RU2469927C1

RU2469927C1 - Cryogenic valve

Info

Publication number: RU2469927C1
Application number: RU2011125612/11A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Тулин; Александр Федорович Шабарчин; Валерий Павлович Тимошенко; Александр Павлович Соколов; Владимир Дмитриевич Чухлов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date: 2011-06-23
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-12-20

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: valve includes metal radiator with cooling agent circulation channels, which is made in the form of a flat panel, on the surface of which there rigidly fixed are two parallel tubes with cooling agent circulation channels. One of the tubes is connected to liquid nitrogen source and the other one is connected to liquid helium source. Radiator and tubes are made from heat-conducting metal. Tubes can be located along one of diagonals of the radiator or can have the shape of creases passing along parallel sides of radiator and diagonal attaching those sides.

EFFECT: possibility of differentiating the thermal conditions in local zones of test plants for approximation of simulated temperature loads and achievement of thermal homogeneity of the surface.

3 cl, 2 dwg

Description

Криогенный экран относится к космической промышленности и предназначен для глубокого охлаждения испытуемых космических аппаратов (КА) или их узлов на испытательных стендах или в вакуумных камерах.The cryogenic screen belongs to the space industry and is intended for deep cooling of the test spacecraft (SC) or their components on test benches or in vacuum chambers.

Известно устройство охлаждения стенок вакуумной камеры жидким азотом до температуры - 173°С (Андрейчук О.Б., Малахов Н.Н. Тепловые испытания космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1982).A device is known for cooling the walls of a vacuum chamber with liquid nitrogen to a temperature of 173 ° C (Andreichuk OB, Malakhov NN Thermal tests of spacecraft. - M .: Mashinostroenie, 1982).

Известно устройство охлаждения стенок вакуумной камеры, используемое в стенде для тепловых испытаний космических объектов (патент РФ 2172709, B64G 7/00, приоритет от 23.09.1999). Устройство выполнено в виде криогенных экранов, во внутренние полости которых, одновременно с вакуумированием камеры, подают жидкий азот, охлаждающий криоэкраны до температуры - 186±3°С.A known device for cooling the walls of a vacuum chamber, used in a stand for thermal testing of space objects (RF patent 2172709, B64G 7/00, priority from 09/23/1999). The device is made in the form of cryogenic screens, in the internal cavities of which, simultaneously with the evacuation of the chamber, liquid nitrogen is fed, cooling the cryoscreens to a temperature of 186 ± 3 ° C.

Указанные устройства исходя из физических характеристик жидкого азота обеспечивают захолаживание экранов в температурном диапазоне от - 173°С до - 193°С, что бывает недостаточным при проведении ряда испытаний.Based on the physical characteristics of liquid nitrogen, these devices provide cooling of screens in the temperature range from - 173 ° C to - 193 ° C, which is insufficient for a number of tests.

Наиболее близким аналогом к заявленному криогенному экрану, выбранным в качестве прототипа, является криогенный экран для термооптической вакуумной установки (патент SU 1839880, B64G 7/00, приоритет от 12.07.1982). Экран выполнен в виде двух герметично соединенных между собой по торцевым кромкам тонкостенных зигованных оболочек с образованием между ними зазора для свободной циркуляции хладагента. При этом вакуумная установка снабжена двумя коаксиально расположенными криогенными экранами, у которых наружный экран охлаждается жидким азотом, а внутренний экран жидким гелием. При включении установки сначала производят захолаживание наружного экрана жидким азотом до заданной температуры от -173°С до - 193°С и вакуумирование камеры, а затем осуществляют захолаживание внутреннего экрана жидким гелием до температуры порядка - 270°С.The closest analogue to the claimed cryogenic screen, selected as a prototype, is a cryogenic screen for a thermo-optical vacuum installation (patent SU 1839880, B64G 7/00, priority from 07/12/1982). The screen is made in the form of two hermetically connected to each other along the end edges of thin-walled zigzag shells with the formation of a gap between them for free circulation of the refrigerant. In this case, the vacuum unit is equipped with two coaxially arranged cryogenic screens, in which the outer screen is cooled with liquid nitrogen, and the inner screen with liquid helium. When the unit is turned on, the external screen is first chilled with liquid nitrogen to a predetermined temperature from -173 ° C to -193 ° C and the chamber is evacuated, and then the internal screen is chilled with liquid helium to a temperature of about - 270 ° C.

Данная конструкция позволяет существенно расширить диапазон отрицательных температур при имитации натурных условий в процессе испытаний КА, однако обладает достаточной сложностью и не обеспечивает дифференцирование теплового режима в локальных зонах испытательных установок при имитации натурных условий в процессе проведения наземных испытаний КА.This design allows you to significantly expand the range of negative temperatures when simulating full-scale conditions during the test of the spacecraft, however, it is of sufficient complexity and does not provide differentiation of the thermal regime in the local zones of the test installations when simulating natural conditions in the process of ground testing of the spacecraft.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции криогенного экрана и обеспечение возможности дифференцирования теплового режима в локальных зонах испытательных установок для приближения имитационных температурных нагрузок КА к натурным условиям, а также обеспечение температурной однородности поверхности экрана и сокращение времени выхода экрана на заданный температурный режим.The technical problem solved by the invention is to simplify the design of the cryogenic screen and provide the possibility of differentiating the thermal regime in the local zones of the test installations to bring the simulated temperature loads of the spacecraft to the natural conditions, as well as ensuring the temperature uniformity of the surface of the screen and reducing the time the screen reaches the specified temperature mode.

Указанные задачи обеспечиваются тем, что в известном криогенном экране, содержащем металлический радиатор с каналами для циркуляции хладагентов, новым является то, что радиатор выполнен в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия, причем радиатор и трубки выполнены из теплопроводного металла.These tasks are ensured by the fact that in the well-known cryogenic screen containing a metal radiator with channels for circulating refrigerants, it is new that the radiator is made in the form of a flat panel, on the surface of which two parallel tubes with channels for circulating refrigerants are rigidly fixed, while one from the tubes connected to a source of liquid nitrogen, and the other to a source of liquid helium, and the radiator and tubes are made of heat-conducting metal.

Кроме того, трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут быть расположены вдоль одной из диагоналей радиатора.In addition, tubes with channels for circulation of refrigerants can be located along one of the diagonals of the radiator.

Кроме того, трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут иметь форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны.In addition, tubes with channels for the circulation of refrigerants can be in the form of zigs running along the parallel sides of the radiator and the diagonal connecting these sides.

Выполнение радиатора в виде плоской панели, на поверхности которой жестко закреплены две параллельно расположенные трубки с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена к источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия, позволяет с помощью одного экрана обеспечивать несколько температурных режимов для захолаживания КА или их узлов на испытательных стендах или в вакуумных камерах и возможность в процессе одного испытания создавать различный температурный режим в разных локальных зонах испытательных установок для приближения условий испытаний КА к натурным условиям.The implementation of the radiator in the form of a flat panel, on the surface of which two parallel tubes with channels for circulation of refrigerants are rigidly fixed, one of the tubes connected to a source of liquid nitrogen and the other to a source of liquid helium, allows using one screen to provide several temperature conditions for cooling the spacecraft or its components on test benches or in vacuum chambers and the ability to create different temperatures in different local zones of the test during one test installations to approximate the test conditions of the spacecraft to field conditions.

Расположение трубок с каналами для циркуляции хладагентов вдоль одной из диагоналей радиатора или придание им формы зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны, способствует достижению температурной однородности поверхности экрана и сокращению времени выхода экрана на заданный температурный режим.The location of the tubes with channels for the circulation of refrigerants along one of the radiator diagonals or giving them the shape of zigs that run along the parallel sides of the radiator and the diagonal connecting these sides, helps to achieve temperature uniformity of the screen surface and reduce the time it takes the screen to reach a given temperature mode.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

Фиг.1 - общий вид экрана;Figure 1 - General view of the screen;

Фиг.2 - общий вид экрана при выполнении трубок в форме зиговFigure 2 is a General view of the screen when performing tubes in the form of zig

Криогенный экран содержит радиатор, выполненный в виде плоской панели 1, на поверхности которой жестко, например посредством сварки или пайки, закреплены две параллельно расположенных трубки 2, 3 с каналами для циркуляции хладагентов, при этом одна из трубок подключена источнику жидкого азота, а другая - к источнику жидкого гелия. Радиатор 1 и трубки 2, 3 выполнены из теплопроводного металла. Трубки с каналами для циркуляции хладагентов могут быть расположены вдоль одной из диагоналей радиатора (Фиг.1) или иметь форму зигов, проходящих вдоль параллельных сторон радиатора и диагонали, соединяющей эти стороны (Фиг.2). При проведении испытаний сначала производят захолаживание радиатора экрана путем подачи в одну из трубок жидкого азота. После достижения поверхности экрана заданной температуры в диапазоне от -173°С до -193°С прекращают подачу жидкого азота и подают в другую трубку экрана жидкий гелий, доводя температуру экрана до температуры -270°С. При этом, поскольку в испытательной камере, как правило, устанавливают несколько экранов, то можно, например, в одном сеансе испытаний одни экраны захолаживать только жидким азотом, а другие сначала жидким азотом, а потом жидким гелием, а в следующем сеансе испытаний захолаживать жидким гелием уже другие экраны.The cryogenic screen contains a radiator made in the form of a flat panel 1, on the surface of which two tubes 2, 3 with channels for circulation of refrigerants are rigidly fixed, for example by welding or soldering, while one of the tubes is connected to a liquid nitrogen source, and the other to a source of liquid helium. Radiator 1 and tubes 2, 3 are made of heat-conducting metal. Tubes with channels for the circulation of refrigerants can be located along one of the diagonals of the radiator (Fig. 1) or have the form of zigs running along the parallel sides of the radiator and the diagonal connecting these sides (Fig. 2). During the tests, the radiator of the screen is first cooled by feeding liquid nitrogen into one of the tubes. After the screen surface reaches a predetermined temperature in the range from -173 ° C to -193 ° C, the flow of liquid nitrogen is stopped and liquid helium is fed into the other tube of the screen, bringing the temperature of the screen to a temperature of -270 ° C. Moreover, since as a rule several screens are installed in the test chamber, it is possible, for example, in one test session to shield some screens only with liquid nitrogen, and others first with liquid nitrogen and then with liquid helium, and in the next test session, cool with liquid helium already other screens.

Таким образом, при необходимости можно создавать в отдельных локальных зонах испытательной установки различные отрицательные температуры, воздействующие на КА, и тем самым приблизить условия испытания к натурным.Thus, if necessary, it is possible to create various negative temperatures affecting the spacecraft in separate local zones of the test setup, and thereby bring the test conditions closer to full-scale ones.

Использование экрана предлагаемой конструкции позволяет обеспечить достижение температурной однородности поверхности экрана и сократить время выхода экрана на заданный температурный режим, а также повысить надежность экрана и обеспечить его технологичность.Using the screen of the proposed design allows to achieve temperature uniformity of the surface of the screen and to reduce the time the screen goes to a given temperature mode, as well as to increase the reliability of the screen and ensure its manufacturability.

Claims

1. A cryogenic screen containing a metal radiator with channels for circulating refrigerants, characterized in that the radiator is made in the form of a flat panel, on the surface of which two parallel tubes with channels for circulating refrigerants are rigidly fixed, one of the pipes being connected to a source of liquid nitrogen and the other to the source of liquid helium, with the radiator and tubes made of heat-conducting metal.

2. The cryogenic screen according to claim 1, characterized in that the tubes with channels for circulating refrigerants are located along one of the diagonals of the radiator.

3. The cryogenic screen according to claim 1, characterized in that the tubes with channels for the circulation of refrigerants are in the form of zigs running along the parallel sides of the radiator and the diagonal connecting these sides.