RU2267023C2 - Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft - Google Patents

Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2267023C2
RU2267023C2 RU2004103826/06A RU2004103826A RU2267023C2 RU 2267023 C2 RU2267023 C2 RU 2267023C2 RU 2004103826/06 A RU2004103826/06 A RU 2004103826/06A RU 2004103826 A RU2004103826 A RU 2004103826A RU 2267023 C2 RU2267023 C2 RU 2267023C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helium
cryostat
valves
cylinders
manifold
Prior art date
Application number
RU2004103826/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004103826A (en
Inventor
И.В. Бармин (RU)
И.В. Бармин
А.М. Игнашин (RU)
А.М. Игнашин
В.П. Сборец (RU)
В.П. Сборец
Ж.Р. Рахманов (RU)
Ж.Р. Рахманов
А.А. Курочкин (RU)
А.А. Курочкин
А.М. Павливкер (RU)
А.М. Павливкер
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения им. В.П. Бармина"
Priority to RU2004103826/06A priority Critical patent/RU2267023C2/en
Publication of RU2004103826A publication Critical patent/RU2004103826A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2267023C2 publication Critical patent/RU2267023C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: space vehicles.
SUBSTANCE: proposed method includes cooling of gaseous helium in cryostat to harmful freeze-out temperature. Then helium is filter and heated to temperature tolerable for serviceability of sealing members of on-board systems. Cryostat inlet and outlet pressure is monitored. Then triple filling of bottles with helium, thus obtained, is carried out, and their venting is done after which bottles are charged to operating pressure. If pressure differential at cryostat inlet and outlet exceeds 1 MPa, cryostat is disconnected and second cryostat is connected in its place. Proposed method is implemented by helium charging system consisting of helium receiver connected by main line with electric heater, pipeline, tank, nitrogen and additional helium receiver and at least two cryostats connected with electric heater. Each helium receiver is connected with one of cryostats and, through pipelines with fitted-in shutoff valves, with tank. Electric heater including at least three coils is connected by manifold with fitted-in shutoff-and-control valves, with on-board bottles. One coil of electric heater communicates nitrogen receiver with each cryostat. Each of remaining coils is located between corresponding cryostat manifold. Each manifold is furnished with check valve, manifolds being connected into common output manifold with fitted-in shutoff valves. Shutoff-and-control valves of manifold are essentially electropneumatic valves, one of which is normally open and the other, normally closed. Check valves are installed between manifolds and common output manifold.
EFFECT: dispensing with expensive frost-resistant materials in launch vehicles joint units, simplified design and dispensing with insulating materials to prevent heat losses in manifolds.
3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к ракетно-космической технике, а точнее к заправке гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов при проведении штатных работ на наземных стартовых комплексах.The present invention relates to rocket and space technology, and more specifically to helium refueling onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft during regular operations at ground-based launch complexes.

Известны способ заполнения емкости сжатым газом согласно описанию изобретения RU 2133403 С1, кл. F 17 C 9/02, 5/06, 1999 г., способ сжатия газообразного гелия, осуществляемый аппаратом для сжатия газообразного гелия согласно описанию изобретения ЕР 0 436 084 А1, кл. F 17 C 5/06, F 17 C 13/02, F 25 B 9/00, F 25 B 41/04, 1990 г. и способ заправки гелием бортовых баллонов, осуществляемый системой газоснабжения согласно рис. 5.16 с. 192 книги "Космодром" под ред. проф. А.П.Вольского, Воениздат, М., 1977.A known method of filling containers with compressed gas according to the description of the invention RU 2133403 C1, CL F 17 C 9/02, 5/06, 1999, a method for compressing gaseous helium carried out by an apparatus for compressing gaseous helium according to the description of the invention EP 0 436 084 A1, cl. F 17 C 5/06, F 17 C 13/02, F 25 B 9/00, F 25 B 41/04, 1990 and the helium refueling method for side cylinders, carried out by the gas supply system according to Fig. 5.16 sec 192 books "Cosmodrome" under the editorship of prof. A.P. Volsky, Military Publishing House, M., 1977.

Известные способы заключаются в заполнении сжатым газом емкостей для различных объектов. Системы, осуществляющие известные способы, состоят из источников сжатого газа, связанных посредством коллекторов с установленными на них управляемой запорной арматурой с потребителем. Однако данные способы и системы заправки емкостей сжатым газом не обеспечивают заправку гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов при проведении штатных работ на ракетно-космических комплексах с параметрами, необходимыми для решения данной технической задачи.Known methods are filling containers with compressed gas for various objects. Systems implementing the known methods consist of compressed gas sources connected via collectors to the controlled shut-off valves installed on them with the consumer. However, these methods and systems for refueling containers with compressed gas do not provide helium refueling onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft during routine work on space-rocket complexes with the parameters necessary to solve this technical problem.

Известны также способ и установка для подачи гелия в несколько производственных линий согласно описанию изобретения ЕР 0 976 969 А1, кл. F 17 C 9/02, F 17 C 5/06, 1999 г. Известный способ заключается в подаче гелия в несколько производственных линий. Установка, осуществляющая известный способ, состоит из источника гелия, связанного посредством магистрали с резервуаром, соединенным посредством коллектора с установленной на нем управляемой запорно-регулировочной арматурой с потребителем.Also known is a method and apparatus for supplying helium to several production lines according to the description of the invention EP 0 976 969 A1, class. F 17 C 9/02, F 17 C 5/06, 1999. A known method consists in feeding helium to several production lines. The installation implementing the known method consists of a helium source connected via a line to a reservoir connected by means of a collector with a controlled shut-off and control valve installed on it with a consumer.

Указанные способ и установка являются наиболее близкими к заявляемому техническому решению.The specified method and installation are closest to the claimed technical solution.

Однако известные способ и установка для подачи гелия в несколько производственных линий не обеспечивают заправку гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов при проведении штатных работ на ракетно-космических комплексах с параметрами, необходимыми для решения данной технической задачи, заключающейся в охлаждении гелия в криостате до температуры вымораживания вредных примесей, фильтрации и последующем нагреве его до допустимой температуры для работоспособности уплотнительных элементов бортовых систем.However, the known method and installation for supplying helium to several production lines does not provide helium refueling of the onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft during routine work on space-rocket complexes with the parameters necessary to solve this technical problem, which consists in cooling helium in a cryostat to temperature of freezing of harmful impurities, filtration and its subsequent heating to an acceptable temperature for the performance of sealing elements of on-board systems.

Задачей данного изобретения является заправка гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов при проведении штатных работ с заданными параметрами на ракетно-космических комплексах.The objective of the invention is to refuel helium on-board cylinders of launch vehicles and spacecraft during regular operations with specified parameters on space-rocket complexes.

Требуемый технический результат достигается тем, что в способе заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов, заключающемся в нагреве и заполнении полученным гелием бортовых баллонов, осуществляют охлаждение газообразного гелия в криостате до температуры вымораживания вредных примесей, фильтрацию и последующий нагрев его до допустимой температуры для работоспособности уплотнительных элементов бортовых систем, при этом контролируют давление на входе и выходе из криостата, далее осуществляют троекратное заполнение полученным гелием бортовых баллонов и их дренирование, после чего заполняют бортовые баллоны до рабочего давления, а в случае перепада давления на входе и выходе из криостата более 1 МПа криостат отключают и подключают второй криостат.The required technical result is achieved by the fact that in the method of filling helium on-board cylinders of launch vehicles and spacecraft with helium, which consists in heating and filling on-board cylinders with helium obtained, the helium gas is cooled to a freezing temperature of harmful impurities, filtered and then heated to an acceptable temperature for the operability of the sealing elements of the on-board systems, while controlling the pressure at the inlet and outlet of the cryostat, then they carry out three times filling helium cylinders with the obtained helium and draining them, after which they fill the cylinders to operating pressure, and in the event of a pressure drop at the inlet and outlet of the cryostat of more than 1 MPa, the cryostat is turned off and the second cryostat is connected.

Для осуществления данного способа заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов предложена система заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов, состоящая из гелиевого ресивера, соединенного посредством магистрали с электронагревателем, связанным посредством коллектора с установленной на нем запорно-регулировочной арматурой с бортовыми баллонами, трубопровода с установленной на нем запорной арматурой и резервуара, снабженная азотным и дополнительным гелиевым ресиверами, не менее чем двумя криостатами, соединенными с электронагревателем, выполненным не менее чем с тремя змеевиками, и посредством трубопроводов с установленной на них запорной арматурой - с резервуаром, при этом каждый из гелиевых ресиверов соединен с одним из криостатов, один змеевик электронагревателя сообщает азотный ресивер с каждым из криостатов, а каждый из оставшихся змеевиков расположен между соответствующими криостатом и коллектором, снабженным обратным клапаном, причем коллекторы объединены в общий коллектор выдачи с установленной на нем запорной арматурой, а запорно-регулировочная арматура коллекторов выполнена в виде электропневмоклапанов, один из которых нормально открыт, а другой нормально закрыт, и между ними и общим коллектором выдачи установлены обратные клапаны.To implement this method of helium refueling onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft, a helium refueling system for onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft is proposed, consisting of a helium receiver connected via a main line to an electric heater connected via a collector with shut-off and control valves installed on it on-board cylinders, a pipeline with shutoff valves and a tank installed on it, equipped with nitrogen and additional helium receivers, n less than two cryostats connected to an electric heater made with at least three coils, and through pipelines with shutoff valves installed on them - to the tank, while each of the helium receivers is connected to one of the cryostats, one coil of the electric heater communicates with the nitrogen receiver with each of cryostats, and each of the remaining coils is located between the corresponding cryostat and the collector equipped with a check valve, and the collectors are combined into a common collector of delivery with installed shutoff valves on it, and the shutoff and control valves of the collectors are made in the form of electro-pneumatic valves, one of which is normally open and the other is normally closed, and non-return valves are installed between them and the common output manifold.

Отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что осуществляют охлаждение газообразного гелия в криостате до температуры вымораживания вредных примесей, фильтрацию и последующий нагрев его до допустимой температуры для работоспособности уплотнительных элементов бортовых систем, при этом контролируют давление на входе и выходе из криостата, далее осуществляют троекратное заполнение полученным гелием бортовых баллонов и их дренирование, после чего заполняют бортовые баллоны до рабочего давления, а в случае перепада давления на входе и выходе из криостата более 1 МПа криостат отключают и подключают второй криостат. Кроме того, система заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов снабжена азотным и дополнительным гелиевым ресиверами, не менее чем двумя криостатами, соединенными с электронагревателем, выполненным не менее чем с тремя змеевиками, и посредством трубопроводов с установленной на них запорной арматурой - с резервуаром, при этом каждый из гелиевых ресиверов соединен с одним из криостатов, один змеевик электронагревателя сообщает азотный ресивер с каждым из криостатов, а каждый из оставшихся змеевиков расположен между соответствующими криостатом и коллектором, снабженным обратным клапаном, причем коллекторы объединены в общий коллектор выдачи с установленной на нем запорной арматурой, а запорно-регулировочная арматура коллекторов выполнена в виде электропневмоклапанов, один из которых нормально открыт, а другой нормально закрыт и между ними и общим коллектором выдачи установлены обратные клапаны.Distinctive features from the prototype are that gaseous helium in the cryostat is cooled to the freezing temperature of harmful impurities, filtered and then heated to an acceptable temperature for the sealing elements of the on-board systems to work, while the pressure at the inlet and outlet of the cryostat is controlled, then they are tripled filling helium cylinders with the obtained helium and draining them, after which they fill the cylinders to operating pressure, and in the event of a pressure drop at the entrance and exit of the cryostat more than 1 MPa, the cryostat is turned off and the second cryostat is connected. In addition, the helium refueling system of onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft is equipped with nitrogen and additional helium receivers, at least two cryostats connected to an electric heater made with at least three coils, and through pipelines with shutoff valves installed on them - with reservoir, while each of the helium receivers is connected to one of the cryostats, one coil of the electric heater communicates with the nitrogen receiver with each of the cryostats, and each of the remaining coils is located wives between the respective cryostat and the collector equipped with a non-return valve, and the collectors are combined into a common output manifold with shut-off valves installed on it, and the shut-off and control valves of the collectors are made in the form of electro-pneumatic valves, one of which is normally open and the other is normally closed between them and a common collector of delivery installed check valves.

Авторам не известны технические решения с существенными признаками, приведенными в отличительной части формулы.The authors are not aware of technical solutions with the essential features given in the distinctive part of the formula.

На фиг.1 изображена система, осуществляющая предлагаемый способ. На фиг.2 приведен график изменения температуры гелия в криостате. На фиг.3 приведен график изменения давления гелия в бортовых баллонах.Figure 1 shows a system implementing the proposed method. Figure 2 shows a graph of the temperature change of helium in a cryostat. Figure 3 shows a graph of the pressure change of helium in airborne cylinders.

Система заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов состоит из гелиевого ресивера 1 (см. фиг.1), соединенного посредством магистрали 2 через газовый редуктор, дроссель и арматуру (на фиг.1 изображены без поз.) с электронагревателем 3, связанным посредством коллектора 4 с установленной на нем запорно-регулировочной арматурой 5 с бортовыми баллонами 6, трубопровода 7 с установленной на нем запорной арматурой 8 и резервуара 9, выполняющего функции хранилища жидкого азота, а также снабжена азотным 10 и дополнительным гелиевым 11 ресиверами, не менее чем двумя криостатами 12, 13, соединенными с электронагревателем 3, выполненным не менее чем с тремя змеевиками 14, 15, 16. Кроме того, криостаты 12, 13 соединены с резервуаром 9 (хранилище жидкого азота) посредством трубопроводов 7, 17 с установленной на них запорной арматурой 8, 18, а каждый из гелиевых ресиверов 1,11 соединен с одним из криостатов 12, 13 посредством магистралей 2, 19. Один из змеевиков 14 электронагревателя 3 сообщает азотный ресивер 10 посредством коллектора 20 с каждым из криостатов 12, 13, а каждый из оставшихся змеевиков 15, 16 расположен соответственно между криостатами 12, 13 и коллекторами 4, 21 с установленной на них запорно-регулировочной арматурой 5, 22 и снабженными обратными клапанами 23, 24. Коллекторы 4, 21 объединены в общий коллектор выдачи 25 с установленной на нем запорной арматурой 26 и дренажного клапана 27. Запорно- регулировочная арматура коллекторов 4, 21 выполнена в виде электропневмоклапанов (ЭПК), один из которых 5 нормально открыт, а другой 22 нормально закрыт, и между ними и общим коллектором выдачи 25 установлены обратные клапаны 23, 24.The helium refueling system of onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft consists of a helium receiver 1 (see Fig. 1), connected via line 2 through a gas reducer, a throttle and valves (shown in Fig. 1 without a pos.) To an electric heater 3 connected by means of a manifold 4 with shutoff-regulating valves 5 installed on it with side cylinders 6, a pipeline 7 with shutoff valves 8 installed on it and a tank 9 that functions as a storage of liquid nitrogen, and is also equipped with nitrogen 10 and additional gas li 11 receivers, at least two cryostats 12, 13 connected to an electric heater 3 made with at least three coils 14, 15, 16. In addition, cryostats 12, 13 are connected to the tank 9 (liquid nitrogen storage) through pipelines 7 , 17 with shutoff valves 8, 18 installed on them, and each of the helium receivers 1.11 is connected to one of the cryostats 12, 13 via lines 2, 19. One of the coils 14 of the electric heater 3 communicates with the nitrogen receiver 10 via a collector 20 with each of cryostats 12, 13, and each of the remaining snakes Ikov 15, 16 is located respectively between the cryostats 12, 13 and collectors 4, 21 with shut-off and control valves 5, 22 mounted on them and equipped with check valves 23, 24. Collectors 4, 21 are combined into a common outlet manifold 25 with a shut-off valve installed on it valves 26 and drain valve 27. The shut-off and control valves of the collectors 4, 21 are made in the form of electro-pneumatic valves (EPC), one of which 5 is normally open and the other 22 is normally closed, and non-return valves 23, 24 are installed between them and the common output manifold 25 .

Конкретный пример реализации предложенных способа и системы заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей (РН) и космических аппаратов (КА) рассмотрим при проведении работ на этапе подготовки к пуску РН с наземного стартового комплекса, например комплекса 17П32.A specific example of the implementation of the proposed method and system for filling helium on-board cylinders of launch vehicles (LV) and spacecraft (SC) with helium will be considered during work at the stage of preparation for launching a launch vehicle from a ground launch complex, for example, 17P32 complex.

Для заправки гелием бортовых баллонов на этапе подготовки к пуску РН необходимо произвести очистку гелия от механических примесей, масла, влаги и других вредных примесей, для чего производят его охлаждение в криостатах, где происходит вымораживание вредных примесей и их выпадение на фильтрующих элементах. Предварительно криостаты 12, 13 заливают по трубопроводам 7, 17 с установленной на них арматурой 8, 18 жидким азотом с температурой порядка минус 196°С из хранилища жидкого азота 9 и затем гелий из гелиевых ресиверов 1, 11 поступает в криостаты 12, 13, где, охлаждаясь в жидком азоте до температуры, обеспечивающей вымораживание вредных примесей (не выше минус 150°С, см. фиг.2), очищается от примесей, которые задерживаются на фильтрующих элементах (температура на выходе из криостата примерно минус 45°С), и поступает в электронагреватель 3 для последующего нагрева. При заправке гелием бортовых баллонов работает попеременно каждый из криостатов. Первоначально при получении команды на начало заправки подключается криостат 12 и гелий из него подается в змеевик 15, где нагревается до температуры, обеспечивающей работоспособность уплотнительных элементов бортовых систем (примерно от минус 40°С до плюс 50°С), и по коллектору 4 через нормально открытый ЭПК 5 и обратный клапан 23 поступает в общий коллектор выдачи 25 до запорной арматуры 26. Далее производят троекратное "полоскание" бортовых баллонов полученным гелием для очистки от возможных загрязнений, для чего открытием ручной запорной арматуры 26 заполняют бортовые баллоны 6 (до давления 4 МПа, см. фиг.3), далее закрытием запорной арматуры 26 и открытием дренажного клапана 27 дренируют (до давления 1МПа). Троекратное "полоскание" с заданным давлением определено опытным путем при проведении заводских испытаний. После проведения "полоскания" запорная арматура 26 полностью открывается (дренажный клапан 27 закрыт) и бортовые баллоны заполняют гелием до заданного рабочего давления (не более 22 МПа). При этом контролируют давление на входе и выходе из криостата и в случае перепада давлений более 1 МПа отключают криостат 12 закрытием нормально-открытого ЭПК 5 и производят подключение второго криостата 13, для чего происходит открытие нормально-закрытого ЭПК 22 и гелий при тех же условиях, что и при работе с первым криостатом, через змеевик 16, коллектор 21, нормально-закрытый ЭПК 22, обратный клапан 24 и запорную арматуру 26 поступает в общий коллектор выдачи 25 и далее в бортовые баллоны 6.To fill helium cylinders with helium at the stage of preparation for launching the launch vehicle, it is necessary to purify helium from mechanical impurities, oil, moisture and other harmful impurities, which is why it is cooled in cryostats, where harmful impurities are frozen and precipitated on filter elements. Previously, cryostats 12, 13 are poured through pipelines 7, 17 with fittings 8, 18 installed on them with liquid nitrogen with a temperature of minus 196 ° C from the liquid nitrogen storage 9 and then helium from helium receivers 1, 11 enters cryostats 12, 13, where , cooling in liquid nitrogen to a temperature that ensures freezing of harmful impurities (not higher than minus 150 ° C, see figure 2), it is cleaned of impurities that are retained on the filter elements (temperature at the exit of the cryostat is approximately minus 45 ° C), and enters the electric heater 3 for subsequent naked eva. When refueling helium on-board cylinders, each of the cryostats works alternately. Initially, upon receipt of a command to start refueling, a cryostat 12 is connected and helium is supplied from it to the coil 15, where it is heated to a temperature that ensures the performance of the sealing elements of the on-board systems (from about minus 40 ° С to plus 50 ° С), and through collector 4 through normally open EPK 5 and the check valve 23 enters the common outlet manifold 25 to the shutoff valves 26. Next, triple rinse the side cylinders with the helium obtained to remove any possible contaminants, for which by opening the manual shutoff valve Aturi board 26 is filled cylinders 6 (to a pressure of 4 MPa, see. Figure 3), then closing the shut-off valves 26 and opening the drain valve 27 is drained (up to 1 MPa pressure). Three "rinses" with a given pressure are determined empirically during factory tests. After rinsing, the shut-off valve 26 is fully opened (drain valve 27 is closed) and the side cylinders are filled with helium to a predetermined working pressure (not more than 22 MPa). In this case, the pressure at the inlet and outlet of the cryostat is controlled and, in the event of a pressure differential of more than 1 MPa, the cryostat 12 is turned off by closing a normally open EPK 5 and a second cryostat 13 is connected, for which a normally closed EPK 22 and helium are opened under the same conditions, that when working with the first cryostat, through the coil 16, the collector 21, the normally-closed EPK 22, the non-return valve 24 and the shut-off valve 26 enters the common outlet manifold 25 and then to the side cylinders 6.

Бортовые баллоны ракет-носителей и космических аппаратов заправляют газообразным гелием до заданного рабочего давления, например 21,5±0,5 МПа. Это значит, что давление гелия в бортовых баллонах 6 может находиться в пределах от 21 МПа (при нижнем допуске) до 22 МПа (при верхнем допуске). В ресиверах 1,11 (фиг.1) гелий хранится под давлением 40 МПа. Подача гелия в криостат 12 (13) осуществляется через газовый редуктор (на фиг.1 изображен без поз.), поддерживающий на выходе заданное давление 22,5 МПа. В каждом из криостатов 12 (13) (фиг.1), работающем поочередно, установлен фильтр с тонкостью фильтрации 20 мкм, который, очищая гелий от вредных примесей, постепенно засоряется, уменьшается его живое сечение, в результате чего гидравлическое сопротивление фильтра возрастает, повышается разность давлений на входе и выходе из криостата. Многочисленные опыты показывают, что в начале работы при незасоренном фильтре его гидравлическое сопротивление составляет ~ 0,5 МПа, а в конце работы при засоренном фильтре его гидравлическое сопротивление достигает 1 МПа и более. Что касается гидравлических сопротивлений гелиевой коммуникации от газового редуктора до входа в бортовые баллоны (фиг.1), то, как показали опыты, они пренебрежимо малы, так как при указанных выше давлениях расход гелия при заправке составляет порядка 20 г/с.Onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft are filled with gaseous helium to a predetermined working pressure, for example, 21.5 ± 0.5 MPa. This means that the pressure of helium in the side cylinders 6 can be in the range from 21 MPa (with a lower tolerance) to 22 MPa (with an upper tolerance). In the receivers 1,11 (figure 1) helium is stored under a pressure of 40 MPa. The helium supply to the cryostat 12 (13) is carried out through a gas reducer (Fig. 1 is shown without a pos.), Which maintains a predetermined pressure of 22.5 MPa at the outlet. In each of the cryostats 12 (13) (Fig. 1), which operates alternately, a filter with a filter fineness of 20 μm is installed, which, when cleaning helium from harmful impurities, gradually becomes clogged, its live section decreases, as a result of which the hydraulic resistance of the filter increases and increases pressure difference at the inlet and outlet of the cryostat. Numerous experiments show that at the beginning of operation with an unclogged filter, its hydraulic resistance is ~ 0.5 MPa, and at the end of operation with a clogged filter, its hydraulic resistance reaches 1 MPa or more. As for the hydraulic resistances of helium communication from the gas reducer to the entrance to the side cylinders (Fig. 1), experiments have shown that they are negligible, since at the above pressures the helium consumption during refueling is about 20 g / s.

Таким образом, определяющим является гидравлическое сопротивление фильтра ΔРф, находящееся в диапазоне 0,5≤ΔРф≤1,0 МПа. При этом давление на входе в бортовые баллоны составляет:Thus, the hydraulic resistance of the filter ΔP f , which is in the range of 0.5≤ΔP f ≤1.0 MPa, is decisive. The pressure at the entrance to the side cylinders is:

- при незасоренном фильтре (в начале работы) Рббред-ΔРф=22,5-0,5=22 МПа,- with an unclogged filter (at the beginning of the work) P bb = P red -ΔP f = 22.5-0.5 = 22 MPa,

где Рбб - давление на входе в бортовые баллоны, МПа;where R bb - pressure at the entrance to the side cylinders, MPa;

Рред - давление на выходе из газового редуктора, МПа;P red - pressure at the outlet of the gas pressure reducer, MPa;

ΔРф - гидравлическое сопротивление фильтра, МПа.ΔP f - hydraulic resistance of the filter, MPa.

Аналогично при засоренном фильтре в конце работы Рбб=22,5-1,0=21,5 МПа. Отсюда видно, что обеспечивается требуемый диапазон давлений 21,0...22,0 МПа на входе в бортовые баллоны и технический результат изобретения достигается на всем протяжении интервала перепада давления на фильтре 0,5≤ΔРф≤1,0 МПа.Similarly, with a clogged filter at the end of the work P bb = 22.5-1.0 = 21.5 MPa. From this it can be seen that the required pressure range of 21.0 ... 22.0 MPa at the inlet of the onboard cylinders is provided and the technical result of the invention is achieved throughout the interval of the pressure drop across the filter of 0.5≤ΔP f ≤1.0 MPa.

При достижении перепада давления на фильтре ΔРф>1,0 МПа, свидетельствующего о его полном засорении, криостат отключают и подключают второй криостат. При этом отключение одного и подключение другого криостата производится оператором вручную сугубо по визуальным показаниям давления на манометрах, установленных до и после каждого криостата. При несвоевременном переключении оператором одного криостата на другой (ΔРΔ>1,0 МПа) возможны дополнительные потери давления при полностью засоренном фильтре до 0,5 МПа, которые также учтены в диапазоне рабочего давления гелия (21,0...22,0 МПа), подаваемого в бортовые баллоны. Кроме того, при засорении фильтра криостата происходит значительное падение расхода гелия при заправке (≪20 г/с), что недопустимо. Засорение отключенного криостата устраняется при его регенерации, после чего он вновь готов к работе. Итак, криостаты работают поочередно до полного достижения технического результата с заданными параметрами.When the pressure drop across the filter ΔP f > 1.0 MPa is reached, indicating that it is completely clogged, the cryostat is turned off and the second cryostat is connected. In this case, the disconnection of one and the connection of another cryostat is performed by the operator manually exclusively according to the visual pressure readings on the manometers installed before and after each cryostat. If the operator does not switch from one cryostat to another (ΔР Δ > 1.0 MPa), additional pressure losses are possible with a completely clogged filter up to 0.5 MPa, which are also taken into account in the range of working pressure of helium (21.0 ... 22.0 MPa ) supplied to the onboard cylinders. In addition, with a clogged cryostat filter, a significant drop in helium consumption during refueling (≪20 g / s) occurs, which is unacceptable. The clogging of the disconnected cryostat is eliminated during its regeneration, after which it is again ready for operation. So, cryostats work alternately until the technical result is fully achieved with the given parameters.

По окончании заправки гелием бортовых баллонов выдается команда на закрытие ЭПК. Далее после прекращения работы криостатов для проведения их регенерации производятся отключение криостатов от гелиевых ресиверов, дренирование оставшегося гелия, слив жидкого азота и подача подогретого азота низкого давления. Для этого из азотного ресивера 10 по коллектору 20 в змеевик 14 электронагревателя 3 подается азот низкого давления, который нагревается и поступает в криостаты 12, 13 для их отмораживания и дальнейшей регенерации.At the end of helium refueling on-board cylinders, a command is issued to close the EPA. Then, after the cryostats are stopped, for their regeneration, the cryostats are disconnected from the helium receivers, the remaining helium is drained, liquid nitrogen is drained and low-pressure heated nitrogen is supplied. For this, from a nitrogen receiver 10 through a collector 20, low pressure nitrogen is supplied to a coil 14 of an electric heater 3, which is heated and enters cryostats 12, 13 for their freezing and further regeneration.

Преимущество заявленных способа и системы заправки гелием бортовых баллонов РН и КА заключается в том, что до начала подачи гелия потребителю происходит его очистка от всевозможных примесей путем охлаждения, фильтрации и последующего нагрева. Использование предложенных технических решений в зависимости от типа и класса РН позволяет обеспечить как заправку гелием "погруженных" (в жидкий кислород) бортовых баллонов, для чего достаточно исключить применение электронагревателя, так и подачу гелия с любой температурой, необходимой для работы бортовой аппаратуры.The advantage of the claimed method and system for filling helium on-board balloons of spacecraft and spacecraft with helium is that prior to the supply of helium to the consumer, it is cleaned of all kinds of impurities by cooling, filtering and subsequent heating. Using the proposed technical solutions, depending on the type and class of the PH, it is possible to ensure helium refueling of "immersed" (in liquid oxygen) on-board cylinders, for which it is sufficient to exclude the use of an electric heater, and supply helium with any temperature necessary for the operation of on-board equipment.

Кроме того, нагрев гелия после криостатов до температуры, обеспечивающей работоспособность уплотнительных элементов бортовых систем, дает следующие основные преимущества:In addition, the heating of helium after cryostats to a temperature that ensures the operability of the sealing elements of the on-board systems provides the following main advantages:

- исключает применение дорогостоящих морозостойких материалов, необходимых для изготовления специальных стыковочных с бортом РН приспособлений;- eliminates the use of expensive frost-resistant materials necessary for the manufacture of special docking devices with a LV carrier;

- исключает применение разного рода изоляционных материалов для предотвращения теплопотерь в коллекторах;- eliminates the use of various kinds of insulating materials to prevent heat loss in the collectors;

- упрощает конструкцию узлов стыковки с бортом РН за счет использования элементарных резино-технических уплотнений, работающих при температуре не ниже минус 40°С.- simplifies the design of the nodes of docking with the side of the launch vehicle due to the use of elementary rubber-technical seals operating at a temperature not lower than minus 40 ° С.

Применяемые в промышленности приспособления для тонкой очистки гелия ведут к значительному удорожанию наземного оборудования на современных ракетно-космических комплексах за счет строительства специальных очистных сооружений, содержащих дорогостоящее оборудование (емкости с жидким азотом и адсорбентами, хроматографы и т.д.).Appliances used in the industry for fine purification of helium lead to a significant increase in the cost of ground equipment at modern rocket and space complexes due to the construction of special treatment facilities containing expensive equipment (containers with liquid nitrogen and adsorbents, chromatographs, etc.).

Таким образом, предлагаемые способ и система заправки гелием бортовых баллонов РН и КА позволяют не только обеспечить потребителя гелием высокой степени очистки, но и в значительной мере упростить конструкции узлов стыковки, сократить стоимость наземного оборудования за счет применения менее дорогостоящих материалов и полного исключения изоляции трубопроводов на наземных ракетно-космических комплексах.Thus, the proposed method and system for filling helium onboard balloons of spacecraft and spacecraft with helium not only provide the consumer with helium of a high degree of purification, but also greatly simplify the design of docking nodes, reduce the cost of ground equipment through the use of less expensive materials and completely eliminate pipe insulation by ground rocket and space complexes.

В настоящее время способ и система заправки гелием бортовых баллонов РН и КА прошли заводские испытания и в дальнейшем предполагается их использование на наземных стартовых комплексах космодромов "Байконур" и "Плесецк".Currently, the method and system for filling helium onboard balloons of spacecraft and spacecraft with helium have undergone factory tests and their further use is expected to be used on the ground launch complexes of the Baikonur and Plesetsk cosmodromes.

Источники информацииSources of information

1. Космодром. Под общей редакцией А.П.Вольского. М., Воениздат, 1977, с.191-192, рис. 5.16 - аналог.1. The spaceport. Under the general editorship of A.P. Volsky. M., Military Publishing House, 1977, p. 191-192, Fig. 5.16 - analogue.

2. М.С.Штехер. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. М., Машинстроение, 1976, с.273-274.2. M.S. Shteher. Fuel and propellants of rocket engines. M., Engineering, 1976, p. 273-274.

3. Е.И.Микулин. Криогенная техника, М., Машиностроение. 1969, с.207-231.3. E.I. Mikulin. Cryogenic engineering, M., Mechanical Engineering. 1969, p.207-231.

4. ЕР 0 976 969 А1, F 17 C 9/02, 5/06. 1999 г. Способ и установка для подачи гелия в несколько производственных линий (прототип).4. EP 0 976 969 A1, F 17 C 9/02, 5/06. 1999. Method and installation for supplying helium to several production lines (prototype).

5. RU 2133403 С1, F 17 C 9/02, 5/06, 1999 г. Способ заполнения емкости сжатым газом (аналог).5. RU 2133403 C1, F 17 C 9/02, 5/06, 1999. The method of filling the tank with compressed gas (analogue).

6. ЕР 0436084 А1, F 17 C 5/06, F 17 C 13/02, F 25 B 9/00, F 25 B 41/04, 1990 г. Аппарат для сжатия газообразного гелия (аналог).6. EP 0436084 A1, F 17 C 5/06, F 17 C 13/02, F 25 B 9/00, F 25 B 41/04, 1990. Apparatus for compressing gaseous helium (analogue).

7. WO 138780 А1, F 17 C 7/04, F 17 C 13/02, F 17 D 3/01, 2000 г. Способ и система для выпуска газа из нескольких сосудов.7. WO 138780 A1, F 17 C 7/04, F 17 C 13/02, F 17 D 3/01, 2000. Method and system for discharging gas from several vessels.

8. RU 000218330100, 7 F 17 C 3/08, 2000 г. Устройство для хранения и подачи криогенных продуктов.8. RU 000218330100, 7 F 17 C 3/08, 2000. A device for storage and supply of cryogenic products.

9. FR 2794843, 7 F 17 C 13/00, F 17 C 3/00, G 05 D 16/20, 1999 г. Устройство регулирования давления для криогенного сосуда и система подачи текучего вещества с данным устройством.9. FR 2794843, 7 F 17 C 13/00, F 17 C 3/00, G 05 D 16/20, 1999. Pressure control device for a cryogenic vessel and a fluid supply system with this device.

10. FR 2734341, F 17 C 7/00, 1995 г. Установка для снабжения газом под низким давлением.10. FR 2734341, F 17 C 7/00, 1995. Installation for supplying gas under low pressure.

11. WO 85/02244, F 17 C 5/00, 1985 г. Способ и устройство заполнения контейнера газом.11. WO 85/02244, F 17 C 5/00, 1985. Method and device for filling a container with gas.

12. WO 92/20956, F 17 C 13/04, G 05 D 16/06, B 01 D 53/22, 1992 г. Система газоснабжения.12. WO 92/20956, F 17 C 13/04, G 05 D 16/06, B 01 D 53/22, 1992. Gas supply system.

13. US 4961325, F 17 C 7/04, 1990 г. Система подачи газа высокого давления.13. US 4961325, F 17 C 7/04, 1990. High pressure gas supply system.

14. ЕР 0416630 В2, F 17 C 7/04, F 17 C 9/02. 1998 г. Система газоснабжения высокого давления.14. EP 0416630 B2, F 17 C 7/04, F 17 C 9/02. 1998. High pressure gas supply system.

15. WO 95/00800, F 17 C 5/00, G 07 F 17/06, 1995 г. Аппарат для заполнения баллонов дозированным количеством газа.15. WO 95/00800, F 17 C 5/00, G 07 F 17/06, 1995. Apparatus for filling cylinders with a metered amount of gas.

16. ЕР 0124405 В1, F 17 C 7/00, F 17 C 13/04, 1987 г. Устройство для подачи в трубопровод текучего вещества под определенным давлением из двух баллонов.16. EP 0124405 B1, F 17 C 7/00, F 17 C 13/04, 1987. A device for supplying a fluid substance to a pipeline under a certain pressure from two cylinders.

17. ЕР 0099037 А1, F 17 C 9/02, F 17 C 7/04, 1983 г. Способ и устройство для снабжения сжатым газом.17. EP 0099037 A1, F 17 C 9/02, F 17 C 7/04, 1983. Method and apparatus for supplying compressed gas.

18. RU 2116584 С1, 6 F 25 B 1/00, F 17 D 1/07, F 25 B 30/00. Система охлаждения сжатого газа на компрессорной станции магистрального газопровода.18. RU 2116584 C1, 6 F 25 B 1/00, F 17 D 1/07, F 25 B 30/00. Compressed gas cooling system at the compressor station of the main gas pipeline.

Claims (2)

1. Способ заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов, заключающийся в нагреве и заполнении полученным гелием бортовых баллонов, отличающийся тем, что осуществляют охлаждение газообразного гелия в криостате до температуры вымораживания вредных примесей, фильтрацию и последующий нагрев его до допустимой температуры для работоспособности уплотнительных элементов бортовых систем, при этом контролируют давление на входе и выходе из криостата, далее осуществляют троекратное заполнение полученным гелием бортовых баллонов и их дренирование, после чего заполняют бортовые баллоны до рабочего давления, а в случае перепада давления на входе и выходе из криостата более 1 МПа криостат отключают и подключают второй криостат.1. A method of filling helium onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft with helium, which consists in heating and filling onboard cylinders with helium obtained, characterized in that gaseous helium is cooled in a cryostat to the temperature of freezing of harmful impurities, filtration and its subsequent heating to an acceptable temperature for operability the sealing elements of the on-board systems, while controlling the pressure at the inlet and outlet of the cryostat, then they fill three times with boron obtained with helium of commercial cylinders and their drainage, after which they fill on-board cylinders to operating pressure, and in the event of a pressure drop at the inlet and outlet of the cryostat of more than 1 MPa, the cryostat is turned off and the second cryostat is connected. 2. Система заправки гелием бортовых баллонов ракет-носителей и космических аппаратов, состоящая из гелиевого ресивера, соединенного посредством магистрали с электронагревателем, связанным посредством коллектора с установленной на нем запорно-регулировочной арматурой с бортовыми баллонами, трубопровода с установленной на нем запорной арматурой и резервуара, отличающаяся тем, что она снабжена азотным и дополнительным гелиевым ресиверами, не менее чем двумя криостатами, соединенными с электронагревателем, выполненным не менее чем с тремя змеевиками, и посредством трубопроводов с установленной на них запорной арматурой с резервуаром, при этом каждый из гелиевых ресиверов соединен с одним из криостатов, один змеевик электронагревателя сообщает азотный ресивер с каждым из криостатов, а каждый из оставшихся змеевиков расположен между соответствующими криостатом и коллектором, снабженным обратным клапаном, причем коллекторы объединены в общий коллектор выдачи с установленной на нем запорной арматурой, а запорно-регулировочная арматура коллекторов выполнена в виде электропневмоклапанов, один из которых нормально открыт, а другой нормально закрыт, и между ними и общим коллектором выдачи установлены обратные клапаны.2. A helium refueling system for the onboard cylinders of launch vehicles and spacecraft, consisting of a helium receiver connected via a line to an electric heater connected by means of a manifold with shut-off and control valves installed on it with on-board cylinders, a pipeline with shutoff valves and a tank installed on it, characterized in that it is equipped with nitrogen and additional helium receivers, at least two cryostats connected to an electric heater, made at least with three with coils, and through pipelines with shutoff valves installed on them with a tank, each helium receiver connected to one of the cryostats, one coil of the electric heater communicates with the nitrogen receiver with each of the cryostats, and each of the remaining coils is located between the corresponding cryostat and collector, equipped with a check valve, and the collectors are combined into a common output manifold with shut-off valves installed on it, and the shut-off and control valves of the collectors are made in the form of electric tropnevmoklapanov, one of which is normally open, and another is normally closed, and between them and the general collector of delivery the backpressure valves are installed.
RU2004103826/06A 2004-02-11 2004-02-11 Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft RU2267023C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103826/06A RU2267023C2 (en) 2004-02-11 2004-02-11 Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004103826/06A RU2267023C2 (en) 2004-02-11 2004-02-11 Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004103826A RU2004103826A (en) 2005-07-27
RU2267023C2 true RU2267023C2 (en) 2005-12-27

Family

ID=35843119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004103826/06A RU2267023C2 (en) 2004-02-11 2004-02-11 Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2267023C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011003868A1 (en) 2009-07-10 2011-01-13 Astrium Sas System and method for testing devices using powders
RU2648481C2 (en) * 2013-01-22 2018-03-26 Эйрбас Дифенс Энд Спейс Сас Cryogenic circuit conditioning system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011003868A1 (en) 2009-07-10 2011-01-13 Astrium Sas System and method for testing devices using powders
RU2648481C2 (en) * 2013-01-22 2018-03-26 Эйрбас Дифенс Энд Спейс Сас Cryogenic circuit conditioning system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004103826A (en) 2005-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5603360A (en) Method and system for transporting natural gas from a pipeline to a compressed natural gas automotive re-fueling station
CA3225087A1 (en) Combustion-gas supply system and method thereof, device equipped with turbine engine, and fracturing system
US4286617A (en) Water system freeze protection apparatus
CN101566524B (en) Propellant supply equipment for electric propulsion engine test
CN113124313B (en) Sequential control disk set process of hydrogen filling station
RU2267023C2 (en) Method of and system for charging on-road helium bottles of launch vehicles and spacecraft
KR100678725B1 (en) Unionized heat-exchanging system for LNG of LNG transporting ship
CN105020574A (en) L-CNG gas station
RU2324629C2 (en) Device for working medium in-flight refilling of hydraulic pipeline of spacecraft thermoregulation system equipped with hydro pneumatic compensator of volume expansion of working medium, and method of operation of this device
CN204629077U (en) CNG air entraining substation trailer pipe-line system and CNG air entraining substation system
RU2305224C2 (en) Method of filling vehicle with natural gas and movable gas filling station
CN212226693U (en) Integrative sled of LNG loading and unloading
CN111365610B (en) Discharging pressure regulating system applied to hydrogen storage type hydrogenation station
EP0636079B1 (en) Method and apparatus for filling and emptying of tank vehicles
CN111257126A (en) Multi-station integrated pressure test method
CN205716411U (en) Gas phase multiplexing type lng tanker many parking stalls unloading unit
RU2335706C1 (en) Method and device for thermostatic control of spatial objects and booster compartments
CN221171829U (en) Automatic control device for pneumatic valve of liquefied petroleum gas storage and distribution station
CN111678035A (en) Integrative sled of LNG loading and unloading
CN110864222A (en) Centralized liquid supply system for automobile assembly workshop
RU2440505C1 (en) Method and device for filling onboard cylinders of missile carriers with helium
RU2667722C2 (en) Gas from the gas purification devices production method and device for its implementation
CN220248229U (en) Stainless steel-based recyclable carrier rocket low-temperature propellant filling prying device
JPH02216395A (en) Fuel supply device for artificial satellite or the like
CN214840144U (en) Novel tank car automatic control unloads liquid pipeline system

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20110908

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120212