CN101603754A

CN101603754A - 用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统输送方法

Info

Publication number: CN101603754A
Application number: CNA2009100881107A
Authority: CN
Inventors: 蔡国飙; 凌桂龙; 王文龙; 李晓娟; 黄本诚; 张国舟
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2029-07-02
Also published as: CN101603754B

Abstract

用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统供应方法，包括低温气动阀(1)、低温气动阀(2)、液氦罐(3)、氦气瓶(4)、减压阀(5)、手阀(6)、低温调节阀7)、低温安全阀(8)、低温调节阀(9)、低温调节阀(10)、低温调节阀(11)、普通气动阀门(12)、温度计(13)、低温调节阀(14)、低温安全阀(15)、液氦热沉(16)、快速接头(17)、液氮热沉(18)、真空容器(19)、真空杜瓦管道。液氦从真空容器下部流入液氦热沉管路，从真空容器上部流出。液氦热沉管路出口处安装有管路安全阀，用于压力过高放气用。液氦热沉管路出口处安装有管路调节阀，用于调节管路流量和压力。

Description

用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统输送方法

【技术领域】

本发明涉及一种用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液体输送方法。本发明特别用于模拟大放气量的超高真空深冷环境所必需的液氦外流程液体输送方法。

【背景技术】

为了保证各种航天器能成功地发射，可靠地运行及圆满地完成各种预定的任务及顺利地返回地面，必须建立地面热真空环境模拟试验设备，而低温液体外流程输送系统则是地面真空环境模拟试验设备的重要组成部分。

地面真空环境模拟试验的精度和可靠性将直接影响着各种航天器的性能及执行任务的成败。

目前，国内外的热真空环境模拟试验设备大都采用液氮外流程进行制冷，用以模拟太空的冷黑环境，但对于要求有大放气量、大抽速的系统，能够模拟的真空度不高，只能模拟100km以下的环境压力。随着中国航天迅猛的发展，大放气量载人航天的需要，火箭发动机羽流试验的需求，采用液氮外流程进行制冷已经无法达到要求，这就要求必须采用液氦外流程进行制冷，其可模拟100km以上的环境压力，更接近于真实的真空深冷环境。液氦系统可使真空容器内部静态真空度达到10^-6～10^-7Pa，比现有液氮系统所能达到的静态真空度高出1～2个数量级。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种简单、可靠的用于模拟超高真空深冷环境的液氦外流程系统输送方法。本发明要解决的问题是，系统采用开式方法提供液氦制冷；系统设备简单；一次性投资小；试验过程中可以方便地补充液氦或切换液氦罐而不影响试验进行；液氦系统长时间正常工作时，除补充液氦或切换液氦罐外，可自动运行，无需人工调节；液氦系统在液氦热沉管路出口处设有安全阀，供管路压力过高时放气用。

用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统供应方法，包括低温气动阀(1)、低温气动阀(2)、液氦罐(3)、氦气瓶(4)、减压阀(5)、手阀(6)、低温调节阀7)、低温安全阀(8)、低温调节阀(9)、低温调节阀(10)、低温调节阀(11)、普通气动阀门(12)、温度计(13)、低温调节阀(14)、低温安全阀(15)、液氦热沉(16)、快速接头(17)、液氮热沉(18)、真空容器(19)、真空杜瓦管道。连接液氦外流程系统和地面真空环境模拟试验舱，以使液氦管路与舱内的热沉管路相通。液氦从舱体下部流进、上部流出。

本发明的用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统供应方法具有的优点和积极效果在于：(1)采用了开式方法提供液氦制冷，成本低，设备简单，使用方便；(2)液氦系统工作之前，先利用廉价液氮预冷，避免了昂贵液氦的浪费；(3)试验过程中应可以方便地补充液氦或切换液氦罐而不影响试验进行；(4)液氦系统长时间正常工作时，除补充液氦或切换液氦罐外，可自动运行，无需人工调节；(5)液氦系统在舱外设有安全阀，可保证系统运行的安全；(6)设备少，故障检查方便，系统便于维护、维修；(7)液氮、液氦排放管路公用，使阀门部件数量减少，节约成本；(8)该方法具有较为广泛的应用范围，通用性强。可以应用于各种用于深冷系统的低温液体外流程系统的供给。

【附图说明】

图1是开式液氦外流程系统原理图

【具体实施方法】

下面结合附图用实施例来进一步说明本发明。

实施此液氦外流程系统供应方法所用装置主要包括：低温气动阀(1)、低温气动阀(2)、液氦罐(3)、氦气瓶(4)、减压阀(5)、手阀(6)、低温调节阀7)、低温安全阀(8)、低温调节阀(9)、低温调节阀(10)、低温调节阀(11)、普通气动阀门(12)、温度计(13)、低温调节阀(14)、低温安全阀(15)、液氦热沉(16)、快速接头(17)、液氮热沉(18)、真空容器(19)、真空杜瓦管道。试验前检查系统各部件的状态是否良好，检查完毕后，即可根据相应的工艺流程启动液氦外流程系统向液氦热沉管路供应液氦。

如图1所示，液氦外流程系统为开式供液方式，根据试验需要，舱体液氦热沉被分为四部分，相应的液氦进出口也各有四个，均为下进上出型，液氦流经液氦热沉管路后被直接排放到大气中，由于液氦汽化潜热小，流经液氦热沉管路后被大量汽化，为防止系统管路压力过高，在液氦热沉管路出口处各安装了安全阀，以控制气氦压力不超过管路允许压力。低温调节阀是用来调节液氦流量的，通过调节低温调节阀的开度来调节流量。氦气瓶主要用来为液氦罐提供增压压力，以防止随着液氦的供给导致液氦贮罐压力过低影响系统正常运行。

液氦昂贵，为了降低液氦的消耗，减小运行成本，可先利用液氮预冷舱内液氦热沉，液氦外流程系统的具体运行过程如下：

1)首先打开低温气动阀(1)、低温气动阀(2、低温调节阀(9)、低温调节阀(10)、低温调节阀(11)、普通气动阀门(12)、低温调节阀(14)，向液氦热沉管路输送液氮，经过较长时间将液氦热沉从常温充分预冷至100K左右；

2)然后关闭低温气动阀(1)、低温气动阀(2)，缓慢打开低温调节阀(7)，不全开，同时开启手阀(6)、减压阀(5)，用液氦慢慢预冷输液管路和液氦热沉，在此阶段，由于热沉处于100K左右的温度，当液氦刚输入到管路时，会迅速汽化，只能起到预冷液氦热沉的作用，此时可充分利用气氦的显热来冷却热沉，以减少液氦的消耗；

3)当热沉得到充分预冷达到10K左右时，可全开低温调节阀(7)，在适当的压力下向管路输入液氦。从热沉管路出来的气氦可以回收或者直接放空；

4)利用温度计、液位计来监控液氦外流程系统的运行状态；

5)监控舱内环境压力，看是否达到试验要求；

6)试验完成后，关闭低温调节阀(7)，停止液氦供给。

Claims

1用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，包括低温流体供应系统、低温流体排放系统；低温流体供应系统通过液氮入口和液氦入口与真空容器相连通；低温流体排放系统通过液氮出口和液氦出口与真空容器相连通。

2如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：低温流体供应系统包括快速接头、液氦罐、低温气动阀(V1)、低温气动阀(V2)、低温调节阀(V3)、手阀(V4)、减压阀(V5)、真空杜瓦管道、液位计。

3如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：采用一个液氦罐供应多路液氦热沉管路。

4如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：低温流体排放系统包括低温安全阀(V6)、低温调节阀(V7)、低温调节阀(V8)、低温调节阀(V9)、普通气动阀门(V10)、低温调节阀(V11)、低温安全阀(V12)、真空杜瓦管道、温度计。

5如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：液氮、液氦排放的真空杜瓦管道公用。

6如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：液氦热沉管路出口处设有低温安全阀(V6)、低温安全阀(V12)。

7如权利要求1所述的用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程液(流)体输送系统，其特征在于：液氦热沉管路出口处设有低温调节阀。