RU164216U1

RU164216U1 - DEVICE FOR LOCALIZING A DUMPING GAS VOLUME OF A FILLED TANK

Info

Publication number: RU164216U1
Application number: RU2015149416/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Старостенко
Original assignee: Акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева"
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-08-20

Abstract

1. Устройство локализации демпфирующего газового объема заправленного бака, содержащее топливный бак с аккумулятором газа наддува, камеру наддува и камеру локализации демпфирующего газового объема бака, подвижные разделители газовых полостей камер от топливной полости бака с элементами герметизации зазоров между подвижными разделителями и стенками соответствующих камер, отличающееся тем, что камера локализации установлена стационарно относительно камеры наддува, подвижный разделитель камеры наддува жестко связан с подвижным разделителем камеры локализации, а газовая полость камеры локализации сообщена трубопроводом с верхней частью демпфирующего газового объема бака.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на трубопроводе сообщения газовой полости камеры локализации с верхней частью демпфирующего газового объема бака установлен клапан перекрытия.3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что подвижный разделитель камеры локализации выполнен в виде поршня, имеющего возможность выхода из корпуса камеры локализации, а рабочий ход подвижного разделителя камеры наддува превышает полный ход поршня в камере локализации.1. A device for localizing the damping gas volume of a refueling tank, comprising a fuel tank with a boost gas accumulator, a boost chamber and a chamber for localizing the damping gas volume of the tank, movable separators of the gas chamber cavities from the fuel cavity of the tank with sealing elements for the gaps between the movable separators and the walls of the respective chambers, the fact that the localization chamber is installed stationary relative to the boost chamber, the movable divider of the boost chamber is rigidly connected with the movable section the containment chamber, and the gas cavity of the containment chamber is connected by a pipeline with the upper part of the damping gas volume of the tank. 2. The device according to claim 1, characterized in that an overlap valve is installed on the communication pipe of the gas cavity of the containment chamber with the upper part of the damping gas volume of the tank. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the movable separator of the containment chamber is made in the form of a piston having the ability to exit the housing of the containment chamber, and the working stroke of the movable separator of the boost chamber exceeds the full stroke of the piston in the containment chamber.

Description

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам для разделения газового и жидкостного объемов в заправленном баке.The utility model relates to rocket and space technology, and in particular to devices for separating gas and liquid volumes in a filled tank.

Аналогом предложенного устройства является воздущно-космическая система (патент РФ №2165869, МПК⁷ B64G 1/14), в которой для исключения попадания из бака газовых включений в заборное устройство двигателя при действии возмущающих ускорений в период десантировании ракеты из самолета установлена в баке поперечная разделительная перегородка, газовый объем при заправке локализован в частично заправленной передней части бака, сообщенной через отверстие в перегородке с основной частью бака, подключенной к двигателю, а полости бака через трубопроводы с запорными клапанами и узлами расстыковки трубопроводов сообщены с установленной около ракеты емкостью, заправленной жидкостью. Из емкости при хранении насосом подают в бак жидкость, вытесняющую парогазовую фазу из основной части бака в емкость. Недостатком рассмотренной системы является снижение автономности ракеты и усложнение обслуживания бака.An analogue of the proposed device is an aerospace system (RF patent No. 21585869, IPC ⁷ B64G 1/14), in which a transverse separation separator is installed in the tank to exclude gas inclusions from the tank in the intake device of the engine under the action of disturbing accelerations during the landing of the rocket from the aircraft. the partition, the gas volume during refueling is localized in the partially filled front of the tank, communicated through the hole in the partition with the main part of the tank connected to the engine, and the cavity of the tank through the pipeline s with isolation valves and piping disconnection nodes communicate with installed capacity of about missile loaded with fluid. From the tank during storage, the pump feeds into the tank a liquid displacing the vapor-gas phase from the main part of the tank into the tank. The disadvantage of this system is the decrease in rocket autonomy and the complexity of tank maintenance.

Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство (патент США №3415277), содержащее бак с жидкостной полостью и полостью, наддуваемой для вытеснения жидкости, средство подачи газа в наддуваемую полость, камеру, в которой локализован газовый объем, демпфирующий температурные изменения объема жидкости, причем газовый объем отделен от жидкостной полости бака подвижным разделителем, выполненным в виде сильфона, один конец которого заглушен, а второй конец герметично соединен с корпусом камеры. Гибкая диафрагма обеспечивает подвижное соединение камеры со стенкой бака и герметично разделяет жидкостную и наддуваемую полости бака. Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает перед началом забора жидкости из бака отделение от жидкости парогазового объема, образующегося в жидкостной полости бака при хранении в следствие испарения жидкости и выделения из нее растворенного газа, а циклические деформации сильфона, вызываемые температурными изменениями объема заправленной жидкости, могут привести к нарушению его герметичности и выходу газа из камеры в жидкостную полость бака.The prototype of the proposed utility model is a device (US patent No. 3415277), containing a tank with a liquid cavity and a cavity, pressurized to displace the liquid, means for supplying gas to the pressurized cavity, a chamber in which the gas volume is located, damping temperature changes in the volume of the liquid, and the gas volume separated from the liquid cavity of the tank by a movable separator made in the form of a bellows, one end of which is muffled, and the second end is hermetically connected to the camera body. A flexible diaphragm provides a movable connection between the chamber and the tank wall and hermetically separates the liquid and pressurized cavity of the tank. The disadvantage of this device is that it does not provide, before starting the intake of liquid from the tank, the separation of the vapor-gas volume generated in the liquid cavity of the tank during storage due to the evaporation of the liquid and the release of dissolved gas from it, and cyclic deformations of the bellows caused by temperature changes in the volume of the charged liquid , can lead to a violation of its tightness and the release of gas from the chamber into the liquid cavity of the tank.

Задачей, решаемой настоящей полезной моделью является устранение недостатков аналога и прототипа, обеспечение надежного разделения газового и жидкостного объемов в автономно эксплуатируемом заправленном баке перед началом забора из него жидкости.The problem solved by this utility model is to eliminate the disadvantages of the analogue and prototype, to ensure reliable separation of gas and liquid volumes in an autonomously operated refueling tank before starting to draw liquid from it.

Эта задача решается тем, что предлагаемое устройство содержит топливный бак, аккумулятор газа для наддува размещенной в баке камеры наддува, камеру локализации демпфирующего газового объема. Газовые полости камер отделены от топливной полости бака подвижными разделителями с элементами герметизации зазоров между подвижными разделителями и стенками камер. Камера локализации демпфирующего газового объема установлена стационарно относительно камеры наддува бака, подвижный разделитель камеры наддува жестко связан с подвижным разделителем камеры локализации, а газовая полость камеры локализации сообщена трубопроводом с верхней частью демпфирующего газового объема заправленного бака. На трубопроводе сообщения газовой полости камеры локализации с верхней частью демпфирующего газового объема бака установлен клапан перекрытия. Подвижный разделитель камеры локализации выполнен в виде поршня, имеющего возможность выхода из корпуса камеры локализации, а рабочий ход подвижного разделителя камеры наддува превышает полный ход поршня в камере локализации.This problem is solved in that the proposed device comprises a fuel tank, a gas accumulator for pressurization of the pressurization chamber located in the tank, a localization chamber of the damping gas volume. The gas cavities of the chambers are separated from the fuel cavity of the tank by movable dividers with sealing elements of the gaps between the movable dividers and the walls of the chambers. The damping gas volume localization chamber is installed stationary relative to the tank boost chamber, the movable charge chamber separator is rigidly connected to the movable localization chamber separator, and the gas chamber of the localization chamber is connected by a pipeline with the upper part of the damping gas volume of the refueling tank. On the pipeline communication of the gas cavity of the localization chamber with the upper part of the damping gas volume of the tank installed shutoff valve. The movable separator of the localization chamber is made in the form of a piston having the ability to exit the housing of the containment chamber, and the working stroke of the movable separator of the boost chamber exceeds the full stroke of the piston in the containment chamber.

На чертеже представлена схема устройства локализации демпфирующего газового объема заправленного бака. В баке 1 размещена камера наддува 2 с трубопроводом 3 для наддува газовой полости 4 газом из баллона 5 через пусковой клапан 6 и редуктор 7. Газовая полость 4 камеры наддува 2 отделена от топливной полости бака 1 поршнем 8 с уплотнением 9. С камерой наддува 2 соединена камера локализации 10 демпфирующего газового объема 11 бака 1. Поршень 12 камеры локализации 10 соединен штоком 13 с поршнем 8 камеры наддува 2. Газовая полость 14 камеры локализации 10 герметично разобщена от топливной полости бака 1 уплотнениями 15, 16 и сообщена с верхней частью газового объема 11 бака 1 трубопроводом 17, на котором установлен обратный клапан 18.The drawing shows a diagram of a device for localizing the damping gas volume of a filled tank. In the tank 1 there is a boost chamber 2 with a pipe 3 for boosting the gas cavity 4 with gas from the cylinder 5 through the start valve 6 and the gear 7. The gas cavity 4 of the boost chamber 2 is separated from the fuel cavity of the tank 1 by a piston 8 with a seal 9. Connected to the boost chamber 2 the localization chamber 10 of the damping gas volume 11 of the tank 1. The piston 12 of the localization chamber 10 is connected by a rod 13 to the piston 8 of the boost chamber 2. The gas cavity 14 of the localization chamber 10 is hermetically separated from the fuel cavity of the tank 1 by seals 15, 16 and is in communication with the upper part of the gas volume 1 and the tank line 17 11 in which the check valve 18 is installed.

Устройство функционирует следующим образом. При заправке в топливном баке 1 ракеты оставляют газовый объем 11 для демпфирования изменений давления в баке 1 при температурных изменениях объема жидкости в процессе хранения. При хранения заправленного бака поршень 8 камеры наддува 2 и соединенный с ним штоком 13 поршень 12 камеры локализации 10 неподвижно удерживаются баковым давлением в камерах в крайнем положении, что обеспечивает минимальный объем газовых полостей 4 и 14 и исключает износ уплотнений 9,15,16. В период доставки ракеты к месту старта на участке крейсерского полета самолета-носителя с заданным углом атаки демпфирующий газовый объем бака сосредоточен в зоне, верхняя часть которой сообщена трубопроводом 17 с газовой полостью 14 камеры локализации 10. На заключительном этапе крейсерского полета перед десантированием ракеты из самолета-носителя открывают пусковой клапан 6 на трубопроводе 3 связи баллона 5 с газовой полостью 4 для предпускового наддува бака 1. Давлением наддува, обеспечиваемым настройкой редуктора 7, перемещается поршень 8. Увеличение объема газовой полости 4 камеры наддува 2 приводит к сжатию газового объема 11 бака 1 и одновременно, в результате перемещения штоком 13 поршня 12, увеличивается объем и создается разрежение в газовой полости 14 камеры локализации 10. Под действием перепада давлений в газовом объеме 11 и в газовой полости 14 открывается обратный клапан 18, и газ из газового объема 11 бака 1 перетекает в газовую полость 14 камеры локализации 10. Выход газа из газовой полости 4 в топливную полость бака 1 и затекание жидкости из топливной полости бака 1 в газовую полость 14 исключают уплотнения 9, 15, 16. Процесс перемещения поршня 8 и, следовательно, выдавливание из бака 1 газа и на заключительном этапе жидкости закончится при установлении равенства сил, определяемого выражениемThe device operates as follows. When refueling in the fuel tank 1 of the rocket, the gas volume 11 is left to damp the pressure changes in the tank 1 during temperature changes in the liquid volume during storage. When storing a filled tank, the piston 8 of the boost chamber 2 and the piston 12 of the containment chamber 10 connected to it by the rod 13 are fixedly held by the tank pressure in the chambers in the extreme position, which ensures the minimum volume of gas cavities 4 and 14 and eliminates wear of the seals 9,15,16. During the delivery of the rocket to the launch site on the cruise flight section of the carrier aircraft with a given angle of attack, the damping gas volume of the tank is concentrated in the zone, the upper part of which is communicated by pipeline 17 with the gas cavity 14 of the containment chamber 10. At the final stage of the cruise flight before landing the rocket from the plane - the carrier opens the start valve 6 on the connection pipe 3 of the cylinder 5 with the gas cavity 4 for pre-launch boost of the tank 1. The boost pressure provided by the adjustment of the gear 7 moves the Porsche l 8. The increase in the volume of the gas cavity 4 of the boost chamber 2 leads to the compression of the gas volume 11 of the tank 1 and, as a result of the movement of the piston 12 by the rod 13, the volume increases and a vacuum is created in the gas cavity 14 of the containment chamber 10. Under the action of the pressure drop in the gas volume 11 and a check valve 18 opens in the gas cavity 14, and gas from the gas volume 11 of the tank 1 flows into the gas cavity 14 of the containment chamber 10. The gas escapes from the gas cavity 4 into the fuel cavity of tank 1 and the liquid flows from the fuel cavity of tank 1 into the gases w cavity 14 eliminates seals 9, 15, 16. The movement of the piston 8 and consequently squeezing of the gas tank 1 and the final phase of the liquid will end in establishing the equality of forces defined by the expression

P_КН·F_КН+(Р_Б-ΔP_КО)·F_КЛ=P_Б·(F_КН+F_КЛ), где:P _KN · F _KN + (P _B -ΔP _KO ) · F _KL = P _B · (F _KN + F _KL ), where:

P_КН - давление в газовой полости камеры наддува;P _KN - pressure in the gas cavity of the boost chamber;

Р_Б - давление в баке;R _B - pressure in the tank;

ΔP_КО - перепад давления для открытия обратного клапана;ΔP _KO - differential pressure to open the check valve;

F_КН - площадь поршня камеры наддува;F _KN is the piston area of the boost chamber;

F_КЛ - площадь поршня камеры локализации.F _KL - the area of the piston of the localization chamber.

В период последующего десантирования ракеты из самолета-носителя в условиях действия возмущающих ускорений и невесомости обратный клапан 18 исключает выход газа в бак 1 из газовой полости 14 камеры локализации 10. При включении заливки расходных магистралей двигателя ракеты из-за падения давления в баке 1 нарушится равновесие сил и продолжится перемещение поршня 8, обеспечивающее поступление в двигатель ракеты на участке его запуска жидкости без газовых включений и поддерживающее потребное давление в баке 1. После появлении тяги двигателя, стабилизирующей положение жидкости в баке 1, в конце рабочего хода поршня 8 соединенный с ним поршень 12 выходит из камеры локализации 10 для слива поступившей в нее жидкости. Таким образом предлагаемое устройство в условиях действия возмущающих ускорений и невесомости обеспечивает забор из бака топлива без газовых включений.During the subsequent landing of the rocket from the carrier aircraft under the action of disturbing accelerations and weightlessness, the check valve 18 eliminates the escape of gas into the tank 1 from the gas cavity 14 of the containment chamber 10. When the filling of the supply lines of the rocket engine is switched on due to a pressure drop in the tank 1, the equilibrium forces and the piston 8 will continue to move, ensuring that the rocket’s engine enters the liquid’s start-up area without gas inclusions and maintains the required pressure in the tank 1. After the engine thrust appears, stabilizing the position of the liquid in the tank 1, at the end of the stroke of the piston 8, the piston 12 connected to it leaves the containment chamber 10 to drain the fluid that has entered it. Thus, the proposed device under the action of disturbing accelerations and weightlessness provides a fence from the fuel tank without gas inclusions.

Техническим результатом применения предложенной полезной модели является разделение газового и жидкостного объемов в заправленном баке перед началом забора топлива, исключение обслуживания заправленного бака и износа уплотнений подвижных соединений устройства при хранении.The technical result of the application of the proposed utility model is the separation of gas and liquid volumes in a refilled tank before starting fuel intake, the exclusion of servicing of a refilled tank and wear of the seals of the movable joints of the device during storage.

Claims

1. A device for localizing the damping gas volume of a refueling tank, comprising a fuel tank with a boost gas accumulator, a boost chamber and a chamber for localizing the damping gas volume of the tank, movable separators of the gas chamber cavities from the fuel cavity of the tank with sealing elements for the gaps between the movable separators and the walls of the respective chambers, the fact that the localization chamber is installed stationary relative to the boost chamber, the movable divider of the boost chamber is rigidly connected with the movable section the containment chamber, and the gas cavity of the containment chamber is connected by a pipeline with the upper part of the damping gas volume of the tank.

2. The device according to claim 1, characterized in that an overlap valve is installed on the communication pipe of the gas cavity of the containment chamber with the upper part of the damping gas volume of the tank.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the movable separator of the containment chamber is made in the form of a piston having the ability to exit the housing of the containment chamber, and the stroke of the movable separator of the boost chamber exceeds the full stroke of the piston in the containment chamber.