RU2243402C1

RU2243402C1 - Fuel transfer device

Info

Publication number: RU2243402C1
Application number: RU2003128513/06A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Банин (RU); В.Н. Банин; В.И. Гореликов (RU); В.И. Гореликов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2004-12-27

Abstract

FIELD: fuel transfer systems.

SUBSTANCE: proposed fuel transfer device contain main lines with starting-and-cutoff valves, joint units and detachable connections of fuel transfer main lines. Said detachable connections are made in form of union and end piece, clamping and pressure nuts, set of disk springs and alternating metal rings and fluoroplastic cups. Profile of cups corresponds to curvilinear profile of adjoining metal rings. Cups are installed together with disk springs on end piece and are arranged in space of connection in compressed state, being pressed on by pressure nut located on threaded part of end piece. Slot mating lock-ring is made in pressure nut to receive locking lip of lock-ring. End part of end piece is provided with ring groove for support half rings.

EFFECT: improved reliability of fuel transfer device owing to sealing of detachable connections of fuel transfer main lines.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике, а точнее к области проектирования и эксплуатации систем и устройств для перекачки топлива двигательных установок (ДУ) космических летательных аппаратов (КЛА).The invention relates to space technology, and more specifically to the field of design and operation of systems and devices for pumping fuel of propulsion systems (DU) of spacecraft (SC).

Известны системы, содержащие устройства для перекачки топлива двигательной установки КЛА (например, патент Великобритании, МПК F 02 K 9/50 от 1981 г.).Known systems containing devices for pumping fuel propulsion system KLA (for example, a British patent, IPC F 02 K 9/50 from 1981).

Устройство содержит топливные баки и магистрали перекачки топлива от баков к коллекторам питания топливом управляющих ракетных двигателей. Магистрали перекачки топлива содержат клапаны, датчики и сигнализаторы, давления, встроенные в магистрали посредством неразъемных сварных соединений трубопроводов с арматурой и агрегатами (баками, коллекторами), что усложняет процесс сборки и разборки в случае замены агрегатов или арматуры при изготовлении и эксплуатации изделия.The device contains fuel tanks and lines for pumping fuel from the tanks to the fuel supply manifolds of the control rocket engines. Fuel transfer pipelines contain valves, sensors and signaling devices, pressures built into the pipelines by means of permanent welded joints of pipelines with fittings and assemblies (tanks, manifolds), which complicates the process of assembly and disassembly in case of replacement of assemblies or fittings in the manufacture and operation of the product.

Недостатками таких устройств является отсутствие возможности разборки изделия без нарушения целостности стыковочных соединений как трубопроводов, так и агрегатов и арматуры.The disadvantages of such devices is the inability to disassemble the product without violating the integrity of the connecting joints of both pipelines and assemblies and fittings.

Известно также устройство для перекачки топлива, которое принято за прототип (см., например, журнал №7 “Авиация и космонавтика”, М.: Воениздат, 1978 г., стр. 36, 37), содержащее магистрали перекачки топлива, соединяющие топливные баки системы дозаправки грузового космического корабля (ГКК) с соответствующими топливными баками двигательной установки космического летательного аппарата, узлы стыковки и разъемные соединения магистралей перекачки топлива.There is also known a device for pumping fuel, which is taken as a prototype (see, for example, magazine No. 7 “Aviation and Cosmonautics”, Moscow: Voenizdat, 1978, p. 36, 37), containing fuel transfer lines connecting fuel tanks refueling systems of a cargo spacecraft (SCC) with the corresponding fuel tanks of the propulsion system of a spacecraft, docking stations and detachable connections of fuel transfer lines.

Однако при эксплуатации устройств для перекачки топлива с такими соединениями в условиях повышенных виброперегрузок и температурных перепадов при наличии топлива в виде высокоагрессивных жидкостей, например гиптила, амила и т.п., известные разъемные соединения находятся под постоянным избыточным давлением, при этом не исключается возможность разгерметизации и утечек топлива, что недопустимо.However, when operating devices for pumping fuel with such compounds under conditions of increased vibration overloads and temperature differences when fuel is present in the form of highly aggressive liquids, for example, giptil, amyl, etc., known detachable connections are under constant overpressure, and the possibility of depressurization is not excluded and fuel leaks, which is unacceptable.

Недостатками известного устройства для перекачки топлива являются невозможность исключения разгерметизации узлов разъемных соединений магистралей перекачки топлива и недостаточная надежность.The disadvantages of the known device for pumping fuel are the inability to exclude depressurization of the nodes of detachable connections of the fuel pumping lines and lack of reliability.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для перекачки топлива, которое обладало бы повышенной надежностью за счет исключения разгерметизации узлов разъемных соединений магистралей перекачки топлива.The objective of the present invention is to provide a device for pumping fuel, which would have increased reliability by eliminating the depressurization of the nodes of detachable connections of the pipelines of fuel transfer.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для перекачки топлива, содержащем магистрали перекачки топлива с пускоотсечными клапанами, соединяющие топливные баки системы дозаправки грузового космического корабля с соответствующими топливными баками двигательной установки космического летательного аппарата, узлы стыковки и разъемные соединения магистралей перекачки топлива, в отличие от известного, в нем каждое разъемное соединение выполнено в виде штуцера и наконечника, установленных на трубопроводах магистралей перекачки топлива, стяжной и поджимной гаек, набора тарельчатых пружин и чередующихся металлических колец и манжет из фторопласта с профилем, соответствующем криволинейному профилю прилегающих металлических колец, при этом манжеты из фторопласта совместно с тарельчатыми пружинами установлены на наконечнике и расположены в полости соединения в поджатом состоянии посредством поджимной гайки, размещенной на резьбовой части наконечника, причем в последней выполнен ответный стопорному кольцу паз, в котором размещен отгибной усик стопорного кольца, а концевая часть наконечника снабжена кольцевой проточкой под опорные полукольца.The technical result is achieved by the fact that in a fuel transfer device comprising fuel transfer lines with start-off valves connecting fuel tanks of a cargo spacecraft refueling system with corresponding fuel tanks of a spacecraft propulsion system, docking assemblies and detachable connections of fuel transfer lines, unlike known in it, each detachable connection is made in the form of a fitting and a tip installed on the pipelines of the pipelines the pitching of fuel, a tightening and tightening nuts, a set of Belleville springs and alternating metal rings and fluoroplastic cuffs with a profile corresponding to the curved profile of adjacent metal rings, while the fluoroplastic cuffs together with Belleville springs are installed on the tip and are located in the connection cavity in the pressed state by a compression nut located on the threaded part of the tip, the groove corresponding to the retaining ring being made in the latter, in which the folding antenna of the retainer is located rings, and the end part of the tip is provided with an annular groove under the supporting half rings.

В устройстве перекачки топлива предлагается разъемное соединение магистралей перекачки топлива дополнительно снабдить конической прокладкой, установленной между штуцером и концевой частью наконечника.In the fuel transfer device, it is proposed to provide a detachable connection of the fuel transfer lines with an additional conical gasket installed between the nozzle and the end part of the tip.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями во вновь созданном устройстве для перекачки топлива каждый узел разъемного соединения выполнен в виде штуцера и наконечника, стяжной и поджимной гаек и снабжен набором тарельчатых пружин и чередующихся манжет из фторопласта и металлических колец с одинаковыми криволинейными профилями, а их поджатие (затяжка) обеспечено в полости штуцерного соединения специальной поджимной гайкой, кроме того, в процессе эксплуатации манжеты из фторопласта имеют постоянное поджатие за счет тарельчатых пружин, что позволяет компенсировать расслабление затяжки манжет от свойства текучести фторопласта под давлением после затяжки поджимной гайкой, в результате чего обеспечивается повышение надежности путем исключения разгерметизации узлов разъемных соединений магистралей перекачки топлива и что подтверждено испытаниями опытных образцов, изготовленных с использованием предлагаемого технического решения.The technical result consists in the fact that, compared with the known technical solutions in the newly created device for pumping fuel, each detachable connection unit is made in the form of a fitting and a tip, a coupling and compression nut and is equipped with a set of Belleville springs and alternating cuffs of fluoroplastic and metal rings with the same curved profiles, and their preload (tightening) is provided in the nipple connection cavity with a special clamping nut, in addition, during operation of the fluoroplastic cuff constant compression due to Belleville springs, which makes it possible to compensate for the relaxation of the cuff tightening due to the fluidity of the fluoroplastic under pressure after tightening with the compression nut, which improves reliability by eliminating the depressurization of the plug-in joints of the fuel transfer lines and which is confirmed by tests of prototypes made using proposed technical solutions.

Использование предлагаемого устройства для перекачки топлива, например, на ГКК типа “Прогресс” позволит дать значительный экономический эффект за счет повышения надежности путем исключения разгерметизации узлов разъемных соединений магистралей перекачки топлива, а также повысит безопасность эксплуатации ГКК.The use of the proposed device for pumping fuel, for example, at a GCC of the Progress type, will make it possible to give a significant economic effect by increasing reliability by eliminating the depressurization of plug-and-socket assemblies of fuel pumping lines, as well as increasing the safety of operation of the GCC.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которыхThe invention is illustrated by drawings, in which

на фиг.1 - схема устройства для перекачки топлива;figure 1 - diagram of a device for pumping fuel;

на фиг.2 - продольный разрез узла разъемного соединения магистралей перекачки топлива.figure 2 is a longitudinal section of a detachable connection of the fuel transfer lines.

Предлагаемое устройство для перекачки топлива состоит из следующих основных агрегатов, узлов и деталей:The proposed device for pumping fuel consists of the following main units, components and parts:

магистралей перекачки топлива 1, 2, из топливных баков 3, 4 соответственно горючего и окислителя системы дозаправки, расположенной на грузовом космическом корабле 5, в соответствующие топливные баки 6,7 двигательной установки 8 КЛА 9 и разъемных соединений 10 магистралей перекачки топлива 1, 2. Конструктивно узлы разъемных соединений выполнены одинаково для магистрали перекачки топлива 1 по линии горючего и для магистрали перекачки топлива 2 по линии окислителя.fuel transfer lines 1, 2, from the fuel tanks 3, 4, respectively, of the fuel and oxidizer of the refueling system, located on the cargo spacecraft 5, to the corresponding fuel tanks 6.7 of the propulsion system 8 of KLA 9 and detachable connections 10 of the fuel transfer lines 1, 2. Structurally, the nodes of detachable joints are made the same for the fuel transfer line 1 along the fuel line and for the fuel transfer line 2 along the oxidizer line.

Каждое разъемное соединение 10 выполнено в виде штуцерного стяжного соединения, включающего штуцер 11, наконечник 12, стяжную гайку 13, поджимную гайку 14, наборы тарельчатых пружин 15, чередующихся манжет 16 из фторопласта и металлических колец 17. Манжеты 16 из фторопласта имеют профиль, соответствующий криволинейному профилю прилегающих металлических колец 17, и совместно с тарельчатыми пружинами 15 установлены на наконечнике 12 и расположены в полости 18 штуцерного соединения в поджатом состоянии посредством поджимной гайки 14, размещенной на резьбовой части 19 наконечника 12. Наконечник 12 содержит паз 20 для обеспечения фиксации стопорного кольца 21 и стопорения поджимной гайки 14 посредством отгибного усика 22, стопорного кольца 21. Концевая часть 23 наконечника 12 снабжена кольцевой проточкой 24 для установки опорных полуколец 25. Узел разъемного соединения 10 дополнительно содержит коническую прокладку 26, установленную в закрытом затворе 27 между штуцером 11 и концевой частью 23 наконечника 12.Each detachable connection 10 is made in the form of a nipple coupling connection, including a fitting 11, a tip 12, a coupling nut 13, a compression nut 14, sets of Belleville springs 15, alternating cuffs 16 of fluoroplastic and metal rings 17. The cuffs 16 of fluoroplastic have a profile corresponding to a curved the profile of the adjacent metal rings 17, and together with the disk springs 15 are mounted on the tip 12 and are located in the cavity 18 of the nozzle connection in the pressed state by means of a clamping nut 14 located on the the flange portion 19 of the tip 12. The tip 12 contains a groove 20 for securing the locking ring 21 and locking the clamping nut 14 by means of the folding antenna 22, locking ring 21. The end portion 23 of the tip 12 is provided with an annular groove 24 for installing the supporting half rings 25. The connector 10 further comprises a conical gasket 26 mounted in a closed shutter 27 between the fitting 11 and the end portion 23 of the tip 12.

В набор металлических колец, кроме колец 17 входят опорное кольцо 40, имеющее проточку для образования козырька 41, который обеспечивает создание упора опорными полукольцами 25; промежуточное кольцо 42, разделяющее наборы чередующихся манжет 16 с металлическими кольцами 17 от набора тарельчатых пружин 15; поджимное кольцо 43 с зубом 44 для фиксации в пазе 20 от проворота и обеспечения поступательного перемещения при поджатии поджимной гайкой 14.The set of metal rings, in addition to the rings 17, includes a support ring 40, which has a groove for the formation of a visor 41, which ensures the creation of an abutment by supporting half rings 25; an intermediate ring 42 separating sets of alternating cuffs 16 with metal rings 17 from a set of Belleville springs 15; the compression ring 43 with the tooth 44 for fixing in the groove 20 from the rotation and ensure translational movement when pressing the compression nut 14.

Магистрали перекачки топлива 1, 2 снабжены пускоотсечными клапанами 32, 33 и узлами стыковки 28, 29 для соединения и сообщения с соответствующими магистралями 30, 31 двигательной установки 8 КЛА 9. Магистрали 30, 31 снабжены пускоотсечными клапанами 34, 35. Через пускоотсечные клапаны 36, 37 и 38, 39 осуществляют передачу газа в газовые полости топливных баков 3, 4 и 6, 7 от систем наддува при перекачке и подаче топлива, например, при дозаправке топливных баков.The fuel transfer lines 1, 2 are equipped with shut-off valves 32, 33 and docking units 28, 29 for connecting and communicating with the corresponding lines 30, 31 of the engine installation 8 of KLA 9. The lines 30, 31 are equipped with shut-off valves 34, 35. Through the shut-off valves 36, 37 and 38, 39 transfer gas to the gas cavities of the fuel tanks 3, 4 and 6, 7 from the boost systems during fuel transfer and supply, for example, when refueling the fuel tanks.

Работает устройство для перекачки топлива в режиме дозаправки следующим образом.The device for pumping fuel in refueling mode as follows.

После причаливания ГКК 5 к КЛА 9 производят стыковку магистралей перекачки топлива 1, 2 по линиям горючего и окислителя с соответствующими магистралями 30, 31 двигательной установки 8 КЛА 9 посредством узлов стыковки 28, 29, подготавливают и проверяют чистоту и герметичность состыкованных магистралей. Для перекачки топлива из баков 3,4 системы дозаправки, расположенной на ГКК 5, в соответствующие топливные баки 6, 7 двигательной установки 8 КЛА 9 открывают пускоотсечные клапаны 32, 33 и 34, 35 и перекачивают топливо посредством подачи под давлением газа (азота) в газовые полости баков 3, 4 от системы наддува через клапаны 36, 37. При заполнении баков 6, 7 до заданного уровня клапаны 32, 33 и 34, 35 закрывают и наддув топливных баков прекращают.After the GKK 5 approaches the KLA 9, the fuel transfer lines 1, 2 are docked along the fuel and oxidizer lines with the corresponding highways 30, 31 of the KLA 9 propulsion system through the docking units 28, 29, and the cleanliness and tightness of the docked highways are prepared and checked. To transfer fuel from the tanks 3,4 of the refueling system located on the GKK 5 to the corresponding fuel tanks 6, 7 of the engine unit 8 of the KLA 9, the shut-off valves 32, 33 and 34, 35 are opened and the fuel is pumped by supplying gas (nitrogen) under pressure the gas cavities of the tanks 3, 4 from the boost system through valves 36, 37. When the tanks 6, 7 are filled to a predetermined level, the valves 32, 33 and 34, 35 are closed and the fuel tanks are pressurized.

Для замены агрегата, например топливного бака 3(4), при выходе его из строя (разгерметизация) производят демонтаж бака посредством расстыковки узла разъемного соединения 10 и снятия бака с посадочного места на корпусе изделия. При установке (монтаже) нового топливного бака на изделие и включении бака в магистраль перекачки топлива 1 (2) производят соединение (стыковку) последнего с магистралью перекачки топлива 1 посредством узла разъемного соединения 10, который в исходном состоянии находится в виде двух частей: первая часть - штуцер 11, приваренный к трубопроводу магистрали перекачки топлива 1, вторая часть - наконечник 12, приваренный к трубопроводу части магистрали 1, подсоединенной непосредственно к топливному баку 3, при этом перед приваркой наконечника 12 на него надевают поджимное кольцо 43 с фиксацией его посредством зуба 44 в пазе 20, стопорное кольцо 21 с размещением отгибного усика 22 в пазе 20, поджимную гайку 14 навинчивают на резьбовую часть 19 наконечника 12, стяжную гайку 13.To replace the unit, for example, fuel tank 3 (4), when it fails (depressurization), the tank is dismantled by undocking the detachable connection unit 10 and removing the tank from the seat on the product body. When installing (mounting) a new fuel tank on the product and turning on the tank in the fuel transfer line 1 (2), the latter is connected (docked) with the fuel transfer line 1 through a detachable connection unit 10, which is in the initial state in two parts: the first part - fitting 11, welded to the pipeline of the fuel transfer line 1, the second part is the tip 12, welded to the pipeline of the part of the highway 1, connected directly to the fuel tank 3, while before welding the tip 12 to neg Platen wear ring 43 with its locking by the tooth 44 in the recess 20, the circlip 21 with placing antennal the unbendable 22 into the recess 20, biasing nut 14 screwed onto the threaded portion 19 of the ferrule 12, the compression nut 13.

Кроме того, после приварки наконечника 12 на его концевую часть 23 надевают набор тарельчатых пружин 15, промежуточное кольцо 42, чередующиеся манжеты 16 из фторопласта и металлические кольца 17, опорное кольцо 40; в кольцевую проточку 24 вставляют два опорных полукольца 25 и затягивают поджимную гайку 14, в результате чего происходит поджим манжет 16 из фторопласта. Поджим производят моментным ключом до заданного момента затяжки поджимной гайки 14, при этом фторопластовые манжеты 16 остаются в постоянном поджатии к металлическим кольцам 17 и 40, 42, 43, обеспечиваемым набором тарельчатых пружин 15. После затяжки поджимной гайки 14 до заданного момента гайку 14 стопорят посредством отгиба усика 22 стопорного кольца 21 (см. фиг.2). Дополнительно на концевую часть наконечника надевают коническую прокладку 26. По завершению перечисленных работ производят соединение двух указанных частей узла разъемного соединения 10, для чего в полость 18 штуцера 11 вставляют наконечник 12 в собранном виде и навинчивают стяжную гайку 13 на резьбовую часть штуцера 11. Затяжку стяжной гайки 13 производят моментным ключом до получения заданного момента затяжки, при этом происходит поджатие только конической прокладки 26. Топливный бак 3 устанавливают и крепят на посадочное место корпуса изделия. После завершения монтажа агрегата (топливного бака 3) производят проверку герметичности всей магистрали перекачки топлива 1, включая разъемное соединение 10 и топливный бак 3.In addition, after welding the tip 12, a set of Belleville springs 15, an intermediate ring 42, alternating fluoroplastic cuffs 16 and metal rings 17, a support ring 40 are put on its end portion 23; two supporting half rings 25 are inserted into the annular groove 24 and the compression nut 14 is tightened, as a result of which the cuffs 16 of the fluoroplastic are pressed. The pressing is performed with a torque wrench to a predetermined tightening torque of the compression nut 14, while the fluoroplastic cuffs 16 remain in constant compression against the metal rings 17 and 40, 42, 43 provided by a set of Belleville springs 15. After tightening the compression nut 14 to a predetermined moment, the nut 14 is locked by the limb of the antenna 22 of the retaining ring 21 (see figure 2). Additionally, a conical gasket 26 is put on the end part of the tip. Upon completion of the listed works, two of the indicated parts of the detachable connection unit 10 are connected, for which purpose the nozzle 12 is assembled into the cavity 18 of the fitting 11 and the coupling nut 13 is screwed onto the threaded part of the fitting 11. Tightening the coupling the nuts 13 are produced with a torque wrench until a predetermined tightening torque is obtained, while only the conical gasket 26 is preloaded. The fuel tank 3 is installed and fastened to the seat of the product body i. After completing the installation of the unit (fuel tank 3), a leak test of the entire fuel transfer line 1 is carried out, including the detachable connection 10 and the fuel tank 3.

Введение в состав устройства набора тарельчатых пружин 15 в узел разъемного соединения 10 обеспечивает постоянное поджатие фторопластовых манжет 16 к кольцам с криволинейным профилем, а также обеспечивается герметизация по периметру манжет 16 с поверхностью полости 18 штуцера 11, при этом не требуется производить периодические подтяжки уплотнения поджимной гайки 14.The introduction of the disk spring set 15 into the assembly of the detachable joint 10 ensures constant compression of the fluoroplastic cuffs 16 to the rings with a curved profile, as well as sealing along the perimeter of the cuffs 16 with the surface of the cavity 18 of the nozzle 11, without the need for periodic tightening of the compression nut seal 14.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает демонтаж (монтаж) агрегатов, например топливных баков, встроенных в магистрали подачи топлива, позволяет производить при необходимости замену агрегатов, при этом повышается надежность путем исключения разгерметизации узлов разъемных соединений магистралей перекачки топлива, а также повышается безопасность эксплуатации устройства, что обеспечивает выполнение поставленной задачи.Thus, the proposed technical solution provides for the dismantling (installation) of units, for example, fuel tanks, integrated in the fuel supply line, allows for the replacement of units if necessary, while increasing reliability by eliminating the depressurization of plug-in joints of the fuel transfer lines, and also increases the safety of operation of the device that ensures the fulfillment of the task.

Claims

1. A device for pumping fuel, containing pipelines for pumping fuel with start-off valves, connecting the fuel tanks of the refueling system of the cargo spacecraft with the corresponding fuel tanks of the propulsion system of the spacecraft, docking units and detachable connections for the pipelines for pumping fuel, characterized in that it is each detachable the connection is made in the form of a fitting and a tip installed on the pipelines of the fuel transfer lines, coupling and compression nuts, set cup springs and alternating metal rings and fluoroplastic cuffs with a profile corresponding to the curvilinear profile of adjacent metal rings, while fluoroplastic cuffs together with cup springs are mounted on the tip and are located in the connection cavity in a compressed state by means of a compression nut located on the threaded part of the tip, moreover, in the latter, a groove reciprocal to the retaining ring is made, in which the folding antenna of the retaining ring is placed, and the end part of the tip is provided ring groove under the supporting half rings.

2. The device according to claim 1, characterized in that the detachable connection of the fuel transfer lines is additionally equipped with a conical gasket installed between the fitting and the end part of the tip.