СПОСОБ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ ГАЗОМ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК B64G1/50 B64G5/00 F25B29/00 

Предлагаемое изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для обеспечения и автоматического поддержания необходимых режимов космических объектов в процессе их подготовки на наземных стартовых комплексах.

Известен способ воздушного термостатирования космических объектов, заключающийся в получении сжатого воздуха от источника воздухоснабжения, редуцировании, охлаждении и нагревании до заданных параметров. Устройство для воздушного термостатирования космических объектов (RU 2215951 С1, 10.11.2003), реализующее известный способ, содержит источник воздухоснабжения, трубопровод подачи с фильтром и управляемой арматурой, соединяющий источник воздухоснабжения через газовый редуктор с бортовым разъемным соединением, охладитель и электронагреватель.

Однако известные способ и устройство для воздушного термостатирования космических объектов не обеспечивают автоматическое переключение подачи с воздуха на азот и выдачу сжатого газа с заданными параметрами.

Известен способ воздушного термостатирования космических объектов и устройство для воздушного термостатирования космических объектов (RU 2184912 С2, 20.07.2000), осуществляющее известный способ, наиболее близкие по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению.

Способ для воздушного термостатирования космических объектов заключается в получении сжатого воздуха от источника воздухоснабжения, редуцировании, охлаждении и нагревании до заданных параметров и подаче его потребителю. При необходимости предусмотрена замена воздуха на азот, когда жидкий азот насосами через газификатор подается в нагреватель и далее потребителю. Устройство, осуществляющее известный способ, содержит источник воздухоснабжения, трубопровод подачи с фильтром и управляемой арматурой, соединяющей источник воздухоснабжения через газовый редуктор с бортовым разъемным соединением, емкость с жидким азотом, газификатор, охладитель и электронагреватели.

Однако известные способ и устройство для воздушного термостатирования космических объектов не обеспечивают автоматическую выдачу сжатых газов с заданным давлением, требуют громоздких емкостей для сжатого азота, насосов, дополнительного нагревателя подаваемого азота, а также усложняют и удорожают эксплуатацию всей системы в целом.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности, эксплуатационных характеристик на этапе подготовки к пуску и при пуске ракет-носителей со стартовых комплексов.

Требуемый технический результат достигается тем, что в способе термостатирования ракет-носителей газом высокого давления, заключающемся в получении сжатого газа давлением до 40 МПа от источника газоснабжения, редуцировании, нагревании и охлаждении до заданных температур и подаче его потребителю, после заправки компонентами топлива сжатый воздух давлением до 40 МПа редуцируют до давления 8-10 МПа, далее не позднее чем за 15 мин до команды «Контакт подъема» перекрывают подачу сжатого воздуха и подают сжатый азот, который также редуцируют до давления 8-10 МПа, при этом при срабатывании предохранительного клапана одной из линий блока понижения давления перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии, а также при фиксации неисправности в одной из подающих линий управляемого устройства перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии.

Для осуществления данного способа термостатирования ракет-носителей газом высокого давления предложена система термостатирования ракет-носителей газом высокого давления, состоящая из трубопровода подачи сжатого воздуха с фильтром, управляемым и редуцирующим устройствами, электронагревателя и охладителя, при этом она снабжена трубопроводом подачи сжатого азота с фильтром и управляемым устройством, причем управляемые устройства выполнены в виде пневмощита управления, состоящего из двух пар параллельных линий, одна из которых соединена с трубопроводами подачи сжатого воздуха, а другая - с трубопроводом подачи сжатого азота посредством труб с установленными на них сигнализаторами давления и манометрами, при этом каждая из параллельных линий, снабженная последовательно установленными электропневмоклапаном, сигнализатором давления и обратным клапаном, сообщается со снабженным дренажным вентилем общим коллектором, соединенным общим трубопроводом с редуцирующим устройством, выполненным в виде блока понижения давления, состоящего из двух параллельных линий с последовательно установленными на каждой из них электропневмоклапаном, дроссельным клапаном, газовым редуктором с подсоединенным к нему манометром, сигнализатором давления, предохранительным клапаном и обратным клапаном, причем предохранительный клапан связан с дренажным трубопроводом, снабженным сигнализатором давления, электрически связанным с каждым электропневмоклапаном блока понижения давления, и обратным клапаном, а параллельные линии после обратных клапанов объединены в общий трубопровод подачи сжатого газа с установленными на нем вентилем для отбора проб, дренажным вентилем, дюзой и общим запорным вентилем.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что после заправки компонентами топлива сжатый воздух редуцируют до давления 8-10 МПа, далее не позднее чем за 15 мин до команды «Контакт подъема» перекрывают подачу сжатого воздуха и подают сжатый азот, который также редуцируют до давления 8-10 МПа, при этом при срабатывании предохранительного клапана одной из линий блока понижения давления перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии, а также при фиксации неисправности в одной из подающих линий управляемого устройства перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии.

Кроме того, система снабжена трубопроводом подачи сжатого азота с фильтром и управляемым устройством, причем управляемые устройства выполнены в виде пневмощита управления, состоящего из двух пар параллельных линий, одна из которых соединена с трубопроводом подачи сжатого воздуха, а другая - с трубопроводом подачи сжатого азота посредством труб с установленными на них сигнализаторами давления и манометрами, при этом каждая из параллельных линий, снабженная последовательно установленными электропневмоклапаном, сигнализатором давления и обратным клапаном, сообщается со снабженным дренажным вентилем общим коллектором, соединенным с редуцирующим устройством, выполненным в виде блока понижения давления, состоящего из двух параллельных линий с последовательно установленными на каждой из них электропневмоклапаном, дроссельным клапаном, газовым редуктором с подсоединенным к нему манометром, сигнализатором давления, предохранительным клапаном и обратным клапаном, причем предохранительный клапан связан с дренажным трубопроводом, снабженным сигнализатором давления, электрически связанным с каждым электропневмоклапаном блока понижения давления, и обратным клапаном, а параллельные линии после обратных клапанов объединены в общий трубопровод подачи сжатого газа с установленными на нем вентилем для отбора проб, дренажным вентилем, дюзой и общим запорным вентилем.

Авторам не известны технические решения с существенными признаками, приведенными в отличительной части формул.

Система, осуществляющая предлагаемый способ, поясняется чертежами, где на фиг.1 - изображены трубопроводы подачи сжатого воздуха и азота, пневмощит управления (ПЩУ) и блок понижения давления (БПД), общий трубопровод подачи сжатого газа к блоку ракеты-носителя (РН), нагреватель и охладитель, на фиг.2 - представлена циклограмма работы системы.

Система термостатирования ракет-носителей газом высокого давления (СТВД РН) состоит из трубопровода подачи сжатого воздуха 1 (фиг.1) с фильтром 2, управляемым 3 и редуцирующим 4 устройствами, электронагревателя 5 и охладителя 6 и снабжена дополнительно трубопроводом подачи сжатого азота 7 с фильтром 8 и управляемым устройством 9. Управляемые устройства 3 и 9 выполнены в виде пневмощита управления (ПЩУ), состоящего из двух пар параллельных линий 10, 11, соединенных соответственно с трубопроводами подачи сжатого воздуха 1 и сжатого азота 7 посредством труб 12, 13 с установленными на них сигнализаторами давления 14, 15 и манометрами 16, 17. Каждая из параллельных линий 10, 11 снабженная последовательно установленными электропневмоклапаном (ЭПК) 18 (19), сигнализатором давления (РД) 20 (21) и обратным клапаном (ОК) 22 (23), сообщается со снабженным дренажным вентилем 24 общим коллектором 25, соединенным с редуцирующим устройством 4, выполненным в виде блока понижения давления (БПД), состоящего из двух параллельных линий 26 с последовательно установленными на каждой из них ЭПК 27, дроссельным клапаном 28, газовым редуктором 29 с подсоединенным к нему манометром 30, сигнализатором давления 31, предохранительным клапаном (КП) 32 и обратным клапаном 33. КП 32 связан с дренажным трубопроводом 34, снабженным РД 35 и ОК 36, а параллельные линии 26 после обратных клапанов объединены в общий трубопровод подачи сжатого газа 37 с установленными на нем вентилем для отбора проб 38, дренажным вентилем 39, дюзой 40 и общим запорным вентилем 41.

Конкретный пример реализации предложенных способа и системы термостатирования ракет-носителей газом высокого давления рассмотрим при проведении работ по пуску РН с наземного стартового комплекса.

При подготовке к пуску с наземного стартового комплекса после заправки РН компонентами топлива (фиг.2) начинается термостатирование РН, заключающееся в получении сжатого воздуха высокого давления, редуцировании его до заданного давления, нагревании и охлаждении до заданных температур и подаче потребителю. Для чего сжатый воздух давлением 40 МПа из единой ресиверной сжатых газов (не показана) по трубопроводу подачи 1 (фиг.1) через фильтр 2, где происходит его очистка от различных механических примесей, и по трубе 12, параллельным линиям 10 поступает к ЭПК 18. До открытия ЭПК 18 проводится контроль давления сжатого воздуха посредством РД 14 и манометра 16. После открытия ЭПК 18 (при штатной работе воздух подается по одной из параллельных линий; другая предназначена на случай возможных неисправностей в первой линии) сжатый воздух через ОК 22 по общему коллектору 25 поступает в БПД. Открытие ЭПК 18 подтверждается РД 20. В случае отказа (несрабатывания) в работу включается параллельная линия. Сброс сжатого воздуха из ПЩУ производится через дренажный вентиль 24. В БПД сжатый воздух по параллельным линиям 26 и после открытия ЭПК 27 через дроссельный клапан 28 поступает в газовый редуктор 29, где редуцируется до заданного давления и далее через ОК 33, дюзу 40, общий запорный вентиль 41, общий трубопровод подачи 37 поступает в нагреватель 5 и охладитель 6. Дроссельный клапан 28 защищает газовый редуктор 29 от пневматического удара. Контроль выдаваемого после редуктора 29 сжатого воздуха осуществляется РД 31 и манометром 30, подсоединенным к выходной полости газового редуктора 29. При превышении давления после газового редуктора выше заданного («заброс» редуктора) происходит срабатывание КП 32 и РД 35, который электрически связан с каждым ЭПК. В данном случае выдается электрический сигнал на закрытие ЭПК 27 и открытие ЭПК параллельной линии. Во избежание перетекания дренируемого воздуха из одного дренажного трубопровода в другой они разделены ОК 36. В случае невыхода газового редуктора на заданный режим работы (давление на выходе ниже заданного) РД 31, электрически связанный с ЭПК 27, выдает сигнал на его закрытие и открытие ЭПК параллельной линии. Указанная работа проводится при проведении пусконаладочных работ, автономных и комплексных испытаний. В период штатной работы при падении давления ниже заданного вопрос о закрытии ЭПК 27 и открытие ЭПК параллельной линии решает руководитель работы при получении соответствующей информации от АСУ системы и бортовой системы управления. Перед началом штатных работ производится настройка газовых редукторов на заданное давление при закрытом общем запорном вентиле 41, проводится отбор проб для определения степени кондиционности сжатого воздуха (азота) посредством вентиля 38. Сброс воздуха из БПД осуществляется дренажным вентилем 38. Для обеспечения заданного расхода на общем трубопроводе подачи сжатого газа 37 установлена дюза 40. После требуемых нагрева и охлаждения сжатый воздух из электронагревателя 5 и охладителя 6 поступает непосредственно потребителю (блоки РН).

За 15 мин до «КП» (фиг.2) от руководителя работ на комплексе поступает команда на замену атмосферы (с воздуха на азот). Это производится для создания азотной атмосферы вокруг РН, препятствующей распространению возможных видов возгорания в отдельных блоках.

Для чего происходит закрытие ЭПК 18 (контроль РД 20) и открытие ЭПК 19, тогда сжатый азот давлением 40 МПа из единой ресиверной сжатых газов (на черт. не показана) по трубопроводу подачи 7 через фильтр 8, где также происходит его очистка от различных механических примесей, по трубе 13, параллельным линиям 11 и через ЭПК 19, OK 23 и общий коллектор 25 поступает в БПД. До открытия ЭПК 19 проводится контроль давления сжатого азота посредством РД 15 и манометра 17. При штатной работе азот также подается по одной из параллельных линий другая предназначена на случай возможных неисправностей в первой линии. Открытие ЭПК 19 подтверждается РД 21. Сброс сжатого азота, как и сжатого воздуха из ПЩУ производится через дренажный вентиль 24. В БПД сжатый азот по параллельным линиям 26, после открытия ЭПК 27, через дроссельный клапан 28 поступает в газовый редуктор 29, где редуцируется до заданного давления и далее через ОК 33, дюзу 40, общий запорный вентиль 41, общий трубопровод подачи 37 поступает в нагреватель 5 и охладитель 6. Дроссельный клапан 28 защищает газовый редуктор 29 от пневматического удара. Контроль выдаваемого после редуктора сжатого азота осуществляется РД 31 и манометром 30, подсоединенным к выходной полости газового редуктора 29. При превышении давления после газового редуктора выше заданного происходит срабатывание КП 32 и РД 33, который электрически связан с каждым ЭПК, выдается электрический сигнал на закрытие ЭПК 28 и открытие ЭПК параллельной линии. Во избежание перетекания дренируемого азота из одного дренажного трубопровода в другой они разделены ОК 36. При невыходе газового редуктора на заданный режим работы также происходит выдача сигнала РД 31 на закрытие ЭПК 27 и открытие ЭПК параллельной линии. Указанная работа также проводится при проведении пусконаладочных работ, автономных и комплексных испытаний. В период штатной работы при падении давления ниже заданного вопрос о закрытии ЭПК 27 и открытие ЭПК параллельной линии решает руководитель работы при получении соответствующей информации от АСУ системы и бортовой системы управления. Сброс азота из БПД осуществляется дренажным вентилем 39. После требуемых нагрева и охлаждения сжатый азот из электронагревателя 5 и охладителя 6 поступает непосредственно в блоки РН. Разброс давлений (8-10 МПа) настройки газовых редукторов (рабочее давление) выбран с учетом возможности запуска различных типов и классов РН с данного стартового комплекса. Основными параметрами СТВД РН являются температурный режим и расход газа. Чтобы не вводить дополнительные БПД с различными газовыми редукторами для соответствующих РН из-за изменения расхода сжатого газа, предполагается перенастройка газовых редукторов данного БПД на соответствующее рабочее давление с сохранением диаметра общего трубопровода подачи.

При отрыве РН от пускового устройства автоматически прекращается подача азота к блокам РН, для чего закрывается ЭПК 19, сигнал о закрытии выдает РД 21. При прохождении команды АВД (аварийное выключение двигателей) и переносе пуска на определенный срок штатная работа СТВД РН продолжается.

Таким образом, предлагаемые способ и система термостатирования ракет-носителей газом высокого давления обеспечивают высокую степень надежности работ на стартовых комплексах при автоматическом поддержании постоянного заданного давления выдаваемых сжатых газов благодаря введению параллельных линий подачи с установленными на них элементами электропневмоавтоматики в пневмощите управления и блоке понижения давления; упрощает и удешевляет эксплуатацию системы обслуживающим персоналом за счет исключения дорогостоящих емкостей для жидкого азота, газификаторов и насосов и введения единой ресиверной сжатых газов.

В настоящее время разрабатывается конструкторская рабочая документация по системе термостатирования высоким давлением ракет-носителей (СТВД РН), которую предполагается использовать на стартовом комплексе «Союз в Гвианском космическом центре».

Изобретения относятся преимущественно к оборудованию и функционированию наземных стартовых комплексов. Предлагаемая система термостатирования содержит трубопроводы подачи сжатого воздуха (1) и сжатого азота (7), пневмощит управления и блок понижения давления. Пневмощит включает две пары параллельных линий с установленными в каждой из линий электропневмоклапаном (18, 19), сигнализатором давления (20, 21) и обратным клапаном (22, 23). Блок понижения давления содержит две параллельные линии (26) с установленными в каждой из них электропневмоклапаном (27), дроссельным клапаном (28), газовым редуктором (29), сигнализатором давления (31), предохранительным клапаном (32) и обратным клапаном (33). Предохранительный клапан (32) связан с дренажным трубопроводом (34), снабженным сигнализатором давления (35), электрически связанным с каждым электропневмоклапаном, и обратным клапаном (36). Согласно предлагаемому способу после заправки ракеты-носителя компонентами топлива сжатый воздух давлением до 40 МПа редуцируют до давления 8-10 МПа и не позднее чем за 15 мин до команды «Контакт подъема» перекрывают подачу сжатого воздуха и подают сжатый азот давлением до 40 МПа, который также редуцируют до давления 8-10 МПа. При срабатывании предохранительного клапана одной из линий блока понижения давления перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии этого блока. Также и при фиксации неисправности в одной из подающих линий пневмощита перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают его подачу по параллельной линии. Техническим результатом изобретений является повышение надежности и эксплуатационных характеристик на этапе подготовки к пуску и при пуске ракет-носителей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ термостатирования ракет-носителей газом высокого давления, заключающийся в получении сжатого газа давлением до 40 МПа от источника газоснабжения, редуцировании, нагревании и охлаждении до заданных температур и подаче его потребителю, отличающийся тем, что после заправки ракеты-носителя компонентами топлива сжатый воздух редуцируют до давления 8-10 МПа и не позднее чем за 15 мин до команды «Контакт подъема» перекрывают подачу сжатого воздуха и подают сжатый азот, который также редуцируют до давления 8-10 МПа, причем при срабатывании предохранительного клапана одной из линий блока понижения давления перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают подачу по параллельной линии этого блока, а также при фиксации неисправности в одной из подающих линий управляемого устройства перекрывают подачу сжатого газа по данной линии и открывают его подачу по параллельной линии этого устройства.2. Система термостатирования ракет-носителей газом высокого давления, содержащая трубопровод подачи сжатого воздуха с фильтром, управляемым и редуцирующим устройствами, электронагреватель и охладитель, отличающаяся тем, что она снабжена трубопроводом подачи сжатого азота с фильтром и управляемым устройством, причем оба управляемых устройства выполнены в виде пневмощита управления, содержащего две пары параллельных линий, соединенные посредством труб с установленными в них сигнализаторами давления и манометрами - одна с трубопроводом подачи сжатого воздуха, а другая с трубопроводом подачи сжатого азота, при этом каждая из параллельных линий, снабженная последовательно установленными электропневмоклапаном, сигнализатором давления и обратным клапаном, сообщена с общим коллектором, снабженным дренажным вентилем и соединенным с редуцирующим устройством, которое выполнено в виде блока понижения давления, состоящего из двух параллельных линий с последовательно установленными в каждой из них электропневмоклапаном, дроссельным клапаном, газовым редуктором с подсоединенным к нему манометром, сигнализатором давления, предохранительным клапаном и обратным клапаном, причем предохранительный клапан связан с дренажным трубопроводом, снабженным сигнализатором давления, электрически связанным с каждым электропневмоклапаном блока понижения давления, и обратным клапаном, а параллельные линии после установленных в них обратных клапанов объединены в общий трубопровод подачи сжатого газа с установленными в нем вентилем для отбора проб, дренажным вентилем, дюзой и общим запорным вентилем.