RU2274587C2 - Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization - Google Patents
Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2274587C2 RU2274587C2 RU2004110669/11A RU2004110669A RU2274587C2 RU 2274587 C2 RU2274587 C2 RU 2274587C2 RU 2004110669/11 A RU2004110669/11 A RU 2004110669/11A RU 2004110669 A RU2004110669 A RU 2004110669A RU 2274587 C2 RU2274587 C2 RU 2274587C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- refueling
- tank
- pressure
- xenon
- refueling tank
- Prior art date
Links
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
- Loading And Unloading Of Fuel Tanks Or Ships (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, преимущественно к области средств перекачки и заправки газами большой плотности емкостей, и предназначено для заправки баков двигательных установок космических аппаратов ксеноном.The present invention relates to the field of mechanical engineering, mainly to the field of means for pumping and refueling gases of high density tanks, and is intended for refueling tanks of propulsion systems of spacecraft xenon.
Известен способ заправки газом емкостей методом «перетекания» из заправочной емкости в заправляемую за счет разности давлений в заправочной и заправляемой емкостях.There is a method of refueling containers with gas by the “overflow” method from a refueling tank to a refueling tank due to the pressure difference in the refueling and refueling tanks.
Известны способ и устройство для заправки ксеноном баков ДУ КА с использованием компрессора, система заправки ксеноном 14Г121 заправочной станции 11Г12 космодрома «Байконура».A known method and device for refueling xenon tanks DU KA using a compressor, a system for refueling xenon 14G121 of a gas station 11G12 at the Baikonur Cosmodrome.
Известен способ заправки криогенным топливом летательного аппарата, который заключается в том, что в заправляемом баке поддерживают рабочее давление, при котором происходит перетекание жидкого криогенного топлива из заправочной емкости в заправляемый бак, а дозаправку производят с помощью насоса по а.с. 1805618, МПК В 64 D 37/30, который выбран в качестве прототипа способа.There is a method of refueling an aircraft with cryogenic fuel, which consists in maintaining a working pressure in a refueling tank at which liquid cryogenic fuel flows from a refueling tank to a refueling tank, and refueling is carried out using a pump with a.s. 1805618, IPC B 64 D 37/30, which is selected as a prototype of the method.
Известны системы заправки криогенными компонентами топлива, которые содержат устройства, обеспечивающие весь технологический процесс заправки. Указанная система описана в книге "Космодром" (Военное издательство Министерства обороны СССР, Москва, 1977 г., стр.158). Ha рис.5.2 изображена принципиальная схема заправки РКС криогенными компонентами топлива, которая выбрана в качестве прототипа устройства.Known refueling systems with cryogenic fuel components that contain devices that provide the entire technological process of refueling. The indicated system is described in the book "Cosmodrome" (Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, Moscow, 1977, p. 158). Ha Fig. 5.2 shows a schematic diagram of the filling of the RCC with cryogenic fuel components, which is selected as a prototype of the device.
Известные способы заправки и устройства для их реализации имеют следующие основные недостатки:Known refueling methods and devices for their implementation have the following main disadvantages:
- применение компрессора (насоса) повышает опасность ухудшения качества ксенона из-за возможности попадания продуктов смазки элементов компрессора (насоса);- the use of a compressor (pump) increases the risk of deterioration of xenon quality due to the possibility of ingress of lubricant products of the compressor (pump) elements;
- устройства, основанные на методе «перетекания», не обеспечивают полное извлечение ксенона из заправочной емкости, где остается до 30% первоначально содержащегося ксенона, что недопустимо при работе с редкими дорогостоящими газами.- devices based on the "overflow" method do not provide complete extraction of xenon from a refueling tank, where up to 30% of the initially contained xenon remains, which is unacceptable when working with rare, expensive gases.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества заправки и экономии ксенона.The aim of the invention is to improve the quality of refueling and save xenon.
Поставленная цель достигается тем, что заправку производят при температуре ниже температуры конденсации компонента до выравнивания давления в заправочном и заправляемом баках до давления насыщенного пара ксенона, после чего дозаправку продолжают в режиме перекачивания ксенона из заправочного бака в заправляемый.This goal is achieved in that refueling is carried out at a temperature below the condensation temperature of the component until the pressure in the refueling and refueling tanks is equalized to the pressure of saturated xenon vapor, after which refueling is continued in the mode of pumping xenon from the refueling tank to the refueling.
Поставленная цель достигается новым устройством, а именно тем, что на заправочной магистрали последовательно установлены два обратных клапана, между которыми расположена емкость (аккумулятор давления), выполненная в виде двух полостей, разделенных между собой мембраной, одна полость подключена к заправочной магистрали между обратными клапанами, другая полость подключена к источнику давления, а между обратным клапаном и заправляемым баком установлен теплообменник, снабженный холодильным агрегатом. Кроме того, на участке заправочной магистрали между заправочным баком и аккумулятором давления установлен дроссель, а на магистрали, связывающей полость аккумулятора давления с источником давления, установлен электропневмоклапан, связанный с сигнализатором давления и сигнализатором спада давления. Заправляемый бак установлен на весах в термостатируемом контейнере, который связан через дроссель с источником давления. На заправочной магистрали дополнительно установлены две пары обратных клапанов, одна из которых установлена параллельно двум однонаправленным обратным клапанам по п.1, а другая пара клапанов установлена параллельно друг другу между заправляемым баком и теплообменником.The goal is achieved by a new device, namely the fact that two check valves are sequentially installed on the filling line, between which there is a container (pressure accumulator), made in the form of two cavities separated by a membrane, one cavity is connected to the filling line between the check valves, the other cavity is connected to a pressure source, and a heat exchanger equipped with a refrigeration unit is installed between the non-return valve and the refueling tank. In addition, a throttle is installed between the refueling tank and the pressure accumulator in the section of the fuel supply line, and an electro-pneumatic valve is connected to the pressure signaling device and the pressure drop signaling device on the line connecting the pressure accumulator cavity to the pressure source. The refueling tank is mounted on the balance in a thermostatic container, which is connected through a throttle to a pressure source. Two pairs of non-return valves are additionally installed on the filling line, one of which is installed parallel to the two unidirectional non-return valves according to claim 1, and the other pair of valves is installed parallel to each other between the refueling tank and the heat exchanger.
Суть предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображена общая схема предлагаемого устройства.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of the proposed device.
Позиционно эта схема представляет собой следующее содержание: 1 - заправляемый бак, 2 - заправочная магистраль, 3 - насос вакуумный, 4, 5, 6, 7, 8 - вентили, 9 - вентиль заправляемого бака, 10 - вентиль, 11, 12, 13 - регистраторы давления, 14 - дроссель, 15 - электропневмоклапан, 16, 26 - полости аккумулятора давления, 17 - аккумулятор давления (емкость), 18 - заправочный бак, 19, 20, 21 - обратные клапаны, 22 - вентиль, 23 - теплообменник, 24 - холодильный агрегат, 25 - фильтр, 27 - мембрана, 28 - весы для установки контейнера, 29 - сигнализатор давления, 30 - дроссель, 31 - термостатируемый контейнер для заправляемого бака, 32, 33, 34 - обратные клапаны, 35 - фильтр, 36 - сигнализатор спада давления.Positionally, this diagram is as follows: 1 - refueling tank, 2 - refueling line, 3 - vacuum pump, 4, 5, 6, 7, 8 - valves, 9 - valve of the refueling tank, 10 - valve, 11, 12, 13 - pressure recorders, 14 - throttle, 15 - electro-pneumatic valve, 16, 26 - pressure accumulator cavities, 17 - pressure accumulator (capacity), 18 - refueling tank, 19, 20, 21 - check valves, 22 - valve, 23 - heat exchanger, 24 - refrigeration unit, 25 - filter, 27 - membrane, 28 - scales for installing the container, 29 - pressure switch, 30 - throttle, 31 - thermostatically controlled eyner for refillable tank, 32, 33, 34 - non-return valves, 35 - filter, 36 - pressure drop indicator.
Суть способа заключается в том, что заправка бака производится газом с промежуточным переводом заправляемого ксенона в жидкую фазу, обеспечивая достижение большей плотности, что увеличивает энерговооруженность космического аппарата.The essence of the method is that the tank is refueled with gas with an intermediate transfer of refueling xenon to the liquid phase, ensuring a higher density, which increases the power supply of the spacecraft.
В предлагаемом устройстве на заправочной магистрали 2 между заправочным баком 18 и заправляемым баком 1 установлены последовательно два обратных клапана 19 и 20, образующих контур однонаправленного движения ксенона от емкости выдачи ксенона 18 к заправляемому баку 1, а между ними подключен аккумулятор давления 17, выполненный в виде емкости, разделенной мембраной 27 на две полости 16 и 26, одна из которых 26 подключена к заправочной магистрали 2 ксенона между обратными клапанами 19 и 20, а другая полость 16 подключена к источнику избыточного давления воздуха, создающему давление, обеспечивающее выдачу ксенона из полости 26 аккумулятора давления 17 в заправляемый бак 1. То есть давление ксенона, создаваемое источником избыточного давления воздуха в полости 26, при очередном цикле выдачи дозы ксенона должно быть больше установившегося давления ксенона в заправляемом баке 1 после предыдущей выдачи дозы ксенона в заправляемый бак 1.In the proposed device, on the filling line 2 between the filling tank 18 and the refueling tank 1, two check valves 19 and 20 are installed in series, forming a circuit of unidirectional movement of xenon from the xenon delivery capacity 18 to the refueling tank 1, and a pressure accumulator 17 made in the form of a connected capacity, divided by a membrane 27 into two cavities 16 and 26, one of which 26 is connected to the xenon refueling line 2 between the check valves 19 and 20, and the other cavity 16 is connected to a source of overpressure in air, creating a pressure that ensures the release of xenon from the cavity 26 of the pressure accumulator 17 to the refueling tank 1. That is, the xenon pressure created by the source of excess air pressure in the cavity 26, with the next cycle of issuing the dose of xenon, should be greater than the established xenon pressure in the refueling tank 1 after previous issuance of a dose of xenon in a refill tank 1.
Кроме того, с целью улучшения эксплуатационных свойств за счет плавного изменения давления и обеспечения постоянного расхода ксенона при очередном наполнении полости 26 аккумулятора давления 17 из заправочного бака 18, устройство дополнительно снабжено дросселем 30, установленным между заправочным баком 18 и обратным клапаном 19.In addition, in order to improve operational properties due to a smooth change in pressure and to ensure a constant xenon flow during the next filling of the cavity 26 of the pressure accumulator 17 from the refueling tank 18, the device is additionally equipped with a throttle 30 installed between the refueling tank 18 and the check valve 19.
С целью упрощения устройства за счет снижения давления заправки, связанного с понижением температуры заправляемого газа и перевода ксенона в жидкую фазу, оно снабжено теплообменником 23 с подключенным к нему холодильным агрегатом 24. Теплообменник 23 включен в заправочную магистраль 2 между обратным клапаном 20 и заправляемым баком 1.In order to simplify the device by reducing the charge pressure associated with lowering the temperature of the charge gas and transferring xenon to the liquid phase, it is equipped with a heat exchanger 23 with a refrigeration unit 24 connected to it. A heat exchanger 23 is included in the filling line 2 between the non-return valve 20 and the refueling tank 1 .
С целью снижения давления заправки в устройство дополнительно введен термостатируемый контейнер 31, в который устанавливают заправляемый бак 1.In order to reduce the refueling pressure, a thermostatically controlled container 31 is introduced into the device, into which a refueling tank 1 is installed.
С целью упрощения устройства охлаждение заправляемого бака 1 в контейнере 31 осуществляется за счет дросселирования воздуха через дроссель 14 от источника избыточного давления воздуха.In order to simplify the device, the cooling of the refueling tank 1 in the container 31 is carried out by throttling the air through the throttle 14 from the source of excess air pressure.
Необходимость экономить дорогостоящий ксенон ставит цель использовать его повторно, то есть необходимо перекачать ксенон из заправляемого бака 1 в заправочный бак 18, как, например, это бывает в случае несостоявшегося запуска космического аппарата. Для этой цели предусмотрено введение двух пар обратных клапанов 32, 33 и 21, 34. Первая пара обратных клапанов 32 и 33 установлена последовательно и образует контур однонаправленного движения газа от заправляемого бака 1 к емкости выдачи ксенона 18. Эта пара обратных клапанов 32 и 34 установлена параллельно обратным клапанам 19 и 20. Вторая пара обратных клапанов 21 и 34 установлена между обратными клапанами 20, 33 и заправляемым баком 1, причем эти обратные клапаны 21, 34 противоположного действия смонтированы параллельно друг другу.The need to save expensive xenon sets the goal of reusing it, that is, it is necessary to transfer xenon from the refueling tank 1 to the refueling tank 18, as, for example, this happens in case of a failed launch of the spacecraft. For this purpose, the introduction of two pairs of check valves 32, 33 and 21, 34 is provided. The first pair of check valves 32 and 33 is installed in series and forms a circuit for unidirectional gas movement from the refueling tank 1 to the xenon delivery capacity 18. This pair of check valves 32 and 34 is installed parallel to the non-return valves 19 and 20. A second pair of non-return valves 21 and 34 is installed between the non-return valves 20, 33 and the refueling tank 1, and these non-return valves 21, 34 are mounted parallel to each other.
Чтобы сохранить чистоту газа как заправляемого в бак 1, так и удаляемого из бака 1, в устройство дополнительно введены фильтры 25, 35, причем они установлены по потоку перед каждым из обратных клапанов 21, 34.In order to maintain the purity of the gas, both refilled in tank 1 and removed from tank 1, filters 25, 35 are additionally introduced into the device, moreover, they are installed downstream of each of the check valves 21, 34.
На приведенном чертеже изображена схема предлагаемого устройства, для удобства показанного состыкованным с заправочным баком 18 и заправляемым баком 1.The drawing shows a diagram of the proposed device, for convenience, shown docked with a refueling tank 18 and a refueling tank 1.
Работа по заправке бака 1 осуществляется в следующей последовательности.Work on refueling tank 1 is carried out in the following sequence.
Вначале вакуумируют заправляемый бак 1 и заправочную магистраль 2 с использованием вакуумного насоса 3 до требуемого остаточного давления при открытых вентилях 4, 5, 6, 7, 8, 22, при закрытом вентиле 9 заправочного бака 19 и закрытым вентиле 10 дренажной магистрали. По окончании вакуумирования осуществляют контроль по регистраторам давления 11, 12 и 13, а дальше перекрывают вентили 6, 7 и 8. От источника избыточного давления подают воздух через дроссель 14 для захолаживания заправляемого бака 1, после чего подают команду электропневмоклапану 15 для сообщения воздушной полости 16 аккумулятора давления 17 с дренажом (атмосферой). Открыв вентиль 9, сообщают заправочный бак 18 через обратные клапаны 19, 20 и 21, открытые вентили 4, 5, 22 с заправляемым баком 1. Газ проходит через теплообменник 23, сообщенный с холодильным агрегатом 24, где переходит в жидкую фазу.Initially, the refueling tank 1 and the filling line 2 are vacuumized using the vacuum pump 3 to the required residual pressure with open valves 4, 5, 6, 7, 8, 22, with the closed valve 9 of the filling tank 19 and the closed valve 10 of the drain line. At the end of the evacuation, control is carried out on the pressure recorders 11, 12 and 13, and then the valves 6, 7 and 8 are closed. Air is supplied from the overpressure source through the throttle 14 to cool the refueling tank 1, after which the electro-pneumatic valve 15 is instructed to communicate the air cavity 16 pressure accumulator 17 with drainage (atmosphere). Having opened the valve 9, the refueling tank 18 is informed through the non-return valves 19, 20 and 21, the open valves 4, 5, 22 with the refueling tank 1. The gas passes through the heat exchanger 23, in communication with the refrigeration unit 24, where it passes into the liquid phase.
Заправляемый ксенон через фильтр 25, обратные клапаны 19, 20 и 21, вентиль 22 перетекает в заправляемый бак 1 за счет разности давлений в заправочном баке 18 и заправляемом баке 1. Ксенон заполняет полость 26 аккумулятора давления 17 и герметичная мембрана 27 аккумулятора давления 17 перемещается в «нижнее» положение за счет разности давлений в полостях 26 и 16 аккумулятора давления 17. Приращение массы ксенона в заправляемом баке 1 контролируют по весам 28, на которых установлен заправляемый бак 1, находящийся в термостатируемом контейнере 31.The refueling xenon through the filter 25, the non-return valves 19, 20 and 21, the valve 22 flows into the refueling tank 1 due to the pressure difference in the refueling tank 18 and the refueling tank 1. Xenon fills the cavity 26 of the pressure accumulator 17 and the sealed membrane 27 of the pressure accumulator 17 moves to The "lower" position due to the pressure difference in the cavities 26 and 16 of the pressure accumulator 17. The increment of the xenon mass in the refueling tank 1 is controlled by the weights 28 on which the refueling tank 1 is located, located in the thermostatically controlled container 31.
При выравнивании давлений в заправочном и заправляемом баках происходит прекращение прироста массы ксенона, электропневмоклапану подается команда на закрытие дренажа и подачу воздуха в полость 16 аккумулятора давления 17.When equalizing the pressure in the refueling and refueling tanks, the increase in xenon mass ceases, the electro-pneumatic valve is instructed to close the drainage and supply air to the cavity 16 of the pressure accumulator 17.
При достижении давления воздуха, обеспечивающего выдачу ксенона из полости 26 аккумулятора давления 17 через вентиль 5 и обратный клапан 20 в заправляемый бак 1, герметичная мембрана 27 перемещается в «верхнее» положение, сигнализатор давления 29 дает команду электропневмоклапану 15 на закрытие магистрали подачи воздуха в воздушную полость 16 аккумулятора давления 17 и открытие магистрали дренажа воздуха из воздушной полости 16 аккумулятора давления 17.When the air pressure is reached, which ensures the delivery of xenon from the cavity 26 of the pressure accumulator 17 through the valve 5 and the non-return valve 20 to the refueling tank 1, the sealed membrane 27 moves to the “upper” position, the pressure switch 29 instructs the electro-pneumatic valve 15 to close the air supply line to the air cavity 16 of the pressure accumulator 17 and the opening of the drainage line of air from the air cavity 16 of the pressure accumulator 17.
При достижении атмосферного давления воздуха в воздушной полости 16 аккумулятора давления 17 сигнализатор спада давления 36 дает команду электропневмоклапану 15 на закрытие дренажа и подачу воздуха в воздушную полость 16 аккумулятора давления 17.Upon reaching atmospheric air pressure in the air cavity 16 of the pressure accumulator 17, the pressure drop detector 36 instructs the electro-pneumatic valve 15 to close the drainage and supply air to the air cavity 16 of the pressure accumulator 17.
Цикл работы аккумулятора давления 17 повторяется до заполнения заправляемого бака 1 необходимым количеством ксенона, после чего закрывают вентиль 22. Для перевода ксенона из жидкого состояния в газообразное производят нагрев заправляемого бака и в таком состоянии поставляют в космический аппарат.The cycle of operation of the pressure accumulator 17 is repeated until the refueling tank 1 is filled with the necessary amount of xenon, and then the valve 22 is closed. To convert xenon from a liquid state to a gaseous state, the refueling tank is heated and in this state is delivered to the spacecraft.
Из известных авторам источников патентных и информационных материалов не известна совокупность признаков заявляемых объектов, поэтому заявитель склонен считать техническое решение, отвечающее признакам новизны.From the sources of patent and information materials known to the authors, the totality of the features of the claimed objects is not known, therefore, the applicant is inclined to consider a technical solution that meets the signs of novelty.
Настоящее техническое решение опробовано на предприятии и предполагается его использование при заправке ближайшего штатного изделия.This technical solution has been tested at the enterprise and it is intended to be used when refueling the nearest standard product.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110669/11A RU2274587C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004110669/11A RU2274587C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004110669A RU2004110669A (en) | 2005-10-20 |
| RU2274587C2 true RU2274587C2 (en) | 2006-04-20 |
Family
ID=35862564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004110669/11A RU2274587C2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2274587C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110848565A (en) * | 2019-10-23 | 2020-02-28 | 西安航天动力研究所 | Xenon filling system and method |
-
2004
- 2004-04-07 RU RU2004110669/11A patent/RU2274587C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ракетно-космический комплекс. Космодром/ Под ред. проф. А.П.ВОЛЬСКОГО. - М.: МО СССР, 1977, с.158, рис.5.2. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110848565A (en) * | 2019-10-23 | 2020-02-28 | 西安航天动力研究所 | Xenon filling system and method |
| CN110848565B (en) * | 2019-10-23 | 2021-07-20 | 西安航天动力研究所 | Xenon filling system and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004110669A (en) | 2005-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11519556B2 (en) | Gaseous hydrogen storage system with cryogenic supply | |
| US8671997B2 (en) | Device and method for filling a container with a gas under pressure | |
| US6834508B2 (en) | Hydrogen storage and supply system | |
| US4175395A (en) | Distribution of gas under pressure | |
| US10961109B2 (en) | Fluid bypass method and system for controlling the temperature of a non-petroleum fuel | |
| CN112789444B (en) | Method and installation for storing and distributing liquefied hydrogen | |
| KR20200054884A (en) | Method and installation for storing and dispensing liquefied hydrogen | |
| JP2018508000A (en) | Method and apparatus for filling a tank | |
| CN113677928B (en) | Hydrogen gas supply device and hydrogen gas supply method | |
| US10018307B2 (en) | Thermal management system for a natural gas tank | |
| JP5789257B2 (en) | Hydrogen distribution system and method | |
| JP6302919B2 (en) | Sealed insulation tank for containing pressurized cryogenic fluid | |
| KR20200015907A (en) | Filling stations and methods for recharging pressurized gas tanks | |
| US6073450A (en) | Combined diffuser and recirculation manifold in a propellant tank | |
| RU2274587C2 (en) | Method for xenon loading of power units of space vehicle and device for its realization | |
| RU2317234C1 (en) | Device for filling the spacecraft engine plants with xenon | |
| CN101603754B (en) | Simple liquid helium external flow systemic transmission method for cryogenic system | |
| CN111148931A (en) | Apparatus and method for filling a mobile refrigerant tank with cryogenic refrigerant | |
| CN110809691A (en) | Station and method for filling a pressurized gas tank | |
| EP3769003B1 (en) | Pressurized container for liquefied gas and consumer connection | |
| CN110848565B (en) | Xenon filling system and method | |
| US12025278B2 (en) | Filling station for supplying a plurality of vehicles with a gas containing hydrogen | |
| RU2440505C1 (en) | Method and device for filling onboard cylinders of missile carriers with helium | |
| EP0994290A1 (en) | Filling a container with gas under pressure | |
| Tuttle et al. | Thermal stratification of liquid helium in the SHOOT dewars |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110408 |