CN115751175B - 一种低温推进剂分段抽空装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火箭低温推进剂技术领域，具体涉及一种低温推进剂分段抽空装置，包括：储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；第一抽气结构，与储罐连接；第二抽气结构，与储罐连接，所述第一抽气结构和第二抽气结构并联设置，且所述第一抽气结构的第一工作压力大于所述第二抽气结构的第二工作压力；本申请技术方案通过设置两段工作压力，分别采用不同的抽气结构进行抽吸，充分利用不同抽气结构的特点，提高抽吸的效率。

Description

一种低温推进剂分段抽空装置

技术领域

本发明涉及火箭低温推进剂技术领域，具体涉及一种低温推进剂分段抽空装置。

背景技术

火箭低温推进剂包括液氢、液氧和甲烷等，是目前应用于大型运载火箭最广泛的推进剂；其具有无毒、无污染、低成本、高比冲和大推力等优势，且比冲较常温推进剂高30％－40％。为了提高火箭低温推进剂的热力学性能，一般采用过冷加注的手段，过冷不仅能降低推进剂的温度，增大显冷量，有效防止两相流，减少贮存过程中的蒸发损失，还可以增大密度和缩小贮箱体积。

但是，火箭低温推进剂因其具有沸点低、易泄漏和扩散等特点，属于易燃易爆气体，在对其抽空排放时，存在安全隐患。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在抽空排放火箭低温推进剂时易燃易爆，具有安全隐患的缺陷，基于以上情况，开发一种安全有效的低温推进剂抽空装置十分必要。

为了实现上述目的，本发明提供一种低温推进剂分段抽空装置，包括：

储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；

第一抽气结构，与储罐连接；

第二抽气结构，与储罐连接，所述第一抽气结构和第二抽气结构并联设置，且所述第一抽气结构的第一工作压力大于所述第二抽气结构的第二工作压力。

可选地，所述第一抽气结构为引射器，第二抽气结构为水环泵；

可选地，所述第一工作压力范围为50kPa～100kPa；所述第二工作压力范围为10kPa～50kPa。

可选地，所述引射器的引射工质为氮气或水蒸气。

可选地，还包括：

加热件，设置在所述储罐与第二抽气结构之间。

可选地，还包括：

第一阀门，设置于所述储罐与第一抽气结构之间；

第二阀门，设置于所述加热件与第二抽气结构之间；

在所述第一抽气结构的出口处设有封堵件。

可选地，还包括：

第一支路，连接所述第一抽气结构与储罐，在所述第一支路外壁设有保温件。

可选地，还包括：

与第二抽气结构依次连接的水泵、水箱和汽水分离器；所述汽水分离器还与第二抽气结构连接。

可选地，还包括：

第三阀门，通过管路与所述第二抽气结构连接；

第四阀门，设置于所述水泵与第二抽气结构之间；

在所述水箱中设有温度传感器。

可选地，还包括：

冷却管路，连接所述第一抽气结构与水箱的底部；

第五阀门，设置于所述冷却管路上。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，包括：储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；第一抽气结构，与储罐连接；第二抽气结构，与储罐连接，所述第一抽气结构和第二抽气结构并联设置，且所述第一抽气结构的第一工作压力大于所述第二抽气结构的第二工作压力；本申请技术方案通过设置两段工作压力，分别采用不同的抽气结构进行抽吸，充分利用不同抽气结构的特点，提高抽吸的效率。

2.本发明所述第一抽气结构为引射器，第二抽气结构为水环泵；本申请技术方案具体限定第一抽气结构和第二抽气结构的形式，避免出现以下缺陷：在低真空度压力时，如果采用引射器抽气，则需要采用多级引射器进行抽吸，且引射工质自身也成为负载，效率大幅降低；在高真空度压力时，如果采用水环泵抽气，对加温系统的规模和功耗的要求均非常高，且效率大幅降低。并且，水环泵具有无油的优点，能够安全地抽吸气态甲烷、氢气和氧气等低温推进剂气体。

3.本发明所述第一工作压力范围为50kPa～100kPa；所述第二工作压力范围为10kPa～50kPa；本申请采用上述技术方案，具体限定第一工作压力范围和第二工作压力范围。

4.本发明所述引射器的引射工质为氮气或水蒸气；本申请采用上述技术方案，在排放低温推进剂时，易燃易爆的推进剂气体被氮气或者水蒸气掺混，推进剂气体的浓度下降，大大降低排放的安全风险。

5.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：加热件，设置在所述储罐与第二抽气结构之间；本申请技术方案通过加热低温推进剂与抽气结构相结合，既可以使得低温推进剂气体的温度上升，又可以使排放的推进剂气体接近常温，使得排放的低温推进剂气体的密度更低，更容易扩散，极大地提高火箭排放现场的安全性；并且当所述第二抽气结构为水环泵时，可以使得低温推进剂气体的温度在0摄氏度以上，防止水环泵中的水结冰，不致于损坏水环泵。

6.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：第一阀门，设置于所述储罐与第一抽气结构之间；第二阀门，设置于所述加热件与第二抽气结构之间；在所述第一抽气结构的出口处设有封堵件；本申请采用上述技术方案，保证切换第一抽气结构与第二抽气结构时的真空密封性；并且通过设置封堵件，克服第一阀门在高真空条件下密封性能不足的问题。

7.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：第一支路，连接所述第一抽气结构与储罐，在所述第一支路外壁设有保温件；本申请技术方案通过设置保温件，减小被抽吸低温推进剂气体和环境的换热，尽量保持被抽吸低温推进剂气体的温度，从而提高第一抽气结构抽空的效率。

8.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：与第二抽气结构依次连接的水泵、水箱和汽水分离器；所述汽水分离器还与第二抽气结构连接；本申请通过上述技术方案，给第二抽气结构持续供水，以控制进入第二抽气结构的水温，提高抽吸效率，并且，汽水分离器将分离出的水回收至水箱，节约第二抽气结构尤其是水环泵的用水。

9.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：第三阀门，通过管路与所述第二抽气结构连接；第四阀门，设置于所述水泵与第二抽气结构之间；在所述储液箱中设有温度传感器；本申请采用上述技术方案，当水箱的水不能保持第二抽气结构的水温时，打开第三阀门，引入外界冷却水，保持控制第二抽气结构的水温；并且同时可以降低水泵的能耗。

10.本发明提供的低温推进剂分段抽空装置，还包括：冷却管路，连接所述第一抽气结构与水箱的底部；第五阀门，设置于所述冷却管路上；本申请采用上述技术方案，当第一抽气结构工作时，排出的低温推进剂气体通过冷却管路进入水箱底部，降低水箱中的水温，对第二抽气结构尤其是水环泵的用水进行预冷，为后续水环泵的使用，提高水环泵的工作效率。当温度传感器测得的温度接近0摄氏度时，关闭第五阀门，以防止水箱中的水结冰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式中提供的低温推进剂分段抽空装置的连接结构示意图。

附图标记说明：

1、储罐；2、第一支路；3、第一阀门；4、第一抽气结构；5、封堵件；6、第二支路；7、加热件；8、第二阀门；9、第二抽气结构；10、汽水分离器；11、水箱；12、水泵；13、第三阀门；14、第四阀门；15、温度传感器；16、冷却管路；17、第五阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的低温推进剂分段抽空装置的一种具体实施方式，包括：依次连接的储罐1、加热件7、第二阀门8、第二抽气结构9和汽水分离器10，依次连接的第一阀门3、第一抽气结构4和封堵件5，依次连接的第四阀门14、水泵12和水箱11，以及设置于水箱11中的温度传感器15等。

所述储罐1具有用于储存低温推进剂的腔体，且能够承受负压，具体的，所述低温推进剂为液氢、甲烷或液氧，储罐1能够承受负压至－100kPa(g)；进一步的，为了减少储罐1的漏热，储罐1采用真空绝热壁面的容器。

所述第一抽气结构4与储罐1连接；所述第一抽气结构4和第二抽气结构9并联设置，具体的，所述第一抽气结构4为引射器，第二抽气结构9为水环泵。且所述第一抽气结构4的第一工作压力大于所述第二抽气结构9的第二工作压力；所述第一工作压力范围为50kPa～100kPa；所述第二工作压力范围为10kPa～50kPa。所述引射器的引射工质为氮气或水蒸气。进一步的，对于固定形面的引射器来说，不同的抽吸压力均有一个最优的形面；但用于过冷抽空的时候，被抽气体从100kPa降低到50kPa，最优的形面也不断地变化，选择50kPa的压力进行引射器形面的设计，能够保证整体抽吸的时长最短。

通过第一支路2连接所述第一抽气结构4与储罐1；通过第二支路6连接所述加热件7与储罐1。所述第一阀门3设置于所述第一支路2上，具体的，所述第一阀门3为低温球阀，所述第二阀门8为常温真空蝶阀。在所述第一抽气结构4的出口处设有封堵件5，具体的，所述封堵件5为密封堵盖。所述第二抽气结构9与第四阀门14连接，所述第二抽气结构9还与第三阀门13通过管路连接。具体的，所述第三阀门13和第四阀门14均为截止阀。水环泵、汽水分离器10、水箱11和水泵12形成闭合回路，给水环泵持续供水，因为进入水环泵的水温过高，抽吸效率和极限真空度会下降，通过温度传感器15监测水箱11中水的温度；抽吸前期，依靠被抽吸的推进剂气体对水降温。当温度传感器15显示温度大于30摄氏度时，关闭第四阀门14，打开第三阀门13，由外界冷却水源为水环泵供水；具体的，所述第三阀门13和第四阀门14均为截止阀。通过这种方式，降低冷却水环泵供水的能耗。

在所述第一抽气结构4与水箱11的底部之间连接设置冷却管路16；在所述冷却管路16上设置第五阀门17，具体的，所述第五阀门17为低温截止阀。

本申请所述低温推进剂分段抽空装置的使用过程简述如下：当处于第一工作压力范围时，打开第一阀门3，关闭第二阀门8，由引射器抽吸低温推进剂；当处于第二工作压力范围时，关闭第一阀门3，打开第二阀门8，由水环泵抽吸低温推进剂。

作为替代的实施方式，将所述水环泵替换为机械真空泵。

作为替代的实施方式，将所述引射器替换为机械真空泵。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，包括：

储罐(1)，具有用于储存低温推进剂的腔体；

第一抽气结构(4)，与储罐(1)连接；

第二抽气结构(9)，与储罐(1)连接，所述第一抽气结构(4)和第二抽气结构(9)并联设置，且所述第一抽气结构(4)的第一工作压力大于所述第二抽气结构(9)的第二工作压力；

还包括：

加热件(7)，设置在所述储罐(1)与第二抽气结构(9)之间。

2.根据权利要求1所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，

所述第一抽气结构(4)为引射器，第二抽气结构(9)为水环泵。

3.根据权利要求1所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，所述第一工作压力范围为50kPa～100kPa；所述第二工作压力范围为10kPa～50kPa。

4.根据权利要求2所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，

所述引射器的引射工质为氮气或水蒸气。

5.根据权利要求1所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，还包括：

第一阀门(3)，设置于所述储罐(1)与第一抽气结构(4)之间；

第二阀门(8)，设置于所述加热件(7)与第二抽气结构(9)之间；

在所述第一抽气结构(4)的出口处设有封堵件(5)。

6.根据权利要求1－4任一项所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，还包括：

第一支路(2)，连接所述第一抽气结构(4)与储罐(1)，在所述第一支路(2)外壁设有保温件。

7.根据权利要求1－4任一项所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，还包括：

与第二抽气结构(9)依次连接的水泵(12)、水箱(11)和汽水分离器(10)；所述汽水分离器(10)还与第二抽气结构(9)连接。

8.根据权利要求7所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，还包括：

第三阀门(13)，通过管路与所述第二抽气结构(9)连接；

第四阀门(14)，设置于所述水泵(12)与第二抽气结构(9)之间；

在所述水箱(11)中设有温度传感器(15)。

9.根据权利要求8所述的低温推进剂分段抽空装置，其特征在于，还包括：

冷却管路(16)，连接所述第一抽气结构(4)与水箱(11)的底部；

第五阀门(17)，设置于所述冷却管路(16)上。