CN115898699B - 一种低温推进剂回温抽空装置 - 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回温抽空装置，包括：储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；加热机构，与储罐连接，用于加热所述储罐输出的低温推进剂；抽气机构，与加热机构连接，以抽吸加热后的低温推进剂；本申请技术方案通过加热低温推进剂与抽气机构相结合，既可以使得低温推进剂气体的温度上升，排放的推进剂气体接近常温，极大地提高火箭排放现场的安全性。

Description

一种低温推进剂回温抽空装置

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回温抽空装置。

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回温抽空装置，包括：

储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；

加热机构，与储罐连接，用于加热所述储罐输出的低温推进剂；

抽气机构，与加热机构连接，以抽吸加热后的低温推进剂。

可选地，所述抽气机构为水环泵。

可选地，所述加热机构包括：依次连接的加热器、泵、储液箱和换热器，所述加热器与所述换热器连接，所述换热器还与所述储罐连接。

可选地，还包括：

第一温度传感器，设置于所述抽气机构的入口处；

控制器，与所述加热器、第一温度传感器均连接。

可选地，还包括：

流量调节机构，设置于所述换热器与抽气机构之间。

可选地，所述流量调节机构包括：多个并联连接设置的、设有堵盖的孔板。

可选地，所述流量调节机构还包括：

第一阀门，设置于多个孔板与抽气机构之间。

可选地，还包括：

散热器，设置于所述换热器与储罐之间。

可选地，还包括：

第二阀门，通过散热器中段设有的出口与换热器连接；

第三阀门，通过散热器尾端设有的出口与换热器连接。

可选地，所述抽气机构与防爆动力源连接；

所述加热器和泵均设置于防爆结构内。

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回温抽空装置，包括：储罐，具有用于储存低温推进剂的腔体；加热机构，与储罐连接，用于加热所述储罐输出的低温推进剂；抽气机构，与加热机构连接，以抽吸加热后的低温推进剂；本申请技术方案通过加热低温推进剂与抽气机构相结合，既可以使得低温推进剂气体的温度上升，排放的推进剂气体接近常温，极大地提高火箭排放现场的安全性。

2.本发明所述抽气机构为水环泵；本申请技术方案具体限定抽气机构为水环泵，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，并且结合加热低温推进剂，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。

3.本发明所述加热机构包括：依次连接的加热器、泵、储液箱和换热器，所述加热器与所述换热器连接，所述换热器还与所述储罐连接；本申请技术方案具体限定加热机构的形式，不仅通过换热器与低温推进剂气体之间的换热，提高低温推进剂气体的温度，而且可以防止低温推进剂气体发生燃爆。

4.本发明提供的低温推进剂回温抽空装置，还包括：第一温度传感器，设置于所述抽气机构的入口处；控制器，与所述加热器、第一温度传感器均连接；本申请通过设置第一温度传感器和控制器，根据采集抽气机构入口处的温度，控制加热器的功率，当温度比较小时，增大加热器的加热功率；当温度比较大时，减小加热器的加热功率。

5.本发明提供的低温推进剂回温抽空装置，还包括：流量调节机构，设置于所述换热器与抽气机构之间；本申请通过设置流量调节机构，调节进入抽气机构的低温推进剂的流量，当温度过低时，调小低温推进剂的流量，不仅可以匹配加热器的加热功率；而且可以保证抽气机构的正常工作。

6.本发明所述流量调节机构包括：多个并联连接设置的、设有堵盖的孔板；本申请技术方案具体限定流量调节机构的结构，当推进剂为液氧时，通过打开堵盖，从孔板中将空气流入抽气机构之前的管路，从而降低流入抽气机构的低温推进剂的流量和对低温推进剂起到掺混加热的作用。

7.本发明所述流量调节机构还包括：第一阀门，设置于多个孔板与抽气机构之间；本申请通过设置第一阀门，当推进剂为液氢和液甲烷时，或者环境温度低于0摄氏度时，可以调节流入抽气机构的低温推进剂的流量。

8.本发明提供的低温推进剂回温抽空装置，还包括：散热器，设置于所述换热器与储罐之间；本申请通过设置散热器，将低温推进剂与空气进行热交换，提高一点低温推进剂的温度，进而可以节约后续通过加热器加热低温推进剂的能量。

9.本发明提供的低温推进剂回温抽空装置，还包括：第二阀门，通过散热器中段设有的出口与换热器连接；第三阀门，通过散热器尾端设有的出口与换热器连接；本申请技术方案通过在换热器上设置两个阀门，可以调节低温推进剂的换热面积，进而相当于调节换热器的换热功率；随着抽吸的进行，储罐中的压力越来越低，此时被抽吸出的低温推进剂的流量越来越小，就不需要非常大的换热面积，否则有可能把推进剂的温度恢复到0摄氏度以上很多，从而降低了水环泵抽吸的速度；因此通过设置第二阀门，减小低温推进剂的换热面积，不致于使得低温推进剂的温度恢复到0摄氏度以上很多。

10.本发明所述抽气机构与防爆动力源连接；所述加热器和泵均设置于防爆结构内；本申请技术方案通过设置防爆动力源，防止引发火源；通过设置防爆结构，将电器设备与低温推进剂隔绝，防止低温推进剂燃爆，提高火箭现场的安全性。

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回温抽空装置的连接结构示意图。

附图标记说明：

1、散热器；2、加热器；3、泵；4、换热器；5、第一阀门；6、第一温度传感器；7、抽气机构；8、第二阀门；9、第三阀门；10、储罐；11、孔板；12、储液箱；13、防爆结构；14、第二温度传感器。

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所示的低温推进剂回温抽空装置的一种具体实施方式，包括：依次连接的储罐10、散热器1、加热机构、流量调节机构和抽气机构7，设置于所述抽气机构7入口处的第一温度传感器6、与所述第一温度传感器6连接的控制器、以及设置于散热器1上的第二阀门8和第三阀门9等。

所述储罐10具有用于储存低温推进剂的腔体；所述加热机构用于加热所述储罐10输出的低温推进剂；所述抽气机构7抽吸加热后的低温推进剂。具体的，所述抽气机构7为水环泵。

所述加热机构包括：依次连接的加热器2、泵3、储液箱12和换热器4，所述加热器2与所述换热器4连接，所述换热器4还与所述储罐10连接，在加热器2与换热器4连接的管路上设置第二温度传感器14。所述控制器与所述加热器2、第二温度传感器14均连接。

具体的，所述储液箱12为水箱，所述泵3为耐高温水泵，能够承受70摄氏度以上的介质温度；所述加热器2为电加热器。所述换热器4为管壳式换热器，水在电加热器、耐高温水泵以及换热器4的列管中闭式循环，低温推进剂气体从换热器4的壳程中通过。控制器根据第一温度传感器6采集的温度控制电加热器的功率，当温度小于0摄氏度时，增大电加热器的功率；当温度大于5摄氏度时，减小电加热器的功率。采用换热器4和被抽推进剂气体的间接换热解决了被抽推进剂气体易燃易爆的安全问题。

进一步的，所述水箱的体积尽量做大；在水环泵工作之前，电加热器和耐高温水泵就开始运转，提前预热，通过第二温度传感器14控制水温，水箱中的水可以加热到70摄氏度。同时将换热器4的温度也预热到50摄氏度以上。当水环泵刚开始抽吸的时候，被预热的水和换热器4大大减少了电加热器的峰值功率。

所述流量调节机构包括：八个并联连接设置的、设有堵盖的孔板11和设置于孔板11与抽气机构7之间的第一阀门5。八个孔板11的面积各不相同。当加热器2的功率已经调节到最大，被抽推进剂气体的温度还是小于0摄氏度时，打开孔板11上的堵盖，放入空气，减少被抽推进剂气体的流量。进一步的，如果被抽推进剂气体的温度还是小于0摄氏度时，调节第一阀门5的开度，以减少被抽推进剂气体的流量。

所述第二阀门8通过散热器1中段设有的出口与换热器4连接；所述第三阀门9通过散热器1尾端设有的出口与换热器4连接。具体的，所述第二阀门8和第三阀门9均为低温阀。

所述抽气机构7与防爆动力源连接，且抽气机构7与防爆动力源均远离火箭现场的低温推进剂，减少防爆动力源引发火源的危险；具体的，所述防爆动力源为防爆电机。所述加热器2和泵3远离火箭现场的低温推进剂，且均设置于防爆结构13内，具体的，所述防爆结构13为防爆厂房。

本申请所述低温推进剂回温抽空装置的使用过程简述如下：启动电加热器，提前预热水箱中的水和换热器4；启动水环泵抽吸；储罐10中的低温推进剂先经过散热器1，与空气进行换热；然后低温推进剂进入换热器4进行升温，最后通过水环泵将升温后的推进剂抽出。

作为替代的实施方式，将所述水环泵替换为机械真空泵。

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 (4)

1.一种低温推进剂回温抽空装置，其特征在于，包括：

储罐(10)，具有用于储存低温推进剂的腔体；

加热机构，与储罐(10)连接，用于加热所述储罐(10)输出的低温推进剂；

抽气机构(7)，与加热机构连接，以抽吸加热后的低温推进剂；

所述加热机构包括：依次连接的加热器(2)、泵(3)、储液箱(12)和换热器(4)，所述加热器(2)与所述换热器(4)连接，所述换热器(4)还与所述储罐(10)连接；

还包括：

散热器(1)，设置于所述换热器(4)与储罐(10)之间；

还包括：

流量调节机构，设置于所述换热器(4)与抽气机构(7)之间；

所述流量调节机构包括：多个并联连接设置的、设有堵盖的孔板(11)；

所述换热器(4)为管壳式换热器，水在加热器(2)、泵(3)以及换热器(4)的列管中闭式循环，低温推进剂气体从换热器(4)的壳程中通过；

所述抽气机构(7)为水环泵；

所述流量调节机构还包括：

第一阀门(5)，设置于多个孔板(11)与抽气机构(7)之间；

在所述换热器(4)与抽气机构(7)之间的管路上设有支路；所述多个并联连接设置的、设有堵盖的孔板(11)设置于所述支路上；

当加热器(2)的功率已经调节到最大，被抽推进剂气体的温度还是小于0摄氏度时，打开孔板(11)上的堵盖，放入空气，减少被抽推进剂气体的流量。

2.根据权利要求1所述的低温推进剂回温抽空装置，其特征在于，还包括：

第一温度传感器(6)，设置于所述抽气机构(7)的入口处；

控制器，与所述加热器(2)、第一温度传感器(6)均连接。

3.根据权利要求1所述的低温推进剂回温抽空装置，其特征在于，还包括：

第二阀门(8)，通过散热器(1)中段设有的出口与换热器(4)连接；

第三阀门(9)，通过散热器(1)尾端设有的出口与换热器(4)连接。

4.根据权利要求1或2所述的低温推进剂回温抽空装置，其特征在于，

所述抽气机构(7)与防爆动力源连接；

所述加热器(2)和泵(3)均设置于防爆结构(13)内。