CN101539069B - 一种推进剂恒压供给的压力稳定控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，具体包括高压气源装置、增压装置、操纵气装置、吹除装置以及液体推进剂供给装置组成。高压气源装置提供高压气源。增压装置向推进剂贮箱增压，挤压推进剂进入供给管路，增压缓冲罐能够使增压气体的压力稳定。吹除装置负责加注管路推进剂的清理。操纵气装置向系统提供操纵气。通过本推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，增压气体的气压能够始终保持恒定，从而在试验中使液体推进剂稳定连续的供给，并且增压过程中，满足缓慢增压的原则，防止因压力升高过快而使供给管路发生崩裂。
Description
技术领域
本发明属于电推进发动机领域，具体涉及电阻加热发动机、Arcjet电弧加热发动机、离子发动机、MPD推力器等电推进发动机试验中液体推进剂供给时提供恒定压力的控制装置。
背景技术
电推进发动机具有比冲高、寿命长、可重复启动、控制精度高等优点，在航天器姿轨控、深空探测、星际航行等任务中具有广阔应用前景。电推进技术的应用将有效增加航天器的有效载荷、降低发射成本、提高航天器整体技术水平。因此，通过地面试验对电推进发动机进行研究正在广泛开展。
电推进家族中的电阻加热式推力器、Arcjet发动机、离子发动机、MPD推力器等等被广泛研究。上述电推进推力装置会选择液体工质作为发动机工作的推进剂。因此液体推进剂供给问题在电推进发动机地面模拟试验中极其重要。
推进剂流量是用来评估推力器性能不可缺少的参数，电推进发动机地面试验需要测量精确的推进剂流量，来确定推力器的性能，因此在电推进试验中，液体推进剂必须能够稳定的供给。目前大多数的电推进试验中，液体推进剂的供给方式为高压气体挤压式供给。如果供给的高压气体气压出现较大幅度的波动，那么将无法保证推进剂的稳定供给。
发明内容
本发明的目的在于提供一种推进剂恒压供给的压力稳定控制装置。根据电推进试验中液体推进剂流量稳定的要求，发明了推进剂恒压供给的压力稳定控制装置。通过本推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，增压气体的气压能够始终保持恒定，从而在试验中使液体推进剂稳定连续的供给，并且增压过程中，满足缓慢增压的原则，防止因压力升高过快而使供给管路发生崩裂。
一种推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，该装置具体由高压气源装置、增压装置、操纵气装置、吹除装置以及液体推进剂供给装置组成；
高压气源装置由高纯氮气气瓶、气瓶手动阀门、气瓶压力表、以及减压器阀组成，给液体推进剂加注提供平稳的高压气体。高纯氮气气瓶为提供高压气源，气瓶压力表监测气瓶内高纯氮气压强，气瓶手动阀门控制高压气体来源。
贮箱增压装置包括贮箱增压阀门、缓冲罐、缓冲罐压力表、过滤器、贮箱增压管路阀门、压力传感器阀门、压力传感器，通过使用高压气源的气体给液体推进剂贮箱增压，使得液体推进剂供给装置中的推进剂贮箱与推进剂供给管路之间产生压力差，把液体推进剂从推进剂贮箱挤入推进剂供给管路中。
贮箱增压装置中设有缓冲罐，它使增压气体在进入推进剂贮箱前在罐中膨胀稳定，防止气体进入贮箱后压力出现大的波动，从而达到推进剂恒压供给的目的；缓冲罐为一近似圆柱体，直径为200mm，高度为1.2m，厚度为2mm，容积为40L。
液体推进剂供给装置包括推进剂贮箱、推进剂液体阀门、推进剂供给管路、推进剂加注管路；能够完成液体推进剂的供给、加注；通过推进剂加注管路，液体推进进入推进剂贮箱；通过贮箱增压装置增压，推进剂贮箱向推进剂供给管路供给液体推进剂。
操纵气装置由手动阀门、减压器阀、压力表、集气腔和电磁阀组成，用于向气动阀提供操纵气，操纵气压力通过减压器阀调节，压力表监测操纵气压力数值。
吹除装置包括吹除增压阀门、减压器阀、单向阀门、过滤器、吹除阀、吹除放气阀、吹除压力表、集气管、集气管放气管路；试验结束后，通过吹除装置向推进剂供给管路内充入高压气体，将管路吹除干净；压力通过减压器阀调节，压力值通过压力表监测；废气统一集中在集气管中排放。
在N2H4电弧加热发动机试验台上，肼推进剂的供给采用气体挤压式。在实验中，已经成功采用该液体推进剂贮箱增压装置对电弧加热发动机的液体推进剂贮箱进行贮箱增压操作，通过本装置，供给气压恒定，肼推进剂流量稳定，整个装置工作状况良好，很好的达到了试验的要求。
附图说明
图1为本发明推进剂恒压供给的压力稳定控制装置图。
图中：
1.高纯氮气气瓶 2.气瓶压力表 3.贮箱增压手动阀门 4.减压器阀
5.缓冲罐压力表 6.缓冲罐 7.过滤器A 8.过滤器B
9.贮箱增压管路手动阀门 10.压力传感器阀门 11.压力传感器
12.推进剂贮箱 13.推进剂液体阀门A 14.推进剂液体阀门B
15.推进剂供给管路 16.贮箱放气气动阀 17.电磁阀
18.操纵气手动阀门 19.操纵气减压器阀 20.操纵气压力表
21.操纵气集气腔 22.吹除增压阀门 23.吹除减压器阀 24.吹除过滤器
25.吹除单向阀门 26.吹除手动阀门 27.吹除放气阀门 28.吹除压力表
29.集气管 30.集气管放气管路 31.推进剂加注阀门
32.推进剂加注管路
具体实施方式
如图1所示，本发明具体由高压气源装置、增压装置、操纵气装置、吹除装置以及液体推进剂供给装置组成。
高压气源装置主要包括高纯氮气气瓶1、气瓶压力表2，用来给液体推进剂加注提供平稳的高压气体。高纯氮气气瓶1为提供高压气源，氮气纯度为99.99％。气瓶压力表2监测气瓶内高纯氮气压强，当高纯氮气气瓶1内高纯氮气压强小于5MPa时，应更换高纯氮气气瓶1。高纯氮气气瓶1自带气瓶手动阀门，控制高压气体供给。
进行操作前首先保证所有的阀门均是关闭的。工作前首先打开操纵气手动阀门18，供给装置所需的操纵气。操纵气压力通过操纵气减压器阀19进行调节，压力表20监测操纵气压力。操纵气通过管路到达操纵气集气腔21，电磁阀17控制开关贮箱放气气动阀16所需的操纵气。
贮箱增压装置使用高压气源通过贮箱增压阀门3和贮箱增压管路手动阀门9给液体推进剂贮箱12增压，使得推进剂贮箱12与推进剂供给管路15之间产生压力差，利用这个压力差把液体推进剂从推进剂贮箱12挤入推进剂供给管路15中；贮箱增压过程应满足缓慢增压原则，推进剂贮箱12增压的压力可通过减压器阀4进行调节，使推进剂贮箱12内的压力缓慢升高；打开压力传感器阀门10，推进剂贮箱12内的压力可通过压力传感器11进行监测。当贮箱内的压力达到0.4MPa时，打开推进剂液体阀门A13、推进剂液体阀门B14，推进剂进入推进剂供给管路15。试验结束后可通过贮箱放气气动阀16把推进剂贮箱内的压强卸掉。
贮箱增压装置中的缓冲罐6作用是使增压气体在进入推进剂贮箱12前在缓冲罐6中膨胀稳定，防止推进剂贮箱12内压力出现大的波动，能够达到推进剂恒压供给的目的。缓冲罐6的设计充分考虑了增压气体的流量以及推进剂贮箱12供给推进剂所需的压力。因为液体推进剂流量并不是很大，缓冲罐6尺寸太大没有必要且浪费增压气体，尺寸太小则增压气体得不到充分的膨胀稳定，达不到稳定气压的目的。缓冲罐6内的压力通过缓冲罐压力表5进行监测。增压气体通过过滤器A7、过滤器B8进行过滤，防止杂质进入推进剂贮箱12，对推进剂造成污染。
推进剂贮箱内的推进剂由推进剂加注管路32提供，在贮箱增压操作前应先进行贮箱加注，推进剂加注阀门31控制加注过程。加注完成后，需要对加注管路32进行吹除。推进剂吹除装置主要包括吹除增压阀门22、吹除减压器阀23、吹除过滤器24、吹除单向阀门25、吹除压力表28、吹除阀门26以及吹除放气阀门27，用来对推进剂加注管路32进行吹除清洗，防止液体推进剂残留在推进剂加注管路32中。打开吹除增压阀门22以及吹除手动阀门26，高纯氮气进入加注管路32，进行吹除，吹除气体的压力通过吹除减压器阀23进行调节，吹除压力表28监测压力值。吹除过滤器24保证吹除气体的清洁度。吹除单向阀门25保证单向导通性，防止管路中的液体推进剂反向流入吹除管路中。
装置中的各种废气将统计收起在集气管29中，并通过集气管放气管路30统一排放到外部中和塔中，防止污染环境。
装置中各部分的连接使用的是Φ6×2mm的不锈钢管，装置中减压器阀进口压力为3～23MPa，出口压力为0.2～2MPa，流量为0.033kg/s～0.11kg/s。手动截止阀阀门接口标准为DN4、37°接头并与相应管路上球头连接，气体管路中的过滤器公称压力为PN≤23MPa；公称通径为DN8；过滤精度为25μm；工作介质为非腐蚀性气体；阀体材料为2Cr13。
Claims (3)
1.一种电推进发动机中液体推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，其特征在于：该压力稳定控制装置包括高压气源装置、贮箱增压装置、操纵气装置、吹除装置以及液体推进剂供给装置；
所述高压气源装置由高纯氮气气瓶、气瓶手动阀门、气瓶压力表、以及高压气源减压器阀组成，给液体推进剂加注提供平稳的高压气体，高纯氮气气瓶提供高压气源，气瓶压力表监测气瓶内高纯氮气压强，气瓶手动阀门控制高压气体来源；
所述贮箱增压装置包括贮箱增压阀门、缓冲罐、缓冲罐压力表、贮箱增压装置中过滤器、贮箱增压管路阀门、压力传感器阀门、压力传感器；打开贮箱增压阀门及贮箱增压管路阀门，高纯氮气通过管路中的缓冲罐、贮箱增压装置中过滤器，对液体推进剂贮箱增压，使得液体推进剂供给装置中的推进剂贮箱与推进剂供给管路之间产生压力差，把液体推进剂从推进剂贮箱挤入推进剂供给管路中，贮箱内的压力通过压力传感器进行监测；
所述液体推进剂供给装置包括推进剂贮箱、推进剂液体阀门、推进剂供给管路、推进剂加注管路；能够完成液体推进剂的供给、加注；通过推进剂加注管路，液体推进进入推进剂贮箱；通过贮箱增压装置增压，推进剂贮箱向推进剂供给管路供给液体推进剂；
所述操纵气装置由手动阀门、操纵气装置减压器阀、压力表和集气腔组成，用于向气动阀供气操纵气压力通过操纵气装置减压器阀调节，压力表监测压力数值；
所述吹除装置包括吹除增压阀门、吹除装置减压器阀、单向阀门、吹除装置中过滤器、吹除阀、吹除放气阀、吹除压力表、集气管、集气管放气管路；试验结束后，通过吹除装置向推进剂供给管路内充入高压气体，将管路吹除干净；压力通过吹除装置减压器阀调节，压力值通过吹除压力表监测；废气统一集中在集气管中排放。
2.根据权利要求1所述的电推进发动机中液体推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，其特征在于：高纯氮气气瓶氮气纯度为99.99％，高纯氮气压强大于5MPa。
3.根据权利要求1所述的电推进发动机中液体推进剂恒压供给的压力稳定控制装置，其特征在于：贮箱增压装置中过滤器和吹除装置中过滤器过滤精度为25μm。
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