具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1所示，本实施例中的高压低温大流量阀门的建压速率控制系统，包括低温大口径恒压源1、低温隔离阀门2、隔离阀门控制系统3；所述低温大口径恒压源1与低温隔离阀门2的入口端相连，所述低温隔离阀门2的出口端与高压低温大流量阀门4的入口通过控制管路相连；其中低温隔离阀门2采用DN50低温隔离阀，低温大口径恒压源1作为该系统的入口，保证DN50低温隔离阀入口压力恒定，通过对DN50低温隔离阀的控制，从而实现的充填速率的控制。高压低温大流量阀门4后可通过安装节流孔板进行系统流量的控制。

如图2所示，所述隔离阀门控制系统3包括操纵气气源31、气路切换电磁阀32、缓冲罐33、节流孔板34和气缸35；所述缓冲罐33部分填充有压力液体；所述气路切换电磁阀32采用两位五通电磁阀，所述气缸35的活塞杆与低温隔离阀门2的控制端相连；所述缓冲罐33顶部通过两位五通电磁阀的正向通道与操纵气气源31或外部大气36相连，所述缓冲罐33底部通过节流孔板34与气缸35上腔相连，所述气缸35下腔通过两位五通电磁阀的反向通道与操纵气气源31或外部大气36相连。

由于高压低温大流量阀门4中充填液体压力变化与体积变化关系如下式：

其中：

dP表示充填液体压力变化速率MPa/s；

dV表示充填液体体积变化速率m³/s；

β为压缩系数

V表示高压低温大流量阀门4的充填容积m³。

从上式可以看出，高压低温大流量阀门4在充填容积一定的条件下，充填液体的压力变化速率和体积变化速率成正比。

同时，根据(其中ρ为介质密度，dQ为充填液体的流量变化速率可以得出，可以通过控制流量进而对体积变化速率进行控制，从而达到控制压力变化速率的目的。

根据流量公式其中：Q表示流量kg/s；C表示流量系数；A表示面积m²；ρ为密度kg/m³；ΔP表示压差MPa。保持低温隔离阀门2入口压力恒定，可通过低温隔离阀门2喉部充填液体流通面积的改变，对流量进行控制，低温隔离阀门2喉部充填液体流通面积(m²)计算公式为：A(x)＝πd²-πd(x)²，其中，d表示低温隔离阀门2阀座直径(mm)，d(x)表示低温隔离阀门2阀头直径(mm)；进而可以通过对阀头直径d(x)的设计，控制低温隔离阀门2喉部面积的改变。

在本实施例中，低温隔离阀门2可以采用截止阀，截止阀的阀瓣设计成抛物线状阀头，抛物线起点为阀瓣密封线，抛物线设计为y＝0.064x²，其中x表示阀头的轴向距离，y表示阀头的径向高度，x的取值范围为-26mm～26mm，全启状态阀瓣的开启高度可以提升至43.3mm，使截止阀开启高度与流通面积呈线性关系。

本实施例中，缓冲罐33中装入防冻液，两位五通电磁阀连接操纵气气源31控制操纵气供应。

两位五通电磁阀不通电状态下，操纵气气源31接通缓冲罐33挤压防冻液操纵气通过节流孔板34进入气缸35上腔，使低温隔离阀门2关闭，此时气缸35的活塞杆向下运动。

两位五通电磁阀通电状态下，电磁阀换向，气缸35下腔进气，缓冲罐33顶部连通外部大气36，排出空气，操纵气气源31的操纵气推动气缸35的活塞杆挤压气缸35上腔液体通过节流孔板34流入缓冲罐33，通过节流孔板34限流控制气缸35上腔防冻液流出速率，进而控制低温隔离阀门2的开启速度。

通过更换节流孔板34可实现低温隔离阀门2开关速率调节。缓冲罐33连接安装不同直径的节流孔板34对低温隔离阀门2进行动作测试，动作测试结果如下表1所示，低温隔离阀门2在不安装节流孔板时，打开时间为1.9s左右，安装1.5mm节流孔板后，低温隔离阀门2打开时间为4.4s左右，安装节流孔板后对低温隔离阀门2打开时间的控制效果较为明显，延长了低温隔离阀门2的开启时间。

表1阀门动作测试结果

为达到更好的阀门控制效果，可以通过在缓冲罐33内充装不同黏度的介质以及改变缓冲罐容积来实现，进而可增大低温隔离阀门2开启阻力。

本实施例中，试验系统设置压力参数P_i用于监测产品入口压力，设置压力参数P_j用于监测产品阀腔压力，建压时间以产品阀腔参数P_j为判据，以阀腔建压0.3MPa到阀腔建压最大值的整个过程为建压过程，即达到0.3MPa为开始建压时间，压力最大值为结束建压时间，对产品流量26.6kg/s状态下，计算建压过程中的平均建压速率：

其中：V为平均建压速率，MPa/s；

T_j1、T_j2为开始建压和结束建压的时间，s；

P_j1、P_j2为开始建压和结束建压的压力，MPa。

对产品流量26.6kg/s状态下的数据进行分析与统计，改进前使用传统低温试验系统，改进后采用液氧充填建压控制方案的效果，改进前后建压速率结果如下表2所示，改进前建压速率较快，平均建压速率为441MPa/s，改进后建压速率得到了较好的控制，在安装0.5mm、1.5mm和4.0mm孔板的状态下，平均建压速率分别为58.7MPa/s、63.2MPa/s、65.3MPa/s，满足了40MPa/s-70MPa/s的建压速率要求。

表2

本实施例还提供一种高压低温大流量阀门的建压速率控制方法，包括以下步骤：

1)将低温大口径恒压源1与低温隔离阀门2的入口端相通且低温隔离阀门2打开，此时气缸35下腔通过气路切换电磁阀32与操纵气气源31相通，缓冲罐33顶部通过气路切换电磁阀32与外部大气36相通；打开低温隔离阀门2，使控制管路按照40MPa/s-70MPa/s的建压速率填充恒压流体，约5s左右控制管路填充完成；

2)高压低温大流量阀门的关闭：

控制管路填充完成后，隔离阀门控制系统3的操纵气气源31通过气路切换电磁阀32的正向通道向缓冲罐33内施加压力，缓冲罐33内的压力液通过节流孔板34流入气缸35的上腔，气缸35下腔的气体通过气路切换电磁阀32排入外部大气，此时气缸35活塞杆动作并推动低温隔离阀门2关闭；

3)高压低温大流量阀门的打开：

隔离阀门控制系统3的操纵气气源31通过气路切换电磁阀32的反向通道进入气缸35的下腔，推动气缸35上腔中的压力液返回缓冲罐33；缓冲罐33上部的气体通过气路切换电磁阀32排入外部大气；此时气缸35活塞杆动作并推动低温隔离阀门2打开，且低温隔离阀门2开启高度与其流通面积呈线性关系；低温大口径恒压源1随着低温隔离阀门2的开启，驱动高压低温大流量阀门4在设定的建压速率40MPa/s～70MPa/s范围内打开。

步骤2)和步骤3)中，所述低温隔离阀门2开关速率调节是通过更换节流孔板34实现。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。