УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСОСНОЙ ЗАПРАВКИ БАКА РАКЕТЫ ЖИДКИМ КИСЛОРОДОМ Российский патент 1997 года по МПК B64G5/00 F17C6/00 

Изобретение относится к криогенной технике и найдет применение в технологии заправки бака ракеты, преимущественно стендовых установках.

Известно устройство для насосной заправки балка ракеты жидким кислородом, включающее расходную емкость, насос, трубопровод нагнетания, в котором заправку осуществляют перекачкой жидкости насосом из расходной емкости по трубопроводу нагнетания в бак [1]
При движении криогенной жидкости неизбежен ее прогрев из-за теплопритока от окружающей среды, из-за трения в трубе, тепловыделений при работе насоса и т. д. Это вызывает испарение части жидкости, приводит к образованию двухфазного жидкостного потока, могущего привести к срыву работы насоса (явление кавитации). Поэтому в известном устройстве при заправке стремятся держать жидкость в недогретом до равновесной температуры состоянии повышают давление на входе в насос путем наддува расходной емкости.

Однако жидкость в неравновесном состоянии, попав в бак ракеты, сообщаемый с атмосферой, испаряется, и пары ее отводятся в дренаж, т.е. имеет место безвозвратная потеря заправляемой жидкости (компонента топлива), что является недостатком названного устройства.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для насосной заправки бака ракеты жидким кислородом, включающее расходную емкость, патрубок всаса, насос, трубопровод нагнетания с теплообменником, трубопровод слива, сообщенный с расходной емкостью [2]
Жидкий кислород из расходной емкости перекачивается в трубопровод нагнетания и в теплообменник, где переохлаждается для предотвращения вскипания, и поступает в бак ракеты до определенного уровня Н_ном. После этого заправку продолжают с одновременным сливом жидкости в расходную емкость по трубопроводу слива, т. е. ведут термостатирование бака поддержание температуры охлажденной жидкости и уровня, увеличивая ее плотность и исключая потери заправляемой жидкости (съем теплопритоков к баку и коммуникациям производится за счет технологического хладагента жидкого азота, находящегося в теплообменнике).

Когда уровень жидкости в баке Н_б>Н_ном, то расход слива должен превышать расход наполнения (уровень начинает падать). Когда Н_б<Н_ном, то расход слива будет меньше расхода наполнения, т.е. имеет место колебание расхода жидкости в трубопроводе слива, которое для постоянного расхода в трубопроводе нагнетания компенсируется жидким кислородом из расходной емкости, обеспечивая необходимый уровень жидкости в баке. Данное устройство хотя, и не имеет потерь жидкости при заправке, но малоприемлемо при низком расположении бака и вертикальной схеме расходной емкости, например, в стендовых системах заправки, когда в системе может не оказаться нужного столба жидкости на линии слива для обеспечения требуемого расхода при возврате жидкости в расходную емкость, что является недостатком этого устройства.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей устройства для заправки бака ракеты жидким кислородом, т.е. обеспечить заправку в стендовых системах, где бак ракеты расположен ниже уровня жидкости в расходной емкости.

Это достигается тем, что в устройстве для заправки бака ракеты жидким кислородом, включающем расходную емкость, насос, патрубок всаса, трубопровод нагнетания с теплообменником и трубопровод слива, последний сообщен с патрубком всаса, на котором установлена дополнительная емкость, компенсирующая, при отключении расходной емкости, влияние колебания расхода в трубопроводе слива на работу насоса.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для насосной заправки бака ракеты. Оно включает расходную емкость 1, патрубок всаса 2, насос 3, трубопровод нагнетания 4 с теплообменником 5, трубопровод слива 6 с установленным на нем запорным вентилем 7 и сообщенный с патрубком всаса 2, дополнительную емкость 8, размещенную на патрубке всаса 2, запорные вентили 9, 10, установленные соответственно перед емкостями 1, 8.

Устройство работает следующим образом. Вентили 7, 10 перекрывают. Жидкий кислород из расходной емкости 1 по патрубку всаса 2 поступает на насос 3. Насосом 3 жидкость перекачивается по трубопроводу 4 в теплообменник 5 и бак ракеты. Во избежание образования перед насосом 3 зоны низкого давления (двухфазного потока) жидкость на насос подают под давлением за счет наддува расходной емкости 1 и высоты столба жидкости этой емкости.

При достижении в баке ракеты уровня жидкости Н_ном вентили 7, 10 открывают, а вентиль 9 перекрывают. Начинается процесс термостатирования - слив жидкости из бака ракеты по трубопроводу слива 6 и подачи ее вновь на патрубок всаса 2, насос 3, теплообменник 5 и бак.

когда уровень жидкости в баке Н_ном, слив идет расходом большим расхода нагнетания и излишки ее перед насосом поступают в дополнительную емкость 8. Когда уровень в баке понижается, расход слива также понижается и недостающее количество жидкости перед входом в насос поступает из дополнительной емкости.

Таким образом, сообщение трубопровода слива 6 с патрубком всаса 2 исключает необходимость высокого столба жидкости в нем, а установка дополнительной емкости 8 компенсирует влияние колебания расхода на работу насоса.

Технико-экономические преимущества заявляемого изобретения выражаются в возможности его использования в стендовых установках по отработке систем заправки баков ракет и прожига двигателей, когда из экономических соображений нецелесообразно высоко располагать бак (имитировать его высотную отметку) и когда выгодно применять вертикальную схему расходной емкости для снижения давления ее наддува.

Устройство для насосной заправки бака ракеты жидким кислородом. Применение: в технологии заправки бака ракеты топливом. Сущность: устройство включает расходную емкость, насос, патрубок всаса, трубопровод нагнетания с теплообменником и трубопровод слива, сообщенный с патрубком всаса. На патрубке всаса установлена дополнительная емкость, компенсирующая при отключенной расходной емкости влияние колебания расхода жидкости в трубопроводе слива на работу насоса. 1 ил.

Устройство для насосной заправки бака ракеты жидким кислородом, включающее расходную емкость, насос, патрубок всаса, трубопровод нагнетания с теплообменником и трубопровод слива, отличающееся тем, что трубопровод слива сообщен с патрубком всаса, причем на патрубке всаса установлена дополнительная емкость, компенсирующая при отключенной расходной емкости влияние колебания расхода жидкости в трубопроводе слива на работу насоса.