一種低溫推進劑快速過冷裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及低溫推進劑過冷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低溫推進劑快速過冷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低溫推進劑(如液氫、液氧、液態(tài)甲烷等)由于具有無毒、無污染、低成本、高比沖和大推力等優(yōu)勢，成為應(yīng)用于大型運載火箭最廣泛的一組推進劑，其比沖比常溫推進劑高30 %?40 %。目前，低溫推進劑應(yīng)用時的熱力學(xué)狀態(tài)大部分都處于沸點溫度附近，其熱物理性能具有明顯不足，尤其是液氫，其突出缺點是:密度和單位體積顯冷量小。為了提高低溫推進劑熱力學(xué)性能，采用過冷的手段，來改善低溫推進劑自身的不足，效果非常顯著。
[0003]低溫推進劑過冷方式主要包括換熱過冷、抽空過冷和冷氦氣鼓泡過冷。對于重型運載火箭來說，其低溫推進劑過冷有兩個特點:①過冷度大，接近三相點溫區(qū);②過冷量大，每發(fā)任務(wù)需要低溫推進劑100m3以上，國外最大充注量達到8000m3。因此，要想滿足以上兩個要求，從工程應(yīng)用角度來說，抽空過冷是一種最可行的方式之一，但其不足之處就是抽空時間過長。因為低溫推進劑抽空過冷的速率不僅與真空栗的抽速有關(guān)，還與其自身的熱物性特點有關(guān)。當(dāng)真空栗抽速加大時，會給系統(tǒng)帶來兩個致命的后果:①引起貯罐巨烈振動，由于抽速加大，使貯罐內(nèi)氣枕壓力快速降低，貯罐內(nèi)氣液界面發(fā)生劇烈沸騰，如水在電壺中燒開的情形一樣，導(dǎo)致大型貯罐發(fā)生強烈振動，輕則螺絲松動，部件掉落，重則引起共振，焊縫開裂，低溫推進劑泄漏;②引起低溫推進劑溫度嚴(yán)重分層，尤其在三相點附近，由于抽速過快，會導(dǎo)致貯罐內(nèi)氣液界面處的液體凝固，而底部的液體過冷度其實并不大。
[0004]目前，隨著航天事業(yè)的大力發(fā)展，運載火箭發(fā)射任務(wù)會大量增加，相應(yīng)地每發(fā)任務(wù)準(zhǔn)備的周期會大大縮短。低溫推進劑過冷作為運載火箭地面加注系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，在每發(fā)任務(wù)準(zhǔn)備期間，卻占據(jù)了大量的準(zhǔn)備時間，同時，低溫推進劑過冷時，貯罐內(nèi)會有熱量漏入，過冷時間越長，漏入的熱量會越多，相應(yīng)地低溫推進劑浪費就越大。因此，則急需一種快速過冷低溫推進劑的方法和過冷器裝置，來保障未來運載火箭密集發(fā)射時，每發(fā)任務(wù)準(zhǔn)備周期縮短和低溫推進劑高效利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種低溫推進劑快速過冷裝置，將低溫推進劑過冷時間大大減少，且將過冷溫度降至近三相點溫度。
[0006]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種低溫推進劑快速過冷裝置，包括裝有低溫推進劑的貯罐組件，低溫推進劑在貯罐組件形成氣相16、氣液界面17和液相20，氣相16內(nèi)設(shè)有擋板組件，擋板組件下方設(shè)有節(jié)流組件，擋板組件上方設(shè)有減壓抽空組件；
[0008]所述貯罐組件包括內(nèi)罐18與外罐19，內(nèi)罐18與外罐19通過一個以上并聯(lián)的支撐桿21相連，管道W穿過內(nèi)罐18與外罐19，w端伸入低溫推進劑液相20底部，V端和第五閥門15出口相連，第五閥門15入口和大氣相通，內(nèi)罐18與固定在外罐19上的第六閥門14、傳感器13相連；
[0009]所訴擋板組件包括氣相16內(nèi)設(shè)置的擋板11，擋板11通過吊桿12連接在內(nèi)罐18的內(nèi)壁上；
[0010]所述的節(jié)流組件包括管道ab，管道ab的a端侵入低溫推進劑液相20，管道b端與第一閥門4入口相連，第一閥門4出口與栗5入口通過管道Cd相連，栗5出口與第二閥門7入口通過管道ef相連，第二閥門7出口通過管道g j和節(jié)流裝置8入口相連，節(jié)流裝置8入口通過管道i j和第三閥門6出口連接，閥門6入口與管道ah的h端相連，節(jié)流裝置8出口與漸擴管9入口通過管道km相連，翅片10連接于管道km的外壁面上；
[0011 ]所述的減壓抽空組件包括管道no，管道η端伸入低溫推進劑氣相16，管道ο端與外罐19外的加熱裝置3入口相連，加熱裝置3出口與第四閥門2入口通過管道pq相連，閥門2出口與真空栗I入口通過管道rs相連，真空栗I出口與管道tu和大氣相通。
[0012]所述低溫推進劑為液氫、液氧或液態(tài)甲烷。
[0013]所述第一閥門4為低溫截止閥，第三閥門6和第二閥門7為低溫調(diào)節(jié)閥，第五閥門15為低溫截止閥，第六閥門14為安全排放閥，第四閥門2為低真空電磁壓差充氣閥。
[0014]所述栗5為低溫離心栗;真空栗I為旋片真空變頻栗，其設(shè)置有水預(yù)冷系統(tǒng)，防止真空栗I損耗。
[0015]所述節(jié)流裝置8為節(jié)流閥。
[0016]所述翅片10為鋁合金制環(huán)形翅片。
[0017]所述管道ab、管道ah、管道Cd、管道ef、管道gj、管道ij、管道vw為高真空多層絕熱低溫液體管道，管道km、管道no、管道pq、管道rs、管道tu為光滑不銹鋼管道。
[0018]所述加熱裝置3為一個以上并聯(lián)的加熱網(wǎng)。
[0019]所述內(nèi)罐18和外罐19材料為不銹鋼。
[0020]所述傳感器13為壓力傳感器。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]本發(fā)明裝置可以將低溫推進劑(如液氫、液氧或液態(tài)甲烷等)過冷時間大大減少，縮短每發(fā)任務(wù)準(zhǔn)備周期，且可將過冷溫度降至三相點溫度，甚至出現(xiàn)漿體液體，為大型運載火箭或重型運載火箭密集、高效的發(fā)射提供地面保障和技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0025]參照圖1，一種低溫推進劑快速過冷裝置，包括裝有低溫推進劑的貯罐組件，低溫推進劑在貯罐組件形成氣相16、氣液界面17和液相20，氣相16內(nèi)設(shè)有擋板組件，擋板組件下方設(shè)有節(jié)流組件，擋板組件上方設(shè)有減壓抽空組件；
[0026]所述貯罐組件包括內(nèi)罐18與外罐19，內(nèi)罐18與外罐19通過一個以上并聯(lián)的支撐桿
21相連，管道W穿過內(nèi)罐18與外罐19，w端伸入低溫推進劑液相20底部，V端和第五閥門15出口相連，第五閥門15入口和大氣相通，內(nèi)罐18與固定在外罐19上的第六閥門14、傳感器13相連，第五閥門15為低溫截止閥，作用是控制低溫推進劑的加注，管道vw為高真空多層絕熱低溫液體管道，第六閥門14為安全排放閥，傳感器13為壓力傳感器，作用是采集壓力信號，送入人工智能控制器內(nèi)，通過PID算法控制真空栗I的抽速；
[0027]所訴擋板組件包括氣相16內(nèi)設(shè)置的擋板11，擋板11通過吊桿12連接在內(nèi)罐18的內(nèi)壁上，擋板11的作用是抵擋從漸擴管9中射出的低溫氣體或氣液兩相流體，防止被真空栗I直接抽走；
[0028]所述的節(jié)流組件包括管道ab，管道ab的a端侵入低溫推進劑液相20，管道b端與第一閥門4入口相連，第一閥門4出口與栗5入口通過管道Cd相連，栗5出口與第二閥門7入口通過管道ef相連，第二閥門7出口通過管道g j和節(jié)流裝置8入口相連，節(jié)流裝置8入口通過管道i j和第三閥門6出口連接，閥門6入口與管道ah的h端相連，節(jié)流裝置8出口與漸擴管9入口通過管道km相連，翅片10連接于管道km的外壁面上;第一閥門4為低溫截止閥，作用是控制液體進入栗5內(nèi)；第三閥門6和第二閥門7為低溫調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)進入節(jié)流裝置8內(nèi)的液體流量;栗5為低溫離心栗，提供一定的壓頭，使節(jié)流后液體的溫度盡量降低;栗5浸泡在低溫池內(nèi)，防止熱量進入;節(jié)流裝置8為節(jié)流閥，作用是通過壓降，獲得致冷量，從而帶走低溫推進劑液相20內(nèi)的能量，使其溫度降低;翅片10為鋁合金制的環(huán)形翅片，作用是加強管道km的換熱面積，同時減