FR3073920A1 - PROTECTIVE METHOD AND METHOD FOR RECONDITIONING FLUID TRANSFER CONDUIT; FLUID TRANSFER DEVICE AND ERGOL FEEDER INSTALLATION FOR SPARED ENGINE - Google Patents
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Abstract
Procédé de protection d'une conduite (36) de transfert de fluide, comprenant une opération d'injection d'un agent de protection dans la conduite de transfert (36), opération durant laquelle on injecte un agent de protection dans la conduite de transfert (36) sous forme de gouttelettes, une température de solidification de l'agent de protection étant supérieure à une température de la paroi interne de la conduite, de telle sorte que l'agent de protection se dépose en phase solide sur ladite paroi formant ainsi une couche protectrice. Procédé de reconditionnement d'une conduite de transfert de fluide comprenant des opérations de protection de la conduite par le procédé précédent. Dispositif de transfert de fluide permettant la mise en œuvre de l'un des procédés précédents. Installation d'alimentation en ergol pour moteur-fusée comprenant un tel dispositif de transfert de fluide.A method of protecting a fluid transfer line (36), comprising an operation of injecting a protective agent into the transfer line (36), during which a protective agent is injected into the transfer line (36) in the form of droplets, a solidification temperature of the protective agent being greater than a temperature of the inner wall of the pipe, so that the protective agent is deposited in solid phase on said wall thus forming a protective layer. A method of reconditioning a fluid transfer line comprising driving protection operations by the above method. Fluid transfer device for implementing one of the above methods. Rocket engine propellant supply system comprising such a fluid transfer device.
Description
DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION
L'invention concerne un procédé de protection d'une conduite de transfert de fluide, un procédé de reconditionnement d'une conduite de transfert de fluide, et un dispositif de transfert de fluide.The invention relates to a method for protecting a fluid transfer line, a method for reconditioning a fluid transfer line, and a fluid transfer device.
L'invention concerne en particulier un procédé de protection d'une conduite d'alimentation en ergol d'un moteur-fusée, un procédé de reconditionnement d'une telle conduite de transfert de fluide, et un dispositif de transfert d'ergol liquide servant à remplir un moteur-fusée.The invention relates in particular to a method for protecting an ergol supply line for a rocket engine, a method for reconditioning such a fluid transfer line, and a liquid propellant transfer device serving to fill a rocket engine.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION
Dans le domaine des moteurs-fusées, un lanceur utilisant des ergols liquides réfrigérés tels que l’hydrogène, méthane ou l’oxygène est généralement raccordé aux installations de lancement par des ombilicaux qui permettent le transfert de ces ergols entre les citernes de stockage au sol et les réservoirs du lanceur.In the field of rocket engines, a launcher using refrigerated liquid propellants such as hydrogen, methane or oxygen is generally connected to the launching installations by umbilicals which allow the transfer of these propellants between the storage tanks on the ground and the launch vehicle’s tanks.
Ces ombilicaux sont déconnectés au cours de la procédure de décollage du lanceur et se trouvent alors exposés à une pollution chimique émise par le fonctionnement des moteurs. Cette pollution peut être particulièrement importante si de plus des propulseurs à ergols solides sont utilisés.These umbilicals are disconnected during the launch procedure for the launcher and are then exposed to chemical pollution emitted by the operation of the engines. This pollution can be particularly significant if in addition solid propellants are used.
Les ombilicaux servent donc à transférer un ergol liquide porté à très basse température depuis une citerne de stockage jusqu'au réservoir d'alimentation du moteur-fusée. Dans ce but, ils comportent généralement une double enveloppe permettant le maintien d'une pression intérieure très faible, réalisée dans des matériaux de type acier inoxydable, et sont conçus pour pouvoir être mis en œuvre à des températures très faibles (inférieures à 150K par exemple dans le cas de l'oxygène liquide).The umbilicals are therefore used to transfer a liquid propellant brought to very low temperature from a storage tank to the supply tank of the rocket engine. For this purpose, they generally have a double envelope allowing the maintenance of a very low internal pressure, produced in materials of the stainless steel type, and are designed to be able to be implemented at very low temperatures (below 150K for example in the case of liquid oxygen).
Il s'ensuit que ces ombilicaux sont des équipements onéreux : il est donc souhaitable de pouvoir les réutiliser plusieurs fois.It follows that these umbilicals are expensive equipment: it is therefore desirable to be able to reuse them several times.
Or, les polluants qui sont émis par le fonctionnement des moteursfusées au démarrage de la fusée et qui se déposent à l'intérieur de ces ombilicaux sont relativement difficiles à éliminer, en particulier si l'ombilical comporte des parties flexibles. En effet dans ce cas ces parties flexibles forment des pièges à pollution dont la remise en état est difficile.However, the pollutants which are emitted by the operation of the rocket engines at the start of the rocket and which are deposited inside these umbilicals are relatively difficult to remove, in particular if the umbilical has flexible parts. In this case, these flexible parts form pollution traps, the restoration of which is difficult.
Divers systèmes de protection sont généralement utilisés :Various protection systems are generally used:
• des capots qui se referment devant l'ombilical : mais cette solution est assez peu efficace en raison d'une étanchéité imparfaite ;• covers that close in front of the umbilical: but this solution is not very effective due to an imperfect seal;
• des clapets fixés sur la pièce liée au sol de la liaison sol/fusée. Cette solution est efficace pour l’ombilical mais ce sont alors ces clapets qui sont pollués, ce qui entraîne un surcoût important ;• valves fixed to the part linked to the ground of the ground / rocket link. This solution is effective for the umbilical, but these are the valves which are polluted, which leads to a significant additional cost;
• le balayage de l'ombilical à fort débit par un gaz neutre (azote, hélium par exemple) pendant toute la durée du décollage de la fusée à partir de l'allumage des moteurs. Cette solution est assez peu efficace car la forte section des ombilicaux (dont le diamètre typiquement vaut entre 40 et 90 mm) ne permet pas d’entretenir une surpression suffisante.• sweeping the umbilical at high flow rate with a neutral gas (nitrogen, helium for example) throughout the take-off of the rocket from the ignition of the engines. This solution is not very effective because the large section of the umbilicals (whose diameter typically is between 40 and 90 mm) does not allow to maintain sufficient overpressure.
La présente invention a pour objectif de proposer une solution technique permettant de manière relativement simple et peu coûteuse d'éliminer ou du moins de réduire la pollution que subit un ombilical d'alimentation de moteur fusée lors de l'arrêt de l'alimentation et du départ de la fusée. Un objectif complémentaire est notamment de supprimer le besoin d’un clapet à l'extrémité de l'ombilical.The object of the present invention is to propose a technical solution which makes it relatively simple and inexpensive to eliminate or at least reduce the pollution which a rocket engine supply umbilical undergoes when the supply and the supply are stopped. departure of the rocket. An additional objective is in particular to eliminate the need for a valve at the end of the umbilical.
De manière plus générale, l'objectif de l'invention est de proposer une solution technique permettant d'éliminer ou du moins de réduire la pollution qui se dépose sur la paroi interne d'une conduite de transfert de fluide lorsque, suite à l'arrêt du transfert, la conduite est déconnectée du récipient, ou plus généralement du circuit en aval vers lequel le fluide est transféré.More generally, the objective of the invention is to propose a technical solution making it possible to eliminate or at least reduce the pollution which is deposited on the internal wall of a fluid transfer pipe when, following the transfer stopped, the pipe is disconnected from the container, or more generally from the downstream circuit to which the fluid is transferred.
OBJET ET RESUME DE L'INVENTIONOBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION
Pour atteindre cet objectif, il est d'abord proposé selon l'invention un procédé de protection d'une conduite de transfert de fluide, comprenant une opération d'injection d'un agent de protection dans la conduite de transfert, opération durant laquelle on injecte un agent de protection dans la conduite de transfert sous forme de gouttelettes, une température de solidification de l'agent de protection étant supérieure à une température de la paroi interne de la conduite, de telle sorte que l'agent de protection se dépose en phase solide sur ladite paroi formant ainsi une couche protectrice.To achieve this objective, it is first proposed according to the invention a method of protecting a fluid transfer line, comprising an operation of injecting a protective agent into the transfer line, operation during which injects a protective agent into the transfer pipe in the form of droplets, a solidification temperature of the protective agent being higher than a temperature of the internal wall of the pipe, so that the protective agent is deposited in solid phase on said wall thus forming a protective layer.
En effet, partant du constat que les techniques de protection habituelles visant à empêcher la pollution de pénétrer dans la conduite de transfert sont soit peu efficaces, soit nécessitent des dispositifs complémentaires coûteux, l'idée de base de l'invention consiste à laisser la pollution pénétrer mais à faire en sorte que son élimination soit grandement facilitée.Indeed, starting from the observation that the usual protection techniques aimed at preventing pollution from entering the transfer line are either ineffective or require costly additional devices, the basic idea of the invention consists in letting the pollution to penetrate but to make its elimination much easier.
Dans ce but, on forme une couche protectrice temporaire à l'intérieur de la conduite de transfert. Cette couche protectrice est formée à l'intérieur de la conduite de transfert en pulvérisant un agent de protection à l'intérieur de celle-ci. Quand il est injecté ou pulvérisé à l'intérieur de la conduite de transfert, l'agent de pulvérisation se dépose spontanément, en phase solide, sur la paroi intérieure de la conduite de transfert, formant ainsi une couche protectrice. Si l'agent de protection est de l'eau, la couche de protection est une couche de givre (de glace).For this purpose, a temporary protective layer is formed inside the transfer pipe. This protective layer is formed inside the transfer pipe by spraying a protective agent inside it. When injected or sprayed inside the transfer line, the spray agent spontaneously deposits, in solid phase, on the inner wall of the transfer line, thus forming a protective layer. If the protective agent is water, the protective layer is a layer of frost (ice).
Lorsque la conduite de transfert est déconnectée du réservoir ou du circuit qu'elle sert à alimenter, le volume intérieur de la conduite de transfert se trouve en communication avec l'atmosphère extérieure.When the transfer line is disconnected from the tank or from the circuit it serves to supply, the interior volume of the transfer line is in communication with the outside atmosphere.
Par exemple, dans le cas de l'application de l'invention à un moteurfusée, si le décollage de la fusée a alors lieu et que le ou les moteur(s) du premier étage de la fusée sont allumés, un dégagement considérable de gaz et de polluants se produit.For example, in the case of the application of the invention to a rocket engine, if the launch of the rocket then takes place and the engine (s) of the first stage of the rocket are ignited, a considerable release of gas and pollutants occurs.
Avantageusement pendant cette phase, ces polluants, s'ils pénètrent à l'intérieur de l'ombilical (comme exemple de conduite de transfert au sens de l'invention), n'entrent pas en contact avec la paroi interne de la conduit de transfert mais seulement avec la couche protectrice formée sur cette paroi. Cette couche protectrice empêche donc, ou du moins réduit fortement, l'adhésion de ces polluants sur la paroi interne de l'ombilical. Il convient donc naturellement que la couche protectrice ne soit pas encore fondue au moment où il faut protéger la paroi interne de la conduite de transfert contre le dépôt de polluants.Advantageously during this phase, these pollutants, if they penetrate inside the umbilical (as an example of transfer line within the meaning of the invention), do not come into contact with the internal wall of the transfer line but only with the protective layer formed on this wall. This protective layer therefore prevents, or at least greatly reduces, the adhesion of these pollutants to the internal wall of the umbilical. It is therefore natural that the protective layer is not yet melted when it is necessary to protect the internal wall of the transfer pipe against the deposition of pollutants.
Lors de l'opération d'injection, l'agent de protection peut être injecté seul dans la conduite de transfert. Cependant, de manière alternative un fluide porteur sous forme gazeuse peut être injecté dans la conduite de transfert en même temps que l'agent de protection. Dans ce dernier cas, l'écoulement d'un fluide porteur, par exemple un gaz, avec l'agent de protection facilite le transport des gouttelettes d'agent de protection dans la conduite de transfert et permet avantageusement de former une couche protectrice sur une plus grande longueur à l'intérieur de la conduite de transfert. L'utilisation d'un fluide porteur en complément de l'agent de protection est donc recommandée lorsque la conduite de transfert a une longueur particulièrement importante.During the injection operation, the protective agent can be injected alone into the transfer line. However, alternatively a carrier fluid in gaseous form can be injected into the transfer line at the same time as the protective agent. In the latter case, the flow of a carrier fluid, for example a gas, with the protective agent facilitates the transport of the droplets of protective agent in the transfer line and advantageously makes it possible to form a protective layer on a greater length inside the transfer line. The use of a carrier fluid in addition to the protective agent is therefore recommended when the transfer line has a particularly long length.
L'agent de protection est choisi de telle sorte que sa température de solidification soit supérieure à la température de la paroi interne de la conduite (au moins pendant l'opération d'injection d'agent de protection).The protective agent is chosen so that its solidification temperature is higher than the temperature of the internal wall of the pipe (at least during the protective agent injection operation).
Dans le cas d'ergols liquides de moteurs-fusées, les températures auxquelles ces ergols sont mis en œuvre sont très basses : la température des ombilicaux, au moment de leur déconnexion peut se situer entre 20 et 50 K pour des ombilicaux de transfert d'hydrogène, ou de 90 à 150 K pour des ombilicaux de transfert d'oxygène. On peut donc par exemple utiliser simplement de l'eau comme agent de protection.In the case of liquid propellants for rocket engines, the temperatures at which these propellants are used are very low: the temperature of the umbilicals, at the time of their disconnection, can be between 20 and 50 K for umbilicals for the transfer of hydrogen, or from 90 to 150 K for oxygen transfer umbilicals. One can therefore for example simply use water as a protective agent.
Plus généralement, l'agent de protection peut contenir au moins un composant parmi de l'eau, du glycérol, de l'acide formique, de l'acide palmitique et du benzène. Chacun de ces différents constituants a une température de solidification évaluée en degrés Celsius positive ou nulle, et ainsi largement supérieure à la température de mise en œuvre des ergols liquides habituellement utilisés dans les moteurs-fusées comme l'hydrogène ou l'oxygène. Chacun de ces différents constituants est donc apte à former une couche protectrice à l'intérieur d'un ombilical, dès lors que la température de celui-ci est suffisamment basse, par exemple négative (en °C).More generally, the protective agent may contain at least one component from water, glycerol, formic acid, palmitic acid and benzene. Each of these different constituents has a solidification temperature evaluated in degrees Celsius positive or zero, and thus much higher than the processing temperature of the liquid propellants usually used in rocket engines such as hydrogen or oxygen. Each of these different constituents is therefore capable of forming a protective layer inside an umbilical, as soon as the temperature of the latter is sufficiently low, for example negative (in ° C.).
A l'intérieur de la conduite de transfert, la couche protectrice est une couche temporaire qu'il convient ensuite d'éliminer.Inside the transfer line, the protective layer is a temporary layer which must then be removed.
Le plus souvent, cette élimination résulte simplement du fait qu'une fois le transfert terminé, la paroi interne de la conduite de transfert se réchauffe. Le plus souvent, ce réchauffement peut être spontané, par échange thermique entre la conduite de transfert et l'atmosphère environnante. Lorsque la température de la paroi interne de la conduite de transfert devient supérieure à la température de solidification de l'agent de protection, l'agent de protection formant la couche protectrice se liquéfie. En fondant, il entraîne alors les particules de pollution qui se sont déposées dans la conduite de transfert. Les polluants déposés sur la couche protectrice se trouvent mélangés à l'agent de protection en phase liquide. Le mélange ainsi obtenu est alors éliminé en purgeant la conduite de transfert.Most often, this elimination results simply from the fact that, after the transfer is complete, the internal wall of the transfer pipe heats up. Most often, this heating can be spontaneous, by heat exchange between the transfer pipe and the surrounding atmosphere. When the temperature of the internal wall of the transfer line becomes higher than the solidification temperature of the protective agent, the protective agent forming the protective layer liquefies. While melting, it then entrains the pollution particles which have settled in the transfer line. The pollutants deposited on the protective layer are mixed with the protective agent in the liquid phase. The mixture thus obtained is then eliminated by purging the transfer line.
La présente invention porte également sur un procédé de reconditionnement d'une conduite de transfert de fluide. Ce procédé comprend les phases suivantes :The present invention also relates to a method for reconditioning a fluid transfer pipe. This process includes the following phases:
- une phase de protection de la conduite de transfert, durant laquelle on protège une paroi interne de la conduite de transfert en mettant en œuvre le procédé de protection de conduite de transfert présenté précédemment ;- A phase of protection of the transfer line, during which an internal wall of the transfer line is protected by implementing the method of protection of transfer line previously presented;
- une phase d'exposition durant laquelle la conduite de transfert (36) est exposée à une pollution extérieure ; puis- an exposure phase during which the transfer pipe (36) is exposed to external pollution; then
- une phase de remise en état de la conduite de transfert durant laquelle, pendant et/ou après que l'agent de protection est revenu à l'état liquide, on évacue l'agent de protection de la conduite de transfert.- A phase of restoration of the transfer line during which, during and / or after the protection agent has returned to the liquid state, the protection agent is removed from the transfer line.
Durant la phase d'exposition, le fait que la conduite de transfert soit exposée à une pollution extérieure signifie simplement que l'extrémité de la conduite de transfert reste ouverte et est donc exposée aux polluants éventuellement présents dans l'atmosphère environnante.During the exposure phase, the fact that the transfer pipe is exposed to external pollution simply means that the end of the transfer pipe remains open and is therefore exposed to pollutants possibly present in the surrounding atmosphere.
Pour faciliter l'élimination de la couche protectrice d'agent de protection - et des polluants qui se sont déposés sur celle-ci - par simple fusion de la couche protectrice, de préférence l'agent de protection a une température de solidification inférieure à la température de l'atmosphère extérieure (au moment de la mise en œuvre du procédé). Il peut par exemple avoir une température de solidification inférieure à 10°C voire à 1°C.To facilitate the removal of the protective layer of protective agent - and of the pollutants which have deposited thereon - by simply melting the protective layer, preferably the protective agent has a solidification temperature below the temperature of the external atmosphere (at the time of the implementation of the process). It can for example have a solidification temperature below 10 ° C or even 1 ° C.
Inversement, pour réduire le temps de remise en état de la conduite de transfert, ou si la température ambiante est trop basse, le réchauffement de la conduite de transfert peut éventuellement être provoqué. Dans ce cas, dans un mode de réalisation, après l'opération d'injection, on porte la température de la paroi interne de la conduite à une température supérieure à la température de solidification de l'agent de protection. Tout type de moyen de chauffage peut être utilisé pour atteindre ce résultat.Conversely, to reduce the time for restoring the transfer line, or if the ambient temperature is too low, heating of the transfer line may possibly be caused. In this case, in one embodiment, after the injection operation, the temperature of the internal wall of the pipe is brought to a temperature higher than the solidification temperature of the protective agent. Any type of heating medium can be used to achieve this result.
L'injection de l'agent de pulvérisation dans la conduite de transfert se fait normalement par au moins une buse de pulvérisation.The injection of the spraying agent into the transfer line is normally carried out by at least one spraying nozzle.
De préférence, en particulier durant l'opération d'injection, la température de ladite au moins une buse de pulvérisation est maintenue au-dessus de la température de solidification de l'agent de protection. Cela élimine ainsi le risque d'un colmatage d'une ou plusieurs buses par un dépôt d'agent de protection solidifié. Différents systèmes de réchauffage susceptibles d'être utilisés pour assurer ce maintien en température seront présentés plus loin.Preferably, in particular during the injection operation, the temperature of said at least one spray nozzle is maintained above the solidification temperature of the protective agent. This thus eliminates the risk of clogging of one or more nozzles by a deposit of solidified protective agent. Different reheating systems that can be used to maintain this temperature will be presented later.
Dans le cadre de la présente invention, il est également proposé un dispositif de transfert de fluide. Ce dispositif comprend :In the context of the present invention, a fluid transfer device is also proposed. This device includes:
- une conduite de transfert disposée en aval d'une vanne d'alimentation, la vanne d'alimentation permettant d'interrompre le transfert de fluide ;- a transfer pipe arranged downstream of a supply valve, the supply valve making it possible to interrupt the transfer of fluid;
- un dispositif d'injection, permettant de pulvériser un liquide sous forme de gouttelettes dans la conduite via au moins une buse d'injection ; et- an injection device, making it possible to spray a liquid in the form of droplets into the pipe via at least one injection nozzle; and
- un système de réchauffage apte à maintenir la température de ladite au moins une buse d'injection au-dessus d'une température prédéterminée.- A heating system able to maintain the temperature of said at least one injection nozzle above a predetermined temperature.
Ce dispositif de transfert de fluide permet d'injecter un agent de protection dans la conduite de transfert sous forme de gouttelettes et ainsi, de mettre en œuvre le procédé de protection de conduite de transfert présenté précédemment. Il convient pour cela naturellement d'injecter un agent de protection ayant une température de solidification qui soit supérieure à la température de la paroi interne de la conduite, lors de son injection.This fluid transfer device makes it possible to inject a protective agent into the transfer line in the form of droplets and thus, to implement the transfer line protection method presented above. It is therefore natural to inject a protective agent having a solidification temperature which is higher than the temperature of the internal wall of the pipe, during its injection.
Au moment de l'injection de l'agent de protection, la température de la conduite de transfert est inférieure à la température de solidification de l'agent de protection.At the time of the injection of the protective agent, the temperature of the transfer line is lower than the solidification temperature of the protective agent.
Aussi, pour éviter que celui-ci ne gèle au niveau d'une ou plusieurs buses d'injection, le dispositif de transfert de fluide comporte un système de réchauffage apte à maintenir la ou les températures de la ou des buse(s) d'injection au-dessus d'une température prédéterminée. Il s'agit en pratique que la température de la ou des buses d'injection reste supérieure à la température de solidification de l'agent de protection qui est injecté.Also, to prevent it from freezing at one or more injection nozzles, the fluid transfer device comprises a heating system capable of maintaining the temperature or temperatures of the nozzle (s) of injection above a predetermined temperature. In practice, this involves the temperature of the injection nozzle (s) remaining higher than the solidification temperature of the protective agent which is injected.
Le système de réchauffage peut être réalisé de différentes manières.The heating system can be implemented in different ways.
Dans un mode de réalisation, le système de réchauffage comporte un circuit d'injection de fluide caloporteur, configuré pour permettre l'injection de fluide caloporteur dans ladite au moins une buse de pulvérisation et/ou autour de celle-ci.In one embodiment, the heating system comprises a heat transfer fluid injection circuit, configured to allow the injection of heat transfer fluid into said at least one spray nozzle and / or around it.
De manière alternative, pour maintenir la température de ladite au moins une buse d'injection au-dessus d'une température prédéterminée, le système de réchauffage peut comporter une ou plusieurs résistances électriques de réchauffage (On parle alors de 'traçage électrique'). D'autres systèmes de réchauffage électrique peuvent être envisagés, comme par induction électromagnétique, etc.Alternatively, to maintain the temperature of said at least one injection nozzle above a predetermined temperature, the reheating system may include one or more electrical reheating resistors (This is known as 'electrical tracing'). Other electrical heating systems can be envisaged, such as by electromagnetic induction, etc.
Lorsqu'un circuit d'injection de fluide caloporteur est utilisé pour le réchauffage de la ou des buses, dans un mode de réalisation le circuit d'injection de fluide caloporteur comporte une conduite d'injection dans laquelle est disposée ladite au moins une buse d'injection de manière à permettre l'injection de l'agent de protection dans la conduite de transfert, un dispositif d'injection de gaz dans ladite conduite d'injection, et une vanne de découplage thermique apte à isoler la conduite d'injection de la conduite de transfert ou à relier ces deux conduites.When a heat transfer fluid injection circuit is used for heating the nozzle (s), in one embodiment the heat transfer fluid injection circuit comprises an injection pipe in which said at least one nozzle is disposed. injection so as to allow the injection of the protective agent into the transfer line, a gas injection device into said injection line, and a thermal decoupling valve capable of isolating the injection line from the transfer line or to connect these two lines.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'injection de gaz permet d'injecter du gaz dans la conduite d'injection, alors que celle-ci est isolée de la conduite de transfert grâce à la vanne de découplage thermique. Du fait de l'isolement (la séparation) entre la conduite de transfert et la conduite d'injection, la température de la conduite d'injection dépend de la température du gaz injecté. Il est donc possible, en fixant de manière judicieuse la température et le débit du gaz injecté, de maintenir la ou les buses d'injection à une température supérieure à la température de solidification de l'agent de protection, et d'éviter ainsi tout dépôt de celuici en phase solide sur la ou les buses.In this embodiment, the gas injection device makes it possible to inject gas into the injection line, while the latter is isolated from the transfer line by virtue of the thermal decoupling valve. Due to the isolation (separation) between the transfer line and the injection line, the temperature of the injection line depends on the temperature of the injected gas. It is therefore possible, by judiciously fixing the temperature and the flow rate of the injected gas, to maintain the injection nozzle (s) at a temperature higher than the solidification temperature of the protective agent, and thus to avoid any deposition of this in solid phase on the nozzle (s).
Pour l'élimination du mélange agent de protection/polluants qui s'accumule en phase liquide dans le(s) point(s) bas de la conduite de transfert et éventuellement de la conduite d'injection, dans un mode de réalisation avantageux le dispositif de transfert de fluide comprend en outre une vanne de purge configurée de manière à permettre l'évacuation par gravité du liquide (à savoir, le mélange agent de protection/polluants) contenu dans la conduite de transfert.For the elimination of the protective agent / pollutant mixture which accumulates in the liquid phase in the low point (s) of the transfer line and possibly of the injection line, in an advantageous embodiment the device The fluid transfer further includes a purge valve configured to allow gravity to drain the liquid (i.e., the protective agent / pollutant mixture) contained in the transfer line.
Les composants chimiques proposés pour le procédé de transfert de fluide présenté précédemment peuvent naturellement être utilisés de préférence comme agent de protection dans un dispositif de transfert de fluide selon l'invention. Aussi dans un mode de réalisation, le dispositif d'injection d'agent de protection comprend un réservoir connecté à ladite au moins une buse de pulvérisation, le réservoir contenant un agent de protection comprenant au moins un composant parmi de l'eau, du glycérol, de l'acide formique, de l'acide palmitique et du benzène.The chemical components proposed for the fluid transfer process presented above can naturally be preferably used as a protective agent in a fluid transfer device according to the invention. Also in one embodiment, the protective agent injection device comprises a reservoir connected to said at least one spray nozzle, the reservoir containing a protective agent comprising at least one component among water, glycerol , formic acid, palmitic acid and benzene.
La présente invention concerne en particulier une installation d'alimentation en ergol pour moteur-fusée, comprenant un réservoir d'ergol liquide et un dispositif de transfert tel que défini précédemment. Ce dispositif de transfert est configuré pour permettre le transfert d'ergol dudit réservoir d'ergol liquide à un réservoir d'un moteur-fusée, une température de l'ergol liquide contenu dans le réservoir étant inférieure à une température de solidification de l'agent de protection.The present invention relates in particular to a propellant supply installation for a rocket engine, comprising a liquid propellant tank and a transfer device as defined above. This transfer device is configured to allow the transfer of propellant from said liquid propellant tank to a tank of a rocket engine, a temperature of the liquid propellant contained in the tank being lower than a solidification temperature of the protection officer.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be well understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of embodiments shown by way of nonlimiting examples. The description refers to the attached drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation d'alimentation en ergol pour moteur-fusée, connectée à une fusée pour alimenter un réservoir de celle-ci ;- Figure 1 is a schematic view of a propellant supply installation for a rocket engine, connected to a rocket to supply a reservoir thereof;
- la figure 2 est une vue schématique de l'installation d'alimentation en ergol de la figure 1, après déconnexion de la conduite de transfert d'ergol vers le réservoir de la fusée ;- Figure 2 is a schematic view of the propellant supply installation of Figure 1, after disconnection of the propellant transfer line to the rocket tank;
- la figure 3 est une vue schématique de l'installation d'alimentation en ergol de la figure 1, pendant une opération de reconditionnement de la conduite de transfert ; et- Figure 3 is a schematic view of the propellant supply installation of Figure 1, during a reconditioning operation of the transfer line; and
- la figure 4 est un diagramme-bloc présentant les étapes du remplissage d'un moteur fusée et de reconditionnement de la conduite de transfert d'ergol après l'arrêt du remplissage.- Figure 4 is a block diagram showing the steps of filling a rocket engine and reconditioning of the propellant transfer line after filling stops.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
En faisant référence aux différentes figures, une installation 10 d'alimentation en ergol pour moteur-fusée va maintenant être décrite.With reference to the various figures, an installation 10 for supplying propellant for a rocket engine will now be described.
Cette installation 10 sert à remplir d'ergol liquide l'un des réservoirs d'ergols d'une fusée 100.This installation 10 is used to fill with liquid propellant one of the propellant tanks of a rocket 100.
Dans le cas présent, l'installation 10 sert à transférer de l'oxygène liquide (en tant qu'ergol liquide) d'un réservoir d'oxygène liquide 12 à un réservoir 110 d'une fusée 100. Le réservoir 110 est l'un des deux réservoirs d'ergols d'un moteur-fusée non représenté de la fusée 100.In the present case, the installation 10 is used to transfer liquid oxygen (as liquid propellant) from a liquid oxygen tank 12 to a tank 110 of a rocket 100. The tank 110 is the one of the two fuel tanks of a rocket engine, not shown, of the rocket 100.
La fusée 100 comporte une paroi 120. A l'intérieur de la fusée 100 (à droite de la paroi 120 sur les figures 1 et 2), une conduite de liaison 112 permet de transférer de l'oxygène liquide depuis un orifice d'alimentation 114 du moteur-fusée en oxygène aménagé dans la paroi 120 jusqu'à un orifice de remplissage 116 du réservoir 110, situé au fond de celui-ci.The rocket 100 has a wall 120. Inside the rocket 100 (to the right of the wall 120 in FIGS. 1 and 2), a connecting pipe 112 makes it possible to transfer liquid oxygen from a supply orifice 114 of the oxygen rocket engine arranged in the wall 120 up to a filling orifice 116 of the reservoir 110, located at the bottom thereof.
L'installation 10 d'alimentation en oxygène liquide comporte trois composants principaux : une citerne d'oxygène liquide 12, une pompe 14, et un dispositif de transfert de fluide 20.The liquid oxygen supply installation 10 comprises three main components: a liquid oxygen tank 12, a pump 14, and a fluid transfer device 20.
La citerne d'oxygène liquide est maintenue à une température de l'ordre de 90K par des moyens d'isolation thermique non représentés.The liquid oxygen tank is maintained at a temperature of the order of 90K by means of thermal insulation, not shown.
La pompe 14 est reliée à un orifice de sortie de la citerne 12 situé au fond de celle-ci de manière à permettre le soutirage d'oxygène en phase liquide.The pump 14 is connected to an outlet orifice of the tank 12 located at the bottom thereof so as to allow the withdrawal of oxygen in the liquid phase.
(Dans un autre mode de réalisation, le réservoir 12 est pressurisé. Le transfert de l'ergol liquide (l'oxygène liquide) contenu dans le réservoir 12 ne se fait alors plus sous l'action de la pompe 14, mais simplement sous l'effet de la pression du ciel gazeux du réservoir 12 sur la phase liquide. La sortie de l'oxygène liquide hors du réservoir 12 est alors contrôlée par une vanne disposée en série sur l'orifice du réservoir 12, et similaire à la vanne 34 de la Fig.3 décrite plus loin.)(In another embodiment, the reservoir 12 is pressurized. The transfer of the liquid propellant (liquid oxygen) contained in the reservoir 12 is then no longer carried out under the action of the pump 14, but simply under the effect of the overhead pressure of the reservoir 12 on the liquid phase The exit of the liquid oxygen from the reservoir 12 is then controlled by a valve arranged in series on the orifice of the reservoir 12, and similar to the valve 34 in Fig. 3 described below.)
Le dispositif 20 de transfert de fluide sert à transférer l'oxygène refoulé par la pompe 14 jusqu'à l'orifice d'alimentation 114 et ainsi, à remplir le réservoir 110 d'oxygène liquide via la conduite de liaison 112.The fluid transfer device 20 serves to transfer the oxygen delivered by the pump 14 to the supply orifice 114 and thus, to fill the reservoir 110 with liquid oxygen via the connection line 112.
Pour réaliser sa fonction, dans ce mode de réalisation, le dispositif 20 de transfert de fluide comprend un circuit principal 30, un dispositif d'injection 40, et un système de réchauffage 50 pour le dispositif d'injection 40.To perform its function, in this embodiment, the fluid transfer device 20 comprises a main circuit 30, an injection device 40, and a heating system 50 for the injection device 40.
Le circuit principal 30 comprend une conduite amont 32, une conduite de transfert ou ombilical 36, et une vanne d'alimentation 34 interposée entre la conduite amont 32 et la conduite de transfert 36.The main circuit 30 comprises an upstream pipe 32, a transfer or umbilical pipe 36, and a supply valve 34 interposed between the upstream pipe 32 and the transfer pipe 36.
L'orifice d'entrée de la conduite amont 32 est relié à l'orifice du réservoir 12, et l'orifice de sortie de la conduite de transfert 36 est relié à l'orifice d'alimentation 114. La pompe 14 est disposée en série sur la conduite 32.The inlet port of the upstream pipe 32 is connected to the tank port 12, and the outlet port of the transfer pipe 36 is connected to the supply port 114. The pump 14 is arranged in driving series 32.
La vanne d'alimentation 34 est une vanne à deux positions qui permet, selon sa position, d'autoriser ou d'interrompre le transfert de fluide de la citerne 12 vers le réservoir 110.The supply valve 34 is a two-position valve which allows, depending on its position, to authorize or interrupt the transfer of fluid from the tank 12 to the tank 110.
La conduite de transfert 36 est donc disposée en aval de la vanne d'alimentation 34.The transfer line 36 is therefore placed downstream of the supply valve 34.
Le dispositif d'injection 40 sert à pulvériser de fines gouttelettes d'eau dans la conduite de transfert via une buse d'injection : dans l'installation 10, on utilise de l'eau comme agent de protection de la conduite de transfert.The injection device 40 is used to spray fine droplets of water into the transfer line via an injection nozzle: in installation 10, water is used as a protection agent for the transfer line.
Le dispositif d'injection 40 comprend un ballon d'eau 41, une pompe 42, une vanne de découplage thermique 43, une buse d'injection 44, une conduite d'injection 45 et une vanne de purge 46.The injection device 40 comprises a water tank 41, a pump 42, a thermal decoupling valve 43, an injection nozzle 44, an injection pipe 45 and a purge valve 46.
Dans un autre mode de réalisation, plutôt que d'utiliser une pompe telle que la pompe 42, on utilise un dispositif de pressurisation du ciel gazeux du réservoir 41.In another embodiment, rather than using a pump such as the pump 42, a device for pressurizing the gaseous head of the tank 41 is used.
Le ballon d'eau 41 est relié à la buse 44 via la pompe 42. La pompe permet donc de pomper de l'eau du ballon 41 vers la buse 44 ; l'eau qui traverse la buse est pulvérisée à l'intérieur de la conduite d'injection 45 et de là peut circuler dans la conduite de transfert 36.The water balloon 41 is connected to the nozzle 44 via the pump 42. The pump therefore makes it possible to pump water from the balloon 41 to the nozzle 44; the water passing through the nozzle is sprayed inside the injection pipe 45 and from there can circulate in the transfer pipe 36.
La conduite d'injection 45 est un tronçon de canalisation qui peut être de même type que la conduite de transfert (même matériau, même diamètre, même structure), ou peut être plus ou moins différent. Par exemple, la conduite de transfert 36 peut être flexible alors que la conduite d'injection 45 est formée en matériau rigide.The injection pipe 45 is a section of pipe which can be of the same type as the transfer pipe (same material, same diameter, same structure), or can be more or less different. For example, the transfer line 36 can be flexible while the injection line 45 is formed of rigid material.
La conduite de transfert 36 présente un embranchement en un point T. Le tronçon amont 36A de la conduite de transfert 36, qui s'étend de la vanne 34 jusqu'au point T, s'étend sensiblement suivant une direction horizontale. Le tronçon aval 36B de la conduite de transfert 36, s'étend à partir du point T en suivant d'abord une direction sensiblement verticale, puis en formant une courbe pour finalement se raccorder à l'orifice 114 suivant un axe horizontal.The transfer line 36 has a branch at a point T. The upstream section 36A of the transfer line 36, which extends from the valve 34 to the point T, extends substantially in a horizontal direction. The downstream section 36B of the transfer pipe 36 extends from the point T by first following a substantially vertical direction, then forming a curve to finally connect to the orifice 114 along a horizontal axis.
La conduite d'injection 45 est reliée à la conduite de transfert 36 au point T via la vanne de découplage thermique 43 et s'étend vers le bas dans le prolongement du tronçon aval 36B de la conduite de transfert 36.The injection line 45 is connected to the transfer line 36 at point T via the thermal decoupling valve 43 and extends downward in the extension of the downstream section 36B of the transfer line 36.
A l'extrémité inférieure de la conduite d'injection 45 se trouve la vanne de purge 46, qui est une vanne à deux positions. Comme la vanne de purge 46 se trouve au point bas de la conduite d'injection 45, et que celle-ci est raccordée au point bas de la conduite de transfert 36, la vanne de purge 5 46 permet, quand la vanne de découplage 43 et la vanne de purge 46 sont ouvertes, de purger simultanément la conduite de transfert 36 et la conduite d'injection 45. (Dans ce but, le tronçon amont 36A de la conduite de transfert 36 est prévu avec une légère pente vers le point T). La vanne de purge 46 est donc configurée de manière à permettre l'évacuation par 10 gravité du liquide contenu dans la conduite de transfert 36.At the lower end of the injection line 45 is the purge valve 46, which is a two-position valve. As the purge valve 46 is at the low point of the injection line 45, and that the latter is connected to the low point of the transfer line 36, the purge valve 5 46 allows, when the decoupling valve 43 and the purge valve 46 are open, to simultaneously purge the transfer line 36 and the injection line 45. (For this purpose, the upstream section 36A of the transfer line 36 is provided with a slight slope towards the point T ). The purge valve 46 is therefore configured so as to allow the liquid contained in the transfer line 36 to be evacuated by gravity.
A l'extrémité supérieure de la conduite d'injection 45 se trouve la vanne de découplage thermique 43. Cette vanne 43 est une vanne à deux positions disposée en aval (par rapport au sens d'injection d'eau, qui va être précisé plus loin) de la conduite d'injection 45 et qui permet donc de 15 relier la conduite d'injection 45 à la conduite de transfert 36 ou d'isoler ces deux conduites l'une de l'autre.At the upper end of the injection pipe 45 is the thermal decoupling valve 43. This valve 43 is a two-position valve disposed downstream (relative to the direction of water injection, which will be explained more far) from the injection pipe 45 and which therefore makes it possible to connect the injection pipe 45 to the transfer pipe 36 or to isolate these two pipes from one another.
Le système de réchauffage 50 sert à éviter que la température de la buse 44 ne devienne inférieure à la température de solidification de l'eau (en tant qu'agent de protection). Il sert donc à maintenir la 20 température de la buse 44 à une valeur strictement positive.The reheating system 50 serves to prevent the temperature of the nozzle 44 from falling below the solidification temperature of the water (as a protective agent). It therefore serves to maintain the temperature of the nozzle 44 at a strictly positive value.
Dans ce but, le système de réchauffage 50 comporte un circuit d'injection de fluide caloporteur, à savoir un circuit d'injection d'azote, configuré pour permettre l'injection d'azote dans la conduite d'injection 45, au voisinage de la buse de pulvérisation 44. La vanne de purge 46 est 25 ouverte lors des injections d'azote, pour permettre la circulation de l'azote injecté.For this purpose, the reheating system 50 includes a heat transfer fluid injection circuit, namely a nitrogen injection circuit, configured to allow the injection of nitrogen into the injection line 45, in the vicinity of the spray nozzle 44. The purge valve 46 is open during the nitrogen injections, to allow the circulation of the injected nitrogen.
Dans ce mode de réalisation, on peut considérer que la conduite d'injection 45 et la vanne de découplage 43 font partie du système de réchauffage. En effet, ces composants servent spécifiquement à permettre 30 le réchauffage de la buse 44 par de l'azote à l'intérieur de la conduite d'injection 45, formant un compartiment relativement chaud séparé de la conduite de transfert 36, plus froide, par la valve de découplage thermique 43.In this embodiment, it can be considered that the injection pipe 45 and the decoupling valve 43 are part of the heating system. Indeed, these components are used specifically to allow the heating of the nozzle 44 by nitrogen inside the injection pipe 45, forming a relatively hot compartment separated from the transfer pipe 36, which is cooler, by the thermal decoupling valve 43.
Dans un autre mode de réalisation, la buse 44 pourrait être 35 réchauffée par des résistances électriques.In another embodiment, the nozzle 44 could be heated by electrical resistors.
Le circuit d'injection d'azote du système de réchauffage 50 comporte un ballon d'azote sous pression 51, une vanne à deux positions 52, et une conduite de transfert de fluide permettant de diriger l'azote sous pression depuis le réservoir 51 via la vanne 52 jusqu'à l'intérieur de la conduite d'injection 45. L'azote est injecté dans cette conduite au voisinage de la buse 44 via un injecteur calibré 53. Du fait de la circulation d'azote ainsi créée et ainsi de la chaleur apportée par le flux d'azote, la température de la buse 44 ne peut diminuer et reste donc à tout instant strictement positive. Ainsi, la formation de givre sur la buse 44 est évitée.The nitrogen injection circuit of the heating system 50 includes a pressurized nitrogen tank 51, a two-position valve 52, and a fluid transfer line making it possible to direct the nitrogen under pressure from the tank 51 via the valve 52 as far as the interior of the injection pipe 45. The nitrogen is injected into this pipe in the vicinity of the nozzle 44 via a calibrated injector 53. Due to the circulation of nitrogen thus created and thus the heat provided by the nitrogen flow, the temperature of the nozzle 44 cannot decrease and therefore remains strictly positive at all times. Thus, the formation of frost on the nozzle 44 is avoided.
De manière alternative, la conduite de transfert de fluide du circuit d'injection d'azote peut être agencée de manière à injecter l'azote sous pression non pas à l'intérieur de la conduite 45, mais à l'intérieur de la conduite d'injection 40, entre la pompe 42 et la buse 44 par exemple. En effet, c'est surtout l'intérieur de l'injecteur 44 et de la conduite en amont dont on veut maintenir la température dans une plage prédéterminée.Alternatively, the fluid transfer line of the nitrogen injection circuit can be arranged so as to inject the nitrogen under pressure not inside the line 45, but inside the line d injection 40, between the pump 42 and the nozzle 44 for example. In fact, it is above all the interior of the injector 44 and of the pipe upstream of which the temperature is to be maintained within a predetermined range.
Dans d'autres modes de réalisation, des fluides caloporteurs autres que l'azote peuvent être utilisés, par exemple de l'air sec.In other embodiments, heat transfer fluids other than nitrogen can be used, for example dry air.
Enfin, sur le tronçon amont 36A de la conduite de transfert 36 est disposée en dérivation une canalisation de purge 60. Le passage d'oxygène liquide dans cette canalisation est contrôlé par une vanne à deux positions 61. La canalisation 60 est dirigée vers le bas et permet de vider la canalisation 32 par gravité via la vanne 61.Finally, on the upstream section 36A of the transfer pipe 36, a purge pipe 60 is arranged in bypass. The passage of liquid oxygen in this pipe is controlled by a two-position valve 61. The pipe 60 is directed downwards. and empties the pipe 32 by gravity via the valve 61.
Le dispositif de transfert 20 est mis en œuvre de la manière suivante lors du démarrage de la fusée 100.The transfer device 20 is implemented in the following manner when the rocket 100 starts.
Phase 1 - Remplissage du réservoir (Fig.l)Phase 1 - Filling the tank (Fig.l)
Dans une première étape, l'installation 10 d'alimentation en oxygène liquide du réservoir 110 est mise en œuvre de manière connue en soi en actionnant la pompe 14 et en ouvrant la vanne 34 de telle sorte que la quantité souhaitée d'oxygène liquide soit transférée du réservoir d'oxygène 12 au réservoir d'oxygène 110 de la fusée 100.In a first step, the installation 10 for supplying liquid oxygen to the reservoir 110 is implemented in a manner known per se by actuating the pump 14 and by opening the valve 34 so that the desired quantity of liquid oxygen is transferred from the oxygen tank 12 to the oxygen tank 110 of the rocket 100.
Pendant cette étape, la vanne de découplage thermique 43 est fermée et la vanne de purge 46 ouverte. La vanne 52 est ouverte ; par conséquent, un flux d'azote est envoyé dans la conduite d'injection 45 via un injecteur calibré 53 afin de compenser les échanges thermiques qui ont lieu par conduction, convection et rayonnement entre les parties froides et chaudes et de maintenir la buse d'injection 44 à une température supérieure à la température de solidification de l'agent de protection, c'est-à-dire à une température strictement positive.During this step, the thermal decoupling valve 43 is closed and the purge valve 46 open. The valve 52 is open; consequently, a flow of nitrogen is sent into the injection pipe 45 via a calibrated injector 53 in order to compensate for the heat exchanges which take place by conduction, convection and radiation between the cold and hot parts and to maintain the nozzle. injection 44 at a temperature above the solidification temperature of the protective agent, that is to say at a strictly positive temperature.
Phase 2 - Mise en condition de la conduite de transfert (Fig.2)Phase 2 - Conditioning the transfer line (Fig. 2)
Une fois le réservoir 110 suffisamment rempli, la conduite de transfert 36 est alors mise en condition, c'est-à-dire préparée, en vue de l'allumage du ou des moteurs, en réalisant les opérations suivantes :Once the reservoir 110 is sufficiently filled, the transfer line 36 is then put into condition, that is to say prepared, for the ignition of the engine or engines, by carrying out the following operations:
On interrompt le transfert en arrêtant la pompe 14.The transfer is interrupted by stopping the pump 14.
On déconnecte de la fusée l'extrémité aval de la conduite de transfert 36.The downstream end of the transfer line 36 is disconnected from the rocket.
On purge l'oxygène liquide contenu dans la conduite 36. Dans ce but, tout en conservant la vanne de découplage thermique 43 fermée, on ferme la vanne 34 et on ouvre la vanne de purge 61. L'oxygène liquide contenu dans la conduite de transfert 36 s'écoule alors par la conduite de purge 60.The liquid oxygen contained in line 36 is purged. For this purpose, while keeping the thermal decoupling valve 43 closed, the valve 34 is closed and the purge valve 61 is opened. The liquid oxygen contained in the line transfer 36 then flows through the purge line 60.
Une fois l'oxygène liquide purgé ou évacué de la conduite 36, on protège celle-ci des polluants en formant une couche de givre protectrice sur la paroi interne de la conduite de transfert 36, de la manière suivante :Once the liquid oxygen has been purged or evacuated from the pipe 36, the latter is protected from pollutants by forming a protective layer of frost on the internal wall of the transfer pipe 36, as follows:
On ferme les vannes de purge 46 et 61, et on ouvre la vanne 43 de découplage thermique. On injecte alors de l'eau dans la conduite d'injection 45 via la buse 44.The purge valves 46 and 61 are closed, and the thermal decoupling valve 43 is opened. Water is then injected into the injection line 45 via the nozzle 44.
Pendant cette étape d'injection d'eau, l'injection d'azote depuis le réservoir 51 n'est plus nécessaire, car la circulation d'eau à travers la buse 44 suffit pour maintenir la température de celle-ci au-dessus de 0 degrés Celsius, la température de solidification de l'eau à la pression ordinaire.During this water injection step, nitrogen injection from the tank 51 is no longer necessary, because the circulation of water through the nozzle 44 is sufficient to maintain the temperature of the latter above 0 degrees Celsius, the solidification temperature of water at ordinary pressure.
Cependant, et en particulier si la longueur de la conduite 36 est importante, l'injection d'azote peut être poursuivie pendant cette étape pour faciliter le transport des gouttelettes d'eau vers la partie haute de la conduite 36. L'azote est alors injecté en tant que fluide porteur.However, and in particular if the length of the pipe 36 is large, the nitrogen injection can be continued during this step to facilitate the transport of the water droplets to the upper part of the pipe 36. The nitrogen is then injected as a carrier fluid.
Dès que l'injection d'eau par la buse 44 commence, les gouttelettes d'eau sont projetées à l'intérieur de la conduite de transfert. Sous l'effet de la faible température de la paroi, elles gèlent au contact de la paroi et forment immédiatement une couche protectrice de givre sur la paroi interne de l'ombilical.As soon as the injection of water through the nozzle 44 begins, the water droplets are projected inside the transfer pipe. Under the effect of the low temperature of the wall, they freeze on contact with the wall and immediately form a protective layer of frost on the inner wall of the umbilical.
Pendant cette étape, l'agent de protection (dans le cas présent, de l'eau) doit de préférence être injecté sous forme liquide pulvérisé en fines gouttelettes, pour permettre la formation d'un dépôt relativement uniforme sur la paroi interne de la conduite 36.During this step, the protective agent (in this case, water) should preferably be injected in liquid form sprayed in fine droplets, to allow the formation of a relatively uniform deposit on the internal wall of the pipe. 36.
L'injection d'eau doit être poursuivie au moins jusqu'à ce que l'on estime que l'épaisseur de la couche protectrice de givre est suffisante.Water injection should be continued at least until it is felt that the thickness of the protective layer of frost is sufficient.
Le départ de la fusée peut alors être déclenché.The launch of the rocket can then be triggered.
Phase 3 - Exposition à des polluants lors de l'allumage du/des moteursPhase 3 - Exposure to pollutants during ignition of the engine (s)
Le départ de la fusée 100 est alors déclenché. Pendant cette phase, les moteurs du premier étage de la fusée sont allumés, et dégagent une quantité considérable de gaz et de polluants.The start of the rocket 100 is then triggered. During this phase, the engines of the first stage of the rocket are started, and release a considerable quantity of gases and pollutants.
Une partie des polluants émis par les moteurs de la fusée pénètre dans la conduite 36. Certaines particules solides (suies, oxydes ou chlorures d'aluminium et de fer...) se déposent sur la couche de givre qui recouvre la paroi interne de celle-ci. Pendant cette phase, on peut maintenir ou arrêter l'injection d'eau dans la conduite 36.Part of the pollutants emitted by the rocket motors enters line 36. Some solid particles (soot, oxides or chlorides of aluminum and iron ...) are deposited on the layer of frost which covers the inner wall of that -this. During this phase, the injection of water can be maintained or stopped in line 36.
Phase 4 - Remise en état de la conduite de transfert (Fig.3)Phase 4 - Repair of the transfer line (Fig. 3)
Une fois la fusée partie, la conduite de transfert est remise en état pour une utilisation future. L'eau et les polluants présents dans la conduite de transfert doivent être éliminés.Once the rocket is gone, the transfer line is rehabilitated for future use. Water and pollutants present in the transfer line must be removed.
Pendant cette étape, l'ombilical 36 se réchauffe, soit naturellement, soit par circulation d'un gaz à température appropriée. Le circuit d'injection d'azote peut être utilisé pour cela par exemple en injectant un flux d'azote dans la conduite d'injection 45, en particulier un flux d'azote réchauffé.During this step, the umbilical 36 heats up, either naturally or by circulation of a gas at an appropriate temperature. The nitrogen injection circuit can be used for this, for example by injecting a stream of nitrogen into the injection pipe 45, in particular a stream of heated nitrogen.
Le réchauffement de l'ombilical 36 provoque la fusion de la couche de givre qui entraîne avec elle les particules de polluant incrustées à sa surface.The heating of the umbilical 36 causes the layer of frost to melt, which carries with it the pollutant particles embedded on its surface.
Pendant cette étape, de préférence on ouvre les vannes 43, 46 et optionnellement 52, tout en maintenant fermée la vanne 34.During this step, preferably the valves 43, 46 and optionally 52 are opened, while keeping the valve 34 closed.
Pour accélérer encore davantage la fusion de la couche de givre, on peut de plus prévoir de chauffer l'azote injecté dans la conduite d'injection 45.To further accelerate the melting of the layer of frost, provision can also be made to heat the nitrogen injected into the injection pipe 45.
Pendant cette phase, on purge la conduite 36 en ouvrant la vanne de découplage thermique 43 et la vanne de purge 46. Le mélange d'eau et de polluants présent dans la conduite de transfert 36 s'écoule donc hors de celle-ci par gravité.During this phase, the line 36 is purged by opening the thermal decoupling valve 43 and the purge valve 46. The mixture of water and pollutants present in the transfer line 36 therefore flows out of it by gravity .
La quantité de polluants dans ce mélange est évaluée.The quantity of pollutants in this mixture is evaluated.
Si l'on considère que la quantité de polluants restant dans la conduite 36 est excessive, et qu'ainsi la conduite 36 n'est pas suffisamment propre, pour rincer davantage la conduite de transfert 36, on injecte alors à nouveau de l'eau dans celle-ci par la buse 44, en ouvrant la vanne de découplage thermique 43 et en fermant la vanne de purge 46, et l'on procède à une nouvelle étape de purge.If we consider that the quantity of pollutants remaining in the line 36 is excessive, and thus the line 36 is not clean enough, to further rinse the transfer line 36, we then inject water again in the latter by the nozzle 44, by opening the thermal decoupling valve 43 and by closing the purge valve 46, and a new purging step is carried out.
Cette opération peut être répétée plusieurs fois de suite s'il y a lieu, notamment jusqu'à ce que la teneur en polluant dans les eaux de purge récupérées en sortie de la vanne de purge 46 atteigne un taux de polluants considéré comme acceptable.This operation can be repeated several times in succession if necessary, in particular until the pollutant content in the purge water recovered at the outlet of the purge valve 46 reaches a level of pollutants considered to be acceptable.
Les condensais sont alors évacués vers le dispositif de récupération. Suivant la nature du fluide utilisé, ils pourront être soit canalisés vers les fosses de récupération des eaux de rinçage du pas de tir, soit vers un réservoir spécifique pour sa collecte et son retraitement (en particulier s’il s'agit d'un fluide toxique).The condensates are then evacuated to the recovery device. Depending on the nature of the fluid used, they can either be channeled to the recovery tanks for rinsing water from the launch pad, or to a specific tank for its collection and reprocessing (in particular if it is a fluid toxic).
Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à un exemple de réalisation spécifique, il est évident que différentes modifications et changements peuvent être effectués par rapport à cet exemple sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. Notamment, l'invention peut être appliquée pour la protection et le reconditionnement de conduites de transfert qui ne soient pas des conduites de transfert d'ergol pour moteurs-fusées, mais qui soient des conduites de transfert d'autres fluides, notamment des fluides industriels, médicaux, agricoles, ou autre. Dans le cas où l'invention est appliquée à une conduite d'ergol, l'ergol n'est pas limité à l'oxygène mais peut être tout type d'ergol liquide.Although the present invention has been described with reference to a specific embodiment, it is obvious that various modifications and changes can be made with respect to this example without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, the invention can be applied for the protection and reconditioning of transfer lines which are not transfer lines for propellant for rocket engines, but which are lines for transfer of other fluids, in particular industrial fluids , medical, agricultural, or other. In the case where the invention is applied to a propellant line, the propellant is not limited to oxygen but can be any type of liquid propellant.
Par ailleurs, l'invention est applicable à une conduite de transfert de fluide indépendamment du sens de circulation (ou de transfert) du fluide dans la conduite, et indépendamment du fait que le fluide soit en phase liquide, gazeuse, ou un mélange de ces deux phases (aérosol par exemple). En outre, les différentes caractéristiques individuelles envisagées peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels, dans la mesure où la combinaison est techniquement réalisable. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Furthermore, the invention is applicable to a fluid transfer pipe regardless of the direction of circulation (or transfer) of the fluid in the pipe, and regardless of whether the fluid is in the liquid, gaseous phase, or a mixture of these. two phases (aerosol for example). In addition, the various individual characteristics envisaged can be combined in additional embodiments, insofar as the combination is technically feasible. Therefore, the description and the drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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| FR1761086A FR3073920B1 (en) | 2017-11-23 | 2017-11-23 | PROTECTION METHOD AND METHOD FOR RECONDITIONING A FLUID TRANSFER DUCT; FLUID TRANSFER DEVICE AND ERGOL SUPPLY INSTALLATION FOR ROCKET ENGINE |
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|---|---|---|---|
| FR1761086 | 2017-11-23 | ||
| FR1761086A FR3073920B1 (en) | 2017-11-23 | 2017-11-23 | PROTECTION METHOD AND METHOD FOR RECONDITIONING A FLUID TRANSFER DUCT; FLUID TRANSFER DEVICE AND ERGOL SUPPLY INSTALLATION FOR ROCKET ENGINE |
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| FR3073920B1 FR3073920B1 (en) | 2020-03-06 |
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ID=61187457
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| FR1761086A Active FR3073920B1 (en) | 2017-11-23 | 2017-11-23 | PROTECTION METHOD AND METHOD FOR RECONDITIONING A FLUID TRANSFER DUCT; FLUID TRANSFER DEVICE AND ERGOL SUPPLY INSTALLATION FOR ROCKET ENGINE |
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| EP3165854A1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-10 | Linde Aktiengesellschaft | Cryogen injection apparatus and corresponding method |
| EP3165855A1 (en) * | 2015-11-04 | 2017-05-10 | Linde Aktiengesellschaft | Cryogen injection apparatus and corresponding method |
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2017
- 2017-11-23 FR FR1761086A patent/FR3073920B1/en active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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