CN105444528A - 一种低温液氧过冷器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温液氧过冷器，包括液氮贮箱、换冷组件、高液位检测传感器以及低液位检测传感器，换冷组件通过换冷芯支撑组件固定在液氮贮箱内，所述液氮贮箱上设置有液氮入口、液氮出口以及氮气排放口；换冷组件包括换冷芯、液氧输入管以及液氧输出管，所述液氧输入管和液氧输出管均与换冷芯连通；高液位检测传感器固定在液氮贮箱的高液位处，所述低液位检测传感器固定在液氮贮箱的低液位处。本发明实现了温度为－183℃的普通液氧，快速降温至－194℃。

Description

一种低温液氧过冷器
技术领域
本发明涉及一种低温液氧过冷器。
背景技术
液氧/煤油发动机低液氧入口温度边界条件试车，要求发动机工作时，液氧入口温度最低达－191℃，为具备该能力，试车台需具备将温度为－183℃的普通液氧，快速降温至－194℃的能力。但现有技术缺少一种将普通液氧的温度降低至－194℃的设备。
发明内容
为了保证温度为－183℃的普通液氧，快速降温至－194℃，本发明提供一种低温液氧过冷器。
本发明的技术解决方案：
一种低温液氧过冷器，其特殊之处在于：包括液氮贮箱、换冷组件、高液位检测传感器以及低液位检测传感器，所述换冷组件通过换冷芯支撑组件固定在液氮贮箱内，所述液氮贮箱上设置有液氮入口、液氮出口以及氮气排放口；
所述换冷组件包括换冷芯、液氧输入管以及液氧输出管，所述液氧输入管和液氧输出管均与换冷芯连通；
所述高液位检测传感器固定在液氮贮箱的高液位处，所述低液位检测传感器固定在液氮贮箱的低液位处。
上述换冷芯包括多层隔板和多层翅板，所述隔板与翅板间隔放置，所述隔板和翅板通过钎焊的形式固结，多层翅板中的位于奇数位置的翅板与外界液氮连通，位于偶数位置若干组翅板的一端通过法兰与液氧输入管连接，位于偶数位置若干组翅板的另一端通过法兰与液氧输出管连接，偶数位置的其余翅板边缘通过封条进行封堵。
上述换冷芯支撑组件包括A支板、B支板和支架，所述A支板和B支板焊接在液氮贮箱内壁，所述支架为梯形的焊接在换冷芯两边，支架分别与A支板、B支板固定连接。
上述液氮入口处设置有加注阀门，所述加注阀门应远离液氮贮箱。
上述换冷芯应放置在离液氮贮存底部300mm以上的高度。
上述液氧输入管和液氧输出管之间固定有加固板。
上述隔板为41层，所述翅板为40层，所述翅板为表面冲小孔的波纹板。
本发明所具有的优点：
1、本发明将加注阀门设置在远离液氮贮箱的地方，方便调节液氮加注量。
2、本发明换冷芯应放置在液氮贮箱底部300mm以上的高度，使贮存器液氮预冷加注的同时，实现换冷芯的缓慢预冷，防止换冷器温度骤降引起破坏。
3、在贮存器液位高、低两个位置设置温度传感器，检测液氮液位，防止液氮不足或冒顶。
4、液氮贮箱顶部设置口径为DN200的氮气排放管，将氮气引至室外开阔地带，避免大量高速低温氮气排放时造成安全隐患。
附图说明
图1、图2、图3为本发明的液氧过冷器的结构示意图；
图4、图5为本发明换冷芯的结构示意图；
图6为图4的C-C视图；
其中附图标记为：1-液氮贮箱，2-高液位检测传感器，3-低液位检测传感器，4-液氮入口，5-氮气排放口，6-液氧输出管，7-液氧输入管，8-加固板，9-管路支撑架，10-A支板，11-B支板，12-支架，13-排污口。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种低温液氧过冷器，包括液氮贮箱1、换冷组件、高液位检测传感器2以及低液位检测传感器3，换冷组件通过换冷芯支撑组件固定在液氮贮箱内，液氮贮箱上设置有液氮入口4、液氮出口以及氮气排放口5。换冷组件包括换冷芯、液氧输入管以及液氧输出管，液氧输入管7和液氧6输出管均与换冷芯连通；高液位检测传感器固定在液氮贮箱的高液位处，低液位检测传感器固定在液氮贮箱的低液位处。液氮入口处设置有加注阀门，加注阀门应远离液氮贮箱。液氮贮箱底部设置有排污口13。
图4、图5、图6所示，换冷芯包括多层隔板和多层翅板，隔板与翅板间隔放置，隔板和翅板通过钎焊的形式固结，多层翅板中的位于奇数位置的翅板与外界液氮连通，位于偶数位置若干组翅板的一端通过法兰与液氧输入管连接，位于偶数位置若干组翅板的另一端通过法兰与液氧输出管连接，偶数位置的其余翅板边缘通过封条进行封堵。换冷芯支撑组件包括A支板10、B支板11和支架12，A支板10，B支板11焊接在液氮贮箱内壁。换冷芯两边焊接两个梯形机构的支架12，支架12与A、B两个支板通过螺栓连接，实现过冷器芯与液氮贮箱的固定。
液氧过冷器工作原理是：利用常压下，液氮饱和温度低于液氧饱和温度的物理特性，用液氮将液氧通过换冷的方式快速降温至所需的温度。研制的液氧过冷器，由高洁净度的换冷芯配合一套液氮加注、贮存和氮气排放设施，实现了大量过冷液氧的高效获得。该设备具备10～60m3/h过冷液氧的补加注能力。常压下，液氧可以由－183℃降至－194℃以下，换冷1m3液氧消耗的液氮低于0.2m3。
换冷芯：
换冷芯本身要求换冷效率高，洁净度好，材料在低温环境下有足够的强度。可选择的换冷芯结构有：管壳式、平板式、螺旋板式、板翅式等。
本发明选用了板翅式，材料为铝。板翅式换冷芯单位体积换热面积大，换冷效率高，铝材式换冷芯用于液氮、液氧两种温差不大的低温液体，热应力对材料的强度影响不大。另外，铝制式板翅式换冷芯其主要制造手段为板材切割、翅板扰动孔的冲裁和翅板的冷冲成形、换冷芯的堆叠和钎焊等，整个制造过程通过严格的多余物控制方法，可实现换冷芯的高洁净度要求。
本发明换冷器采用的换冷芯体积为600mm×600mm×1500mm，其中液氧40层，液氮41层。液氧、液氮的换冷面积分别为277m2和319m2。
发动机试车用液氧颗粒物指标为低于1mg/L，换冷芯的多余物控制情况直接影响发动机工作可靠性，铝制板翅式换冷芯采用钎焊方式组焊，焊接完成后，若换冷芯存在多余物，则无法彻底清理干净。因此，需要在换冷芯制造过程中严格控制多余物，底部设置有排污孔。
换冷芯翅片和隔离铝板在组装前，对每块翅片进行检查，对翅片边缘进行手动去毛刺处理，对翅片扰动孔进行复查，确保扰动孔未粘连多余物。先后用清水、无水乙醇进行清洗，再用3MPa以上的纯净压缩氮气进行逐片吹扫。翅片和板材检查和组装时，检查人应佩戴干净的棉布手套。
液氮贮存装置：
液氮贮存装置主要功能包括：支撑换冷芯支撑组件，贮存液氮，控制液氮加注量，自身保冷，低温氮气排放。
换冷芯支撑组件包括A支板、B支板和支架，A支板，B支板焊接在液氮贮箱内壁。换冷芯两边焊接两个梯形机构的支架，支架与A、B两个支板通过螺栓连接，实现过冷器芯与液氮贮箱的固定。
液氮贮存装置主体设计为筒体结构，不需要承受内压，但其结构强度需满足换热芯、液氧、液氮的重量及换冷过程液体扰动产生的振动，除此以外，还需满足如下要求：①液氮加注口应设置在远离过冷器的地方，方便调节液氮加注量。②换冷芯应放置在离贮存器底部300mm以上的高度，使贮存器液氮预冷加注的同时，实现换冷芯的缓慢预冷，防止换冷器温度骤降引起破坏。③在贮存器液位高、低两个位置设置温度传感器，检测液氮液位，防止液氮不足或冒顶。④贮存器顶部设置口径为DN200的氮气排放管，将氮气引至室外开阔地带，避免低温氮气造成安全隐患。
通过该技术的应用，实现了－194℃低温液氧60m3/h的获得能力，使试车台具备了承担液氧/煤油发动机低温液氧试验能力。目前，利用该技术研制的设备已圆满完成两种型号液氧/煤油发动机7次过冷液氧试车任务。

Claims (7)

1.一种低温液氧过冷器，其特征在于：包括液氮贮箱、换冷组件、高液位检测传感器以及低液位检测传感器，所述换冷组件通过换冷芯支撑组件固定在液氮贮箱内，所述液氮贮箱上设置有液氮入口、液氮出口以及氮气排放口；
所述换冷组件包括换冷芯、液氧输入管以及液氧输出管，所述液氧输入管和液氧输出管均与换冷芯连通；
所述高液位检测传感器固定在液氮贮箱的高液位处，所述低液位检测传感器固定在液氮贮箱的低液位处。
2.根据权利要求1所述的低温液氧过冷器，其特征在于：所述换冷芯包括多层隔板和多层翅板，所述隔板与翅板间隔放置，所述隔板和翅板通过钎焊的形式固结，多层翅板中的位于奇数位置的翅板与外界液氮连通，位于偶数位置若干组翅板的一端通过法兰与液氧输入管连接，位于偶数位置若干组翅板的另一端通过法兰与液氧输出管连接，偶数位置的其余翅板边缘通过封条进行封堵。
3.根据权利要求1或2所述的低温液氧过冷器，其特征在于：
所述换冷芯支撑组件包括A支板、B支板和支架，所述A支板和B支板焊接在液氮贮箱内壁，所述支架为梯形的焊接在换冷芯两边，支架分别与A支板、B支板固定连接。
4.根据权利要求3所述的低温液氧过冷器，其特征在于：所述液氮入口处设置有加注阀门，所述加注阀门应远离液氮贮箱。
5.根据权利要求4所述的低温液氧过冷器，其特征在于：所述换冷芯应放置在离液氮贮存底部300mm以上的高度。
6.根据权利要求5所述的低温液氧过冷器，其特征在于：所述液氧输入管和液氧输出管之间固定有加固板。
7.根据权利要求2所述的低温液氧过冷器，其特征在于：所述隔板为41层，所述翅板为40层，所述翅板为表面冲小孔的波纹板。
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