管(52)，第二软管(52)的另一端分别连接第十二球阀(53)、电动套筒调节阀(56)，第二软管(52)管路出口与电动套筒调节阀(56)之间的管路顶部设有一个开口，开口通过竖直管连接第十三球阀(54)；第十一球阀(51)和第十二球阀(53)的出口作为备用出口；
电动套筒调节阀(56)的入口设有第三温度传感器(55)，电动套筒调节阀(56)的另一端连接流量计(58)，流量计(58)的另一端通过第七截止阀(7)连接回水水箱(9)的水管；
第十三球阀(54)连接三通的一端，三通的另外两端分别连接第十四球阀(2)、第十五球阀(57)，第十四球阀(2)的另一端连接第一喷头(11)，第十五球阀(57)的另一端连接第二喷头(11)，第十三球阀(54)、第十四球阀(2)、第十五球阀(57)、第一喷头(11)、第二喷头(11)组成除气回路。
2.根据权利要求1所述的一种并排安放高低速泵试验系统，所述的第一透明壳体、第二透明壳体采用高强度有机玻璃。
并排安放高低速泵试验系统
技术领域
[0001] 本发明涉及并排安放高低速泵试验系统，具体涉及火箭发动机泵地面试验系统。
背景技术
[0002] 涡轮泵是火箭发动机的关键组件，它是由涡轮带动泵，对液体推进剂组元进行增压的一种联动装置。近十年来航天发展迅速，对泵的要求也越来越高，泵不断向小型化和高速化发展，大多数泵在离心泵前增加诱导轮来提高泵的汽蚀性能。目前火箭上使用的涡轮泵的转速已经达到每分钟几万转，而地面上泵的试验系统的转速一般在每分钟5000转以下，只能通过相似准则在低速下对泵进行模拟试验，而且由于某些限制，地面试验系统不能满足不同工况对试验条件的要求，如除气不够彻底，加热系统在水箱内部，不易维护等。本发明中完整提出并排安放高低速泵试验系统设计方法，提出设计中需要关注的问题，可供各种需要设计火箭发动机涡轮泵地面试验系统的试验台参考。
发明内容
[0003] 本发明针对泵试验系统功能不全，提出了一种并排安放高低速泵试验系统，能实现实验室空间的充分利用，通过阀门的开启和关闭，实现高低速泵试验系统的切换，可准确控制回路中的压力和流量，可消除水中溶解气泡的干扰，提高汽蚀试验精度。试验系统设置专门的循环水温控系统，能对系统温度进行控制。试验系统设计有高的可靠性和安全性。
[0004] 本发明的高低速泵共用一套主管路，两台泵分别使用各自的电机，高速泵通过齿轮箱变速输出高转速，通过三通在泵前和泵后与主管路相连。泵后设有过压保护回路，当压力过大时，一部分水直接经安全阀流回水箱，以减小泵后回路的压力。泵后设有除气回路，该回路自出口管上部引一路水管接到水箱顶部，通过喷头将水气分离，达到除气的目的。采用双立式水箱，水箱中部连通，出水口和回水口在不同的水箱，减少泵前泵后不同水压对试验的影响。离心泵前诱导轮段采用透明壳体，通过法兰结构与入口管路和离心泵相连，进行除气作业时可以通过该处观察管路中气体情况，省去了观察窗；进行汽蚀不稳定试验时，可以在该处观察诱导轮内部汽蚀情况，进行汽蚀可视化试验。试验系统设计专门的循环水温控系统，能对工质进行加热，实现对系统内工质温度的控制，同时由于加热装置有专门的控温水箱，易于进行更换和维护。
[0005] 本发明中完整提出并排安放高低速泵试验系统设计方法，提出设计中需要关注的问题，可供各种需要设计泵试验系统的试验台参考。
[0006] 本发明的优点在于：
[0007] （1）一套试验系统，既有高速泵，又有低速泵，有效的利用了实验室空间，系统涵盖速度范围广，一套系统满足高速和低速不同试验要求；
[0008] （2）双立式水箱的设置，出水口和回水口不在同一水箱，能尽量减少泵前和泵后水压不同对试验的影响；
[0009] （3）除气管路加喷头的设置，能有效对管路中的水气进行分离；
[0010] （4）诱导轮处采用透明壳体，省去了在泵前设置观察窗的麻烦，并且可以进行汽蚀可视化试验，对诱导轮流场进行观察。
[0011] （5）循环水温控系统，能对系统内工质温度进行控制，方便研究不同工质温度下火箭发动机泵的性能；
[0012] （6）独立的控温水箱，能够方便的对加热装置进行维护和更换。
附图说明
[0013] 图1是本发明的试验系统结构示意图。
[0014] 图中：
[0015] 1-第一截止阀 2-第十四球阀 3-真空泵
[0016] 4-压气机 5-第四截止阀 6-第五截止阀[0017] 7-第七截止阀 8-第九球阀 9-回水水箱[0018] 10-第一浮球阀 11-第一喷头 12-第一安全阀[0019] 13-第一压力传感器 14-第二截止阀 15-第三球阀[0020] 16-第一球阀 17-第一液位计 18-第四球阀[0021] 19-水泵 20-放水口 21-控温水箱[0022] 22-加热丝 23-第二液位计 24-第一温度传感器[0023] 25-第五球阀 26-第二球阀 27-第六球阀[0024] 28-出水水箱 29-第三截止阀 30-第二喷头[0025] 31-第二浮球阀 32-第十球阀 33-第六截止阀[0026] 34-过滤器 35-第一软管 36-第二安全阀[0027] 37-第二温度传感器 38-第七球阀 39-第八球阀[0028] 40-第三压力传感器 41-第二压力传感器 42-第二透明壳体[0029] 43-第二离心泵 44-齿轮箱 45-第二电机[0030] 46-第一电机 47-第一离心泵 48-第一透明壳体[0031] 49-第四压力传感器 50-单向阀 51-第十一球阀[0032] 52-第二软管 53-第十二球阀 54-第十三球阀[0033] 55-第三温度传感器 56-电动套筒调节阀 57-第十五球阀[0034] 58-流量计
具体实施方式
[0035] 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0036] 本发明的一种并排安放高低速泵试验系统，如图1所示，采用闭式循环系统，包括第一截止阀1、第十四球阀2、真空泵3、压气机4、第四截止阀5、第五截止阀6、第七截止阀7、第九球阀8、回水水箱9、第一浮球阀10、第一喷头11、第一安全阀12、第一压力传感器
13、第二截止阀14、第三球阀15、第一球阀16、第一液位计17、第四球阀18、水泵19、放水口
20、控温水箱21、加热丝22、第二液位计23、第一温度传感器24、第五球阀25、第二球阀26、第六球阀27、出水水箱28、第三截止阀29、第二喷头30、第二浮球阀31、第十球阀32、第六截止阀33、过滤器34、第一软管35、第二安全阀36、第二温度传感器37、第七球阀38、第八球阀39、第三压力传感器40、第二压力传感器41、第二透明壳体42、第二高速泵43、齿轮箱
44、第二电机45、第一电机46、第一离心泵47、第一透明壳体48、第四压力传感器49、单向阀50、第十一球阀51、第二软管52、第十二球阀53、第十三球阀54、第三温度传感器55、电动套筒调节阀56、第十五球阀57、流量计58。双立式水箱包括回水水箱9和出水水箱28，回水水箱9和出水水箱28中部通过连通管连通；
[0037] 回水水箱9、出水水箱28上端设有进水的顶盖，下端设有水管；
[0038] 进水口通过管路连接第一截止阀1，第一截止阀1的另一端连接三通，三通的另外两端分别连接第二截止阀14和第三截止阀29，回水水箱9和出水水箱28顶盖侧面内部分别安装有第一浮球阀10和第二浮球阀31，第二截止阀14的另一端通过管路连接回水水箱9的第一浮球阀10，第三截止阀29的另一端通过管路连接出水水箱28的第二浮球阀31。
[0039] 给水箱注水时，水从进水口进入，首先通过第一截止阀1，然后经过一个三通分别流向两个水箱。一部分水经过第二截止阀14后流向回水水箱9顶盖侧面内部安装的第一浮球阀10，最后进入回水水箱9；另一部分水经过第三截止阀29后流向出水水箱28顶盖侧面内部安装的第二浮球阀31，最后进入出水水箱28。第一浮球阀10和第二浮球阀31会在水位达到一定高度时自动关闭，防止水箱内水溢出。
[0040] 回水水箱9与出水水箱28之间的连通管分别连接第一球阀16、第二球阀26，第一球阀16的另一端连接第一液位计17，第一液位计17上端连接回水水箱9顶盖侧面，第二球阀26另一端连接第二液位计23，第二液位计23上端连接出水水箱28顶盖侧面。
[0041] 回水水箱9的水从水箱中部连通管经过第一球阀16后进入第一液位计17，由于第一液位计17的上端与回水水箱9顶部的空气相通，所以通过第一液位计17可以显示回水水箱9的液位，同样的，出水水箱28的水也从水箱中部连通管经过第一球阀26后进入第二液位计23，通过第二液位计23显示流回出水水箱28的液位。
[0042] 回水水箱9和出水水箱28内的压力通过真空泵3和压气机4进行控制。
[0043] 真空泵3连接第四截止阀5的一端，压气机4连接第五截止阀6的一端，第四截止阀5和第五截止阀6的另一端均通过管路连接三通的一端，三通的另外两端分别连接回水水箱9和出水水箱28的顶盖。第四截止阀5和第五截止阀6与三通之间的管路上设有第一压力传感器13，第一压力传感器13处还设有第一安全阀12。
[0044] 当试验系统需要减压时，真空泵3工作，回水水箱9和出水水箱28内的空气分别从两个水箱的顶部沿管路经过第一压力传感器13，然后经过第四截止阀5，从真空泵3处抽走，此时第五截止阀6关闭；当试验系统需要增压时，第四截止阀5关闭，压缩空气从压气机4经过第五截止阀6，流向第一压力传感器13，然后分别进入回水水箱9和出水水箱28。当回水水箱9和出水水箱28内部的压力超过规定的压力时，第一安全阀12打开，多余的空气从第一安全阀12处流出，防止回水水箱9和出水水箱28内压力过大。另外也可手动进行开关，对回水水箱9和出水水箱28进行放气。
[0045] 第三球阀15、第四球阀18、水泵19、放水口20、控温水箱21、加热丝22、第一温度传感器24、第五球阀25、第六球阀27组成循环水温控系统和排水管路，回水水箱9底部的水管分别通过管路连接第三球阀15和第四球阀18，第三球阀15的另一端连接水泵19，水泵19连接控温水箱21一端，控温水箱21另一端连接第六球阀27，控温水箱20与第六球阀27之间的管路设有第一温度传感器24，出水水箱28底部的水管分别通过管路连接第五球阀25和第六球阀27，第四球阀18与第五球阀25之间通过管路连接，并且在管路上设有放水口20，控温水箱21内部设有加热丝22。
[0046] 循环水温控系统的入口接在回水水箱9底部的水管上，出口接在出水水箱28底部的水管上。当研究低速泵或高速泵在高于环境温度的工质下的性能时，需要在试验前对系统水箱内的水进行加热。进行加热时，打开第三球阀15和第六球阀27，使该系统内充满水，然后加热丝22对控温水箱21内的水进行加热，接着水泵19进行工作，高温水从控温水箱21内流出，经过第一温度传感器24和第六球阀27，流入出水水箱28，与出水水箱28内的水混合，从而达到加热的目的；然后回水水箱9的低温水又从回水水箱9底部沿水管经过第三球阀15，流过水泵19，进入控温水箱21，形成一个完整的循环，实现对两个水箱内水的加热。当不需要对水进行加热时，可以关闭控温水箱21进出口的第三球阀15和第六球阀27。
当需要排水时候，将第四球阀18和第五球阀25打开，水通过放水口20排除，当不需要排水时候，第四球阀18和第五球阀25为关闭的。
[0047] 低速泵包括第一诱导轮、第一透明壳体48、第一离心泵47和第一电机46。第一诱导轮、第一离心泵47的叶轮和第一电机46同轴连接，第一诱导轮位于第一透明壳体48内部，第一透明壳体48通过法兰与上游管路和后面的第一离心泵47连接，第一离心泵47出口连接下游管路。
[0048] 高速泵包括第二诱导轮、第二透明壳体42、第二离心泵43、齿轮箱44和第二电机45。高速泵的连接方式与低速泵一样，只是在第二电机45和第二离心泵43之间加了一个齿轮箱44。第二电机45连接齿轮箱44的低速端，齿轮箱44的高速端连接第二离心泵43，而第二诱导轮与第二离心泵43的叶轮同轴连接，均由第二电机45带动，第二诱导轮位于第二透明壳体42的内部，第二透明壳体42通过法兰与上游管路和后面的第二离心泵43连接，第二离心泵43出口再连接下游管路。
[0049] 本发明试验系统中，诱导轮位于透明壳体内，透明壳体用高强度有机玻璃制作，通过法兰结构与泵前管路和离心泵相连。除气时可以在该处观察管路中含气情况，省去了在泵前设置观察窗的麻烦。另外采用透明壳体，在进行汽蚀试验时，可以通过高速摄影仪观察诱导轮内部的汽蚀情况。
[0050] 第一透明壳体48通过管路连接第七球阀38，其中间管路上设有第二压力传感器41；第二透明壳体42通过管路连接第八球阀39，其中间管路上设有第三压力传感器40；第七球阀38、第八球阀39的另一端均连接第一软管35，中间设有第二温度传感器37，第一软管35的另一端通过过滤器34、第六截止阀33连接出水水箱28的水管。上述组成上游管路。当启动高速泵或者低速泵时，水通过上游管路流进高速泵或者低速泵。
[0051] 第一离心泵47出口、第二离心泵43出口汇总至同一根管路，管路分别又连接单向阀50、第二安全阀36；
[0052] 第二安全阀36连接三通的一端，三通的另外两端分别连接第九球阀8、第十球阀32，第九球阀8的另一端连接回水水箱9顶盖，第十球阀32的另一端连接出水水箱28顶盖，第二安全阀36、第九球阀8、第十球阀32组成过压保护回路，如果泵后压力超过最大压力，第二安全阀36打开，部分水不经过单向阀50，而直接经过第二安全阀36，然后分成两路分别经过第九球阀8和第十球阀32从回水水箱9顶部、出水水箱28顶部分别进入水箱。
[0053] 单向阀50的入口处设有第四压力传感器49，单向阀50的出口连接分别连接第十一球阀51、第二软管52，第二软管52的另一端分别连接第十二球阀53、电动套筒调节阀56，本发明中所述的管路均为不锈钢管，第二软管52管路出口与电动套筒调节阀56之间的管路顶部设有一个开口，开口通过竖直管连接第十三球阀54；第十一球阀51和第十二球阀
53的出口作为备用出口，既可以用来放水，也可以在需要时，连接其他管路。
[0054] 电动套筒调节阀56的入口设有第三温度传感器55，电动套筒调节阀56的另一端连接流量计58，流量计58的另一端连接通过第七截止阀7连接回水水箱9的水管。
[0055] 第十三球阀54连接三通的一端，三通的另外两端分别连接第十四球阀2、第十五球阀57，第十四球阀2的另一端连接第一喷头11，第十五球阀57的另一端连接第二喷头11，第十三球阀54、第十四球阀2、第十五球阀57、第一喷头11、第二喷头11组成除气回路。
在进行正常试验前，需要对系统进行除气操作。当第二软管52的管路中有气体时，由于气体密度小，会浮在管路顶部，同时下游管路压力大于回水水箱9和出水水箱28中的压力，由于在第二软管52管路出口与电动套筒调节阀56之间的管路顶部开口，气体会在水的挤压下，沿竖直管同水一起流回回水水箱9和出水水箱28，经第一喷头11和第二喷头30喷出后，水气分离。
[0056] 实验过程：
[0057] 当进行低速泵试验时，先进行除气，低速泵运转，含气的水从出水水箱28流出，经过第六截止阀33到过滤器34，再到第一软管35，然后经过第二温度传感器37，第八球阀39关闭，水流过第二温度传感器37后流向第七球阀38，接着流过第二压力传感器41，进入第一诱导轮，这时可以查看管内含气情况。水从第一诱导轮接着流入第一离心泵47，从第一离心泵47出来经过泵后的第四压力传感器49，再通过单向阀50。从单向阀50出来流过第二软管52后，部分水包含着气体从管路顶部经过第十三球阀54，然后分成两路分别经过第九球阀8和第十球阀32进入两个水箱的第一喷头11和第二喷头30，水从两个喷头喷洒出，从而达到水气分离的目的。而另一部分水沿着主管路经过第三温度传感器55，电动套筒调节阀56，流量计58和第七截止阀7后进入回水水箱9。多循环几次，即可达到除气的目的。除气时泵前压力不能太小，不然不仅不能除气，反而会使管路内气体增多，影响试验。
[0058] 正常试验时，第十三球阀54关闭，水继续循环。如果泵后压力未超过规定的最大压力，水全部经第七截止阀7流入回水水箱9。泵后设有过压保护回路，如果泵后压力超过最大压力，第二安全阀36打开，部分水不经过单向阀50，而直接经过第二安全阀36，然后分成两路分别经过第九球阀8和第十球阀32从两个水箱顶部进入水箱。泵前的第一软管35和泵后的第二软管52是为了防止泵工作时振动向上游和下游传播。泵前和泵后都设有温度传感器和压力传感器，对水进入泵前的温度和压力，以及水流过泵之后的温度和压力进行测量和数据采集。高低速泵前都设有球阀，当选择好高速或是低速试验后可将另一路球阀关闭。高低速泵分别使用各自的电机，但第二离心泵43与第二电机45之间装有齿轮箱44进行变速。电动套筒调节阀56可以实现工作范围内流量的连续调节。
[0059] 当试验结束后，水可从放水口20排出。
