申请/专利权人：天津航天长征火箭制造有限公司;中国运载火箭技术研究院

申请日：2018-12-28

公开（公告）日：2021-02-23

公开（公告）号：CN109647826B

主分类号：B08B9/093(20060101)

分类号：B08B9/093(20060101);B08B3/12(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.02.23#授权;2019.05.14#实质审查的生效;2019.04.19#公开

摘要：现阶段，我国燃料贮箱的多余物清理仍采用人工清理的方式，即，贮箱在卧式状态下，作业人员穿戴防护服进入箱内进行多余物清理。本发明提出一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，所述清理系统包括清洗装置和多余物检测装置，清洗装置的开闭结构上设有射流喷头和超声振子集成，清洗装置的上端面、下端面和清洗装置外表面环形螺旋线方向均设置有射流喷嘴，清洗装置的上方设有液位传感器，清洗装置上还设有柔性防水限位开关，用于防止清洗装置和贮箱相碰撞，清理系统工作时采用射流和超声波两种方式交替清理；排出清洗液时进行多余物取样、烘干并检测。

主权项：1.一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统的清理方法，其特征在于，所述清理系统包括清洗装置和多余物检测装置，清洗装置的开闭结构上设有射流喷头和超声振子集成，射流喷头的上端面、下端面和射流喷头外表面均设置有射流喷嘴，清洗装置的上方设有液位传感器，清洗装置上还设有柔性防水限位开关和监控装置，柔性防水限位开关和监控装置用于防止清洗装置和贮箱相碰撞；清理系统的清理步骤包括：使用清洗装置交替的进行射流清理和超声清理；清洗装置在贮箱内的清洗路径起始位置为前底与筒段间焊缝位置，终止位置为后底与筒段间焊缝位置；清理步骤具体包括：S1.清洗装置入箱；S2.设置射流清洗参数；S3.前底侧清理，筒段部位清理，后底侧清理；S4.清洗装置回收至前底侧；S5.多余物取样并烘干；S6.设置超声清理参数，贮箱内注水，重复步骤S3～S5；S7.重复步骤S2～S5；S8.多余物检测；在对前底侧清理时，清洗装置的开启角度依次为总开度的5％～10％、总开度的50％、总开度的100％；筒段部位清理时清洗装置的开启角度为总开度的100％；后底侧清理时清洗装置的开启角度依次为总开度的100％、总开度的50％、总开度的5％～10％；在进行清洗时，清洗装置在贮箱内旋转，清洗装置的转速不高于1rmin，清洗装置的旋转范围包括0～±360°。

全文数据：一种大型航天器贮箱多余物射流超声清理方法技术领域本发明属于航天器制造领域，尤其是用于清理航天器贮箱多余物的射流超声技术。背景技术多余物控制与清理一直是航天产品研制过程中的技术难点、风险点和薄弱环节，是火箭或导弹各个零件、部段、系统的重点控制内容，是实现弹箭成功飞行的关键。贮箱中一旦有多余物存在不仅可能堵塞管路或阀门，还有可能发生发动机爆燃，这将直接影响发射和飞行安全。国内外历史上众多航天飞行失败案例中，很多就是由于多余物引起的，导致了巨大的损失。因此，燃料贮箱必须经过严格的多余物清理，保证贮箱内部的洁净度，才可用于火箭或导弹飞行。目前一般采用人工清理航天器贮箱，其存在的缺点如下：现有人工清理劳动强度大，手工作业通常需要多人数天才能完成，且在箱内有限空间作业，工作环境条件差，空气污浊，噪声严重；由于作业人员技能水平、工作状态、视觉灵敏度及作业力度等方面的差异性，导致贮箱清理的效果因人而异，清理的一致性无法保证。发明内容基于此，本发明提出一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，采用的技术方案如下：一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，所述清理系统包括清洗装置和多余物检测装置，清洗装置的开闭结构上设有射流喷头和超声振子集成，射流喷头的上端面、下端面和射流喷头外表面均设置有射流喷嘴。进一步的，射流喷头外表面的射流喷嘴和超声振子集成均沿清洗装置外侧环形螺旋线方向设置。进一步的，清洗装置的上方设有液位传感器，清洗装置上还设有柔性防水限位开关和监控装置，柔性防水限位开关和监控装置用于防止清洗装置和贮箱相碰撞。进一步的，监控装置为防水高清摄像装置。进一步的，所述清理系统还包括储水箱、试验基座和过滤装置，储水箱设有加注管路和泄回管路，加注管路和泄回管路与过滤装置连接，过滤装置设置在试验基座内，试验基座用于放置贮箱。进一步的，过滤装置包括若干过滤网，过滤网的过滤精度范围包括10μm～100μm，过滤网的过滤精度沿泄回的清洗介质流动方向逐步增加，过滤网通过橡胶与管路密封连接，相邻过滤网间的管路上设有取样口。进一步的，多余物检测装置包括烘干装置、称重装置和图像识别系统，烘干装置用于烘干多余物，称重装置用于对多余物进行称重，图像识别系统用于识别多余物中颗粒的尺寸。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1.清洗装置上设有射流喷头和超声振子集成，利用本发明中的清洗装置可以提高贮箱清理的质量，减小贮箱清理的时间；清洗装置的环形螺旋线方向设置有射流喷嘴和超声振子集成，便于清洗装置旋转时形成完整清洗面；清洗装置上设置的传感器保证了清洗系统的安全性。2.使用多余物检测装置可以对贮箱多余物清理效果进行量化评价。本发明的另一目的在于提出一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，采用的技术方案如下：一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，清理系统的清理步骤包括：使用清洗装置交替的进行射流清理和超声清理。进一步的，清洗装置在贮箱内的清洗路径起始位置为前底与筒段间焊缝位置，终止位置为后底与筒段间焊缝位置。进一步的，清理步骤具体包括：S1.清洗装置入箱；S2.设置射流清洗参数；S3.前底侧清理，筒段部位清理，后底侧清理；S4.清洗装置回收至前底侧；S5.多余物取样并烘干；S6.设置超声清理参数，贮箱内注水，重复步骤S3～S5；S7.重复步骤S2～S5；S8.多余物检测。进一步的，前底侧清理时，清洗装置的开启角度依次为总开度的5％～10％、总开度的50％、总开度的100％；筒段部位清理时清洗装置的开启角度为总开度的100％；后底侧清理时清洗装置的开启角度依次为总开度的100％、总开度的50％、总开度的5％～10％。进一步的，进行清洗时，清洗装置在贮箱内旋转，清洗装置的转速不高于1rmin，清洗装置的旋转范围包括0～±360°。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1.通过超声清洗和射流清洗相结合的方法进行贮箱内部全表面多余物自动化清理，清洗方法由传统手工清理提升为自动与手工清理相结合的方式，提升贮箱多余物清理质量，减少人员劳动强度，改善作业条件；人工辅助流程仅涉及检查确认多余物清理效果，以及必要时进行补充多余物清理。2.利用自动清理方法，设计程式化的清理工艺流程，针对不同结构尺寸的贮箱设计清理工艺参数，有效避免操作人员本身及工作状态对清理效果的影响，确保贮箱清理的一致性和安全性。附图说明图1是清理系统整体结构示意图；图2是清洗前检验流程图；图3是采用射流清理时的流程图；图4是采用超声波清理时的流程图。具体实施方式如图1所示，本发明实施例提出一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，基于该系统提出一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，总体思想为：多余物自动清理时按照先多后少、射流为主、超声为辅的原则，首先对箱内进行射流自动清洗，除去产品表面较大的多余物，然后再进行超声自动清洗，超声辅助去除浮动的粉末和夹缝中的多余物，最后再次进行射流自动清洗，冲洗掉超声清洗时振出的附着在产品表面的多余物。本实施例中的清理系统包括清洗装置，清洗装置的开闭结构上设有射流喷头和超声振子集成，超声波的频率在40KHz-50KHz左右。清洗装置的上端面、下端面和清洗装置外表面环形螺旋线方向均设置有射流喷嘴，清洗装置的上方设有液位传感器，液位传感器以满足超声振子浸没要求为准，一般设置为300-500mm。清洗装置上还设有柔性防水限位开关，用于防止清洗装置和贮箱相碰撞，开闭结构的开启角度包括，总开度的5％～10％小角度、总开度的50％中角度和总开度的100％大角度。清洗装置设置有自锁功能，清洗装置与贮箱入孔对中后，需锁定清洗装置的水平摆动和伸缩功能臂；贮箱出入箱时，需锁定清洗装置的展开和旋转功能，防止发生磕碰。为保证贮箱安全，避免清洗装置在箱内运行时设备的零部件松动脱落对产品造成损伤，在设备动关节部位均进行防松锁紧，在螺纹结构的紧固件上需采用涂抹密封胶等方式进行锁紧。清洗装置入箱工作部分选用不锈钢或铝合金材质，线缆及密封等部件选用防腐防水材质，避免对贮箱产生二次污染。如图2至图4所示，本发明实施例中提出的清理方法主要包括三个阶段，即，清理前准备，高压射流自动清洗和超声自动清洗。清理前准备的步骤包括：1.检查清洗装置入箱部分的机械结构及紧固件无松动等异常情况；2.检查高压泵组机体无漏水漏油等问题；3.检查机械臂等结构无异常；4.在贮箱未上架前，进行系统预试，验证清洗装置自动流程，检查确认机械运动无问题；5.清洗装置各限位检查确认；6.贮箱就位：将待清洗贮箱吊装至试验基座上；7.安装多级过滤装置；8.多余物收集系统分别与贮箱和加注管路连接。考虑到箱内零件安装状态，尤其是箱底部分球形部位零件安装位置空间结构限制，清理装置在贮箱内行走起始点确定为前底与筒段间焊缝位置，终止位置为后底与筒段间焊缝位置。同时在设计清理装置的清洗路径时，箱内固定类零件距清洗装置距离不少于100mm。清洗前首先将清洗装置入箱，清洗装置入箱时收拢状态，结合在贮箱入孔设置的反馈传感器，实时调节清洗装置与入孔间距离，以保证清洗装置与贮箱入孔间径向距离不小于10mm，入箱后，高压射流自动清洗的步骤包括：1.前底侧清洗，包括装置小角度开启，装置正反转各一圈；装置中角度开启，装置正反转各一圈；装置大角度开启，装置正反转各一圈；2.筒段部位清洗，包括装置大角度保持；装置下降指定高度，装置正反转各一圈；下限位置判断，其中每一级下降的高度依据清洗装置环向喷嘴的清洗覆盖范围确认，并保持上下两段间存在一定重合，避免清洗区域遗漏；3.后底侧清洗，包括装置大角度保持，装置正反转各一圈；装置关闭至中角度，装置正反转各一圈；装置关闭至小角度，装置正反转各一圈；装置闭合；4.清洗装置回收至前底侧；5.收集多余物。清洗过程中在每一个清洗高度，清洗装置通过周向匀速旋转，实现高度范围内的贮箱壁面射流清理；旋转速度的设置需综合考虑清洗效率与清洗效果，并与喷嘴覆盖范围匹配，为实现待清洗部位的连续清洗，旋转速度不高于1rmin；考虑到管路、线缆和密封的设置，清洗装置旋转范围设置为0-±360°。高压射流自动清洗完成后，贮箱内零件间的夹缝结构和表面细小铝沫，采用超声振动的方式进行清理。其行走轨迹和清洗路径均与高压射流自动清洗一致，超声清洗包括步骤：1.贮箱加注纯水；2.超声开启；3.前底侧清洗，包括装置小角度开启，装置正反转各一圈；装置中角度开启，装置正反转各一圈；装置大角度开启，装置正反转各一圈；4.筒段部位清洗，上一步清洗反转归零后，装置大角度保持，打开排水阀排水，当液位下降到设定的液位值时关闭排水阀。排水阀完全关闭后，再下降清洗装置至初始清洗液位，装置正反转各一圈；下限位置判断，其中每一级下降的高度依据清洗装置环向超声振子的清洗覆盖范围确认，并保持上下两段间存在一定重合，避免清洗区域遗漏；5.后底侧清洗，包括装置大角度保持，装置正反转各一圈；装置关闭至中角度，装置正反转各一圈；装置关闭至小角度，装置正反转各一圈；装置闭合；6.清洗装置回收至前底侧，清洗装置出箱；7.排空贮箱内纯水；8.收集多余物。初次清理后进行多余物检测，具体为步骤1.通过烘干装置将多余物进行烘干。烘干时可采用蒸发皿或烘干箱进行干燥，烘干温度不应高于100℃。当采用烘干箱热风干燥时，应首先对收集器皿采用无纺布或绸布包封，防止热风将多余物吹走；步骤2.采用标准砝码对微量天平进行校准，校准后对多余物进行称重，并记录重量；步骤3.将烘干后的多余物分区域放置在透光平板上，并利用洁净无尖无角的工具将多余物分散拨开；步骤4.调节位于透光平板下方的面光源，对透光平板上侧放置的多余物的轮廓进行示廓，使其在透光平板上方安装的高清成像装置的成像底片上形成多余物的阴影，无多余物处则显示为面光源透过平板的颜色白色等较浅颜色；透光平板也可以无下侧的面光源，此时高清成像装置提供光源，利用反射光在成像底片上进行成像；步骤5.高清成像装置按指定的轨迹分区域拍摄成像；步骤6.图像识别系统对分区域拍摄的图像进行拼接，其中图像识别系统可以识别相邻成像区域之间重叠部分的大小，删除一侧重叠的部分，再将图像按照处理后的边界无缝拼接在一起；步骤7.图像识别系统计算出多余物的实际粒径，具体为图像识别系统通过相邻像素之间的色度差来确定是否为颗粒物的边缘，进而确定单个多余物颗粒的二维投影图像，并获得该二维投影图像的尺寸和面积，利用事先测算得出的像素与颗粒物实际尺寸的换算比例尺，计算出该多余物颗粒的实际粒径大小和表面积，完成对于单个多余物的尺寸分析；步骤8.图像识别系统统计不同尺寸区间多余物中颗粒的数量，输出不同尺寸区间多余物颗粒的数量分布情况。量化评价标准的建立应以满足增压输送系统和发动机系统的需求为前提，本实施例中使用的量化标准为：1.多余物重量指标的确定应考虑贮箱表面积分布，允可重量一般不应超过15mgm2；2.多余物尺寸指标的确定应考虑收集系统中的滤网精度，允可颗粒不应低于滤网精度，一般为5-10μm；3.检测时应明确不同尺寸区间多余物的允可数量，本实施例中，允可指标如下：表1颗粒尺寸范围μm最大允可数每100ml贮箱容积0-10不做限制11-2510026-505051-100101010当多余物不满足评价标准时，进行二次清理，当多余物满足评价标准时，进行清理后处理，包括：1.清洗装置回收至塔架内：通过操作竖直臂和水平臂将清洗装置回收至塔架存放原位；2.拆除贮箱相关连接：将过滤装置与贮箱后底侧法兰间的连接拆除；3.贮箱下架烘干：将试验贮箱吊装下架，水平放置于运输车上，通过入孔向箱内送60-80℃的热进行烘干。以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

权利要求：1.一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，其特征在于，所述清理系统包括清洗装置和多余物检测装置，清洗装置的开闭结构上设有射流喷头和超声振子集成，射流喷头的上端面、下端面和射流喷头外表面均设置有射流喷嘴，清洗装置的上方设有液位传感器，清洗装置上还设有柔性防水限位开关和监控装置，柔性防水限位开关和监控装置用于防止清洗装置和贮箱相碰撞。2.如权利要求1所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，其特征在于，射流喷头外表面的射流喷嘴和超声振子集成均沿清洗装置外侧环形螺旋线方向设置。3.如权利要求1所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，其特征在于，所述清理系统还包括储水箱、试验基座和过滤装置，储水箱设有加注管路和泄回管路，加注管路和泄回管路与过滤装置连接，过滤装置设置在试验基座内，试验基座用于放置贮箱。4.如权利要求3所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，其特征在于，过滤装置包括若干过滤网，过滤网的过滤精度范围包括10μm～100μm，过滤网的过滤精度沿泄回的清洗介质流动方向逐步增加，过滤网通过橡胶与管路密封连接，相邻过滤网间的管路上设有取样口。5.如权利要求1所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理系统，其特征在于，多余物检测装置包括烘干装置、称重装置和图像识别系统，烘干装置用于烘干多余物，称重装置用于对多余物进行称重，图像识别系统用于识别多余物中颗粒的尺寸。6.一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，其特征在于，清理系统的清理步骤包括：使用清洗装置交替的进行射流清理和超声清理。7.如权利要求6所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，其特征在于，清洗装置在贮箱内的清洗路径起始位置为前底与筒段间焊缝位置，终止位置为后底与筒段间焊缝位置。8.如权利要求7所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，其特征在于，清理步骤具体包括：S1.清洗装置入箱；S2.设置射流清洗参数；S3.前底侧清理，筒段部位清理，后底侧清理；S4.清洗装置回收至前底侧；S5.多余物取样并烘干；S6.设置超声清理参数，贮箱内注水，重复步骤S3～S5；S7.重复步骤S2～S5；S8.多余物检测。9.如权利要求8所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，其特征在于，前底侧清理时，清洗装置的开启角度依次为总开度的5％～10％、总开度的50％、总开度的100％；筒段部位清理时清洗装置的开启角度为总开度的100％；后底侧清理时清洗装置的开启角度依次为总开度的100％、总开度的50％、总开度的5％～10％。10.如权利要求9所述一种航天器贮箱多余物射流超声清理方法，其特征在于，进行清洗时，清洗装置在贮箱内旋转，清洗装置的转速不高于1rmin，清洗装置的旋转范围包括0～±360°。

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