CN104863752A - 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱 - Google Patents

一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱 Download PDF

Info

Publication number
CN104863752A
CN104863752A CN201510188404.2A CN201510188404A CN104863752A CN 104863752 A CN104863752 A CN 104863752A CN 201510188404 A CN201510188404 A CN 201510188404A CN 104863752 A CN104863752 A CN 104863752A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tank
cryogenic liquide
low
storage box
liquid storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510188404.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王磊
厉彦忠
马原
刘展
朱康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201510188404.2A priority Critical patent/CN104863752A/zh
Publication of CN104863752A publication Critical patent/CN104863752A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口，低温液体贮箱上部连接的增压输送管的端头连接有非扩散型消能器，低温液体贮箱的金属壁外侧喷涂一层发泡层，在发泡层外侧覆盖密封层，密封层外侧喷涂反射涂料，在金属壁内侧覆盖一层非金属涂层，通过抑制气枕与金属壁换热、提高留在气枕区的能量份额来减少气体消耗量，具有结构简单、运行可靠，增压效果显著等优点。

Description

一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱
技术领域
本发明涉及低温液体火箭燃料贮箱压力管理系统，具体涉及一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱。
背景技术
运载火箭升空阶段，低温液体燃料必须以一定的压力自贮箱底部排出持续供给发动机。通常采用增压输送系统来保证这一过程的顺利实现，即通过向燃料贮箱气枕区注入气体形成基本稳定的高压环境，驱动液体推进剂顺利输送。降低增压气体消耗量是增压系统优化设计的主要目标。现有的发射水平，进入地球近地轨道(LEO)的发射成本约为每千克10,000～20,000美元。降低增压气体消耗量可显著降低发射成本，除了气体自身质量降低所带来的收益外，硬件质量(气瓶、阀门、管道、支撑结构等)减少所产生的收益更加可观。此外，增压系统整体质量的降低也有利于火箭整体布局与安全工作。鉴于此，国内外学者就增压输送系统开展了持续多年的研究，提出可通过增大气体入口温度，即提高单位气体携带能量来降低增压气体的消耗量。据试验测定，采用氦气增压液氢贮箱时，氦气温度每提高100K，气体消耗量降低约10.0～13.0％。然而，该方式增加了火箭系统的复杂性，增压气体温度过高也会对整个燃料系统的安全运行产生不利影响，限制了气体消耗量进一步降低的潜力。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，通过抑制气枕与金属壁换热、提高留在气枕区的能量份额来减少气体消耗量，具有结构简单、运行可靠，增压效果显著等优点。
为了达到上述目标，本发明采用的技术方案为：
一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口6，低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接有非扩散型消能器2，低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4，在金属壁3内侧覆盖一层非金属涂层5。
所述的发泡层4外侧覆盖密封层8，密封层8外侧喷涂反射涂料9，密封层8的材料为yΦ7-21，厚度小于1mm；反射涂料9的材料为XΠ-5237，厚度小于0.1mm。
所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属涂层5接触。
所述的非扩散型消能器2采用倒锥形结构，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。
所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20～30mm。
所述的非金属层涂层5为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，厚度为0.5～1.0mm，导热系数为0.12W/(m·K)，适用范围为4K～408K，在54℃～74℃下热固化6～8小时。
本发明的有益效果：相对于采用扩散型消能器的增压方案，非扩散消能器可在地面预增压阶段减少46.0％的气体消耗量，而在飞行增压阶段减少16.7％。相对于不采用内部表面处理的燃料贮箱，在贮箱内壁喷涂0.5mm厚发泡层的增压气体消耗量可节省约22％，由此可见，本发明对降低增压气体消耗量有显著价值。
附图说明
图1为本发明的低温液体贮箱的结构示意图。
图2为本发明低温液体贮箱的壁面结构示意图。
图3为传统扩散型消能器7对应低温液体贮箱内物理场分布。
图4为本发明非扩散型消能器2对应低温液体贮箱内物理场分布。
具体实施方式
参照图1，一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口6，低温液体贮箱上部连接的增压输送管1的端头连接有非扩散型消能器2，低温液体贮箱的金属壁3外侧喷涂一层发泡层4，在金属壁3内侧覆盖一层非金属涂层5。
参照图2，所述的发泡层4外侧覆盖密封层8，密封层8外侧喷涂反射涂料9，密封层8的材料为yΦ7-21，厚度小于1mm；反射涂料9的材料为XΠ-5237，厚度小于0.1mm。
所述的非扩散型消能器2安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁3内侧的非金属层5接触。
所述的非扩散型消能器2的结构为倒锥形，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层5产生直接冲击的前提下尽可能大。
所述的发泡层4采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20～30mm，具有降低环境漏热的功能。
所述的非金属层涂层5为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，均匀涂刷在金属壁3内侧，厚度为0.5～1.0mm，EP29LPSP的导热系数为0.12W/(m·K)，适用温度范围在4K～408K，在54℃～74℃下热固化6～8小时获得最佳效果。
本发明的工作原理为：
参照图3、图4，传统的采用扩散型消能器7，气流会与金属壁3接触造成热损失；采用非扩散型消能器2后气枕区存在明显的径向温度梯度，且高温区位于低温液体贮箱的轴线附近，同一高度的近壁区被温度相对较低的气体覆盖，造成气体传给壁面的热量更少，留在气枕区提供增压效果的能量增多，非金属涂层5的存在使得来自非扩散型消能器2的增压气体并不能与金属壁3直接接触，升空过程中，随着低温液体自贮箱下排口6排出，温度较高的气枕首先通过对流作用将热量传递给非金属涂层5，非金属涂层5吸收热量后自身温度升高，再通过导热作用将热量传递给金属壁3，由于非金属涂层5为非金属材质，具有较低的导热系数，热量从非金属涂层5传递至金属壁3的速率较低，相比于纯金属壁面，非金属涂层5内存在较明显的径向温度梯度，面向气枕的一侧温度较高，拉低了换热面与气枕之间的换热温差，使得气枕传给壁面的热量降低，从而有利于热量留在气枕区提供增压效果，发泡层4用于屏蔽环境漏热，密封层8可阻止环境中的水蒸汽渗入发泡层4而影响其绝热性能，反射涂层9可减弱环境向低温贮箱的辐射换热。

Claims (6)

1.一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，包括低温液体贮箱，低温液体贮箱底部设有液体推进剂下排口(6)，其特征在于：低温液体贮箱上部连接的增压输送管(1)的端头连接有非扩散型消能器(2)，低温液体贮箱的金属壁(3)外侧喷涂一层发泡层(4)，在金属壁(3)内侧覆盖一层非金属涂层(5)。
2.根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所述的发泡层(4)外侧覆盖密封层(8)，密封层(8)外侧喷涂反射涂料(9)，密封层(8)的材料为yΦ7-21，厚度小于1mm；反射涂料(9)的材料为厚度小于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所述的非扩散型消能器(2)，安装于低温液体贮箱轴线，使高温气流流向液面时，气流扫过的区域位于低温液体贮箱轴线区不与金属壁(3)内侧的非金属涂层(5)接触。
4.根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所述的非扩散型消能器(2)采用倒锥形结构，锥形扩张角度在保证增压来流不对非金属涂层(5)产生直接冲击的前提下尽可能大。
5.根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所述的发泡层(4)采用喷涂工艺，材料为聚氨酯硬质泡沫塑料，厚度为20～30mm。
6.根据权利要求1所述的一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱，其特征在于：所述的非金属层涂层(5)为EP29LPSP耐低温环氧树脂胶，厚度为0.5～1.0mm，导热系数为0.12W/(m·K)，适用范围为4K～408K，在54℃～74℃下热固化6～8小时。
CN201510188404.2A 2015-04-20 2015-04-20 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱 Pending CN104863752A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510188404.2A CN104863752A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510188404.2A CN104863752A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104863752A true CN104863752A (zh) 2015-08-26

Family

ID=53909846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510188404.2A Pending CN104863752A (zh) 2015-04-20 2015-04-20 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104863752A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109187220A (zh) * 2018-09-04 2019-01-11 北京强度环境研究所 一种火箭贮箱无气枕低温内压加载方法及装置
CN113309634A (zh) * 2021-05-17 2021-08-27 北京宇航系统工程研究所 一种液体运载火箭推进剂贮箱增压消能器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4768541A (en) * 1986-11-03 1988-09-06 Martin Marietta Corporation Means of expelling parallel tanks to low residuals
EP1033301A2 (en) * 1999-03-04 2000-09-06 The Boeing Company Combined diffuser and recirculation manifold in a propellant or oxidizer tank
CN101704937A (zh) * 2009-11-10 2010-05-12 航天材料及工艺研究所 低温绝热用低氟聚氨酯泡沫塑料
CN102691592A (zh) * 2011-03-21 2012-09-26 哈米尔顿森德斯特兰德公司 可消亡的燃料供应系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4768541A (en) * 1986-11-03 1988-09-06 Martin Marietta Corporation Means of expelling parallel tanks to low residuals
EP1033301A2 (en) * 1999-03-04 2000-09-06 The Boeing Company Combined diffuser and recirculation manifold in a propellant or oxidizer tank
CN101704937A (zh) * 2009-11-10 2010-05-12 航天材料及工艺研究所 低温绝热用低氟聚氨酯泡沫塑料
CN102691592A (zh) * 2011-03-21 2012-09-26 哈米尔顿森德斯特兰德公司 可消亡的燃料供应系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张少华等: "低温推进剂长期在轨蒸发量控制分析", 《中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集》 *
黄兵等: "不同消能器型式对低温贮箱增压过程影响", 《真空与低温》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109187220A (zh) * 2018-09-04 2019-01-11 北京强度环境研究所 一种火箭贮箱无气枕低温内压加载方法及装置
CN109187220B (zh) * 2018-09-04 2021-09-24 北京强度环境研究所 一种火箭贮箱无气枕低温内压加载方法及装置
CN113309634A (zh) * 2021-05-17 2021-08-27 北京宇航系统工程研究所 一种液体运载火箭推进剂贮箱增压消能器
CN113309634B (zh) * 2021-05-17 2022-03-04 北京宇航系统工程研究所 一种液体运载火箭推进剂贮箱增压消能器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109595468B (zh) 一种低温运载火箭冷氦气增压降温输送系统
CN106762226B (zh) 适用于低温推进剂长期在轨贮存的蒸发量主动控制方法
CN103470946A (zh) 一种高压超临界氦贮罐
CN207943403U (zh) 一种气体保温储罐
CN102261558B (zh) 一种低温气体供气装置
CN104006295A (zh) 一种低温液化气体的置换式压力输送方法及设备
CN104279672A (zh) 一种水蓄冷中的布水箱
CN104863752A (zh) 一种可提高气体增压效果的低温液体贮箱
CN2914012Y (zh) 低温液体气化器的换热管
CN103234112A (zh) 一种移动式低温液化燃气存储系统
CN109027660A (zh) 一种超临界氢的存储方法及超临界氢的应用
CN108190048B (zh) 一种微型模块化丁烷推进系统结构及推进方法
CN207599332U (zh) 一种用于贮存低温液体的球罐装置
CN202834721U (zh) 高效隔热lng中转泵罐
CN113958440B (zh) 一种水气双工质储能方法及系统
CN206766803U (zh) 一种用于加注系统的缓冲罐
CN202215931U (zh) 一种低温气体供气装置
CN105674783A (zh) 利用地热能的喷气式lng汽化系统
CN219433054U (zh) 一种集成汽化组件的液氢瓶
CN207179042U (zh) 一种新型保温管
CN203810039U (zh) Lng储运供给一体装置
CN218719415U (zh) 一种蒸汽管道保温组件
CN103759564A (zh) 高效能蓄热箱
CN218441294U (zh) 一种液氢贮罐充装端延伸用带阴阳插头高真空管路
CN219912655U (zh) 固定式高真空绝热立式液氢储槽

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150826