RU2657603C1 - Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation - Google Patents
Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657603C1 RU2657603C1 RU2017119067A RU2017119067A RU2657603C1 RU 2657603 C1 RU2657603 C1 RU 2657603C1 RU 2017119067 A RU2017119067 A RU 2017119067A RU 2017119067 A RU2017119067 A RU 2017119067A RU 2657603 C1 RU2657603 C1 RU 2657603C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- spacecraft
- zone
- inlet
- heat
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 title abstract 4
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 166
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 6
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 5
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G5/00—Ground equipment for vehicles, e.g. starting towers, fuelling arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к оборудованию для испытаний объектов ракетно-космической техники и предназначено для термостатирования отсеков космических аппаратов при наземных проверочных испытаниях.The group of inventions relates to equipment for testing objects of rocket and space technology and is intended for thermostating of spacecraft compartments during ground verification tests.
Термостатирование отсеков большинства космических аппаратов (КА) при проверочных испытаниях производится потоком воздуха, подаваемым в космический аппарат с требуемыми величинами давления, расхода, температуры, влажности. Известны воздушные устройства термостатирования по авторским свидетельствам SU 799584, опубл. 20.11.2005, МПК: F28B 29/00 (2006.01); SU 1749653, опубл. 23.07.1992 г., МПК: F25B 29/00 (2006.01), SU 1740911, опубл. 15.06.1992 г., МПК F25B 29/00 (2006.01) и по патентам RU 2190165, опубл. 27.09.2002, МПК: F24F 5/00 (2000.01), F24F 3/14 (2006.01); RU 2184912, опубл. 10.07.2002, МПК: F25B 29/00 (2006.01), содержащие средства воздухоснабжения, осушки, охлаждения, нагрева, в которых в качестве средств воздухоснабжения используется высоконапорный вентилятор или компрессор, обеспечивающие подачу воздуха в термостатируемый отсек с давлением, позволяющим преодолевать сопротивление аппаратов осушки, охлаждения, нагрева воздуха и трубопроводов и иметь требуемую величину давления воздуха на входе в приборный отсек КА для преодоления сопротивления объекта при истечении в окружающую среду.The temperature control of the compartments of most spacecraft (SC) during verification tests is performed by the air flow supplied to the spacecraft with the required values of pressure, flow, temperature, humidity. Known air thermostatic devices according to copyright certificates SU 799584, publ. November 20, 2005, IPC: F28B 29/00 (2006.01); SU 1749653, publ. 07/23/1992, IPC: F25B 29/00 (2006.01), SU 1740911, publ. 06/15/1992, IPC F25B 29/00 (2006.01) and according to patents RU 2190165, publ. 09/27/2002, IPC: F24F 5/00 (2000.01), F24F 3/14 (2006.01); RU 2184912, publ. 07/10/2002, IPC: F25B 29/00 (2006.01), containing means of air supply, drying, cooling, heating, in which a high-pressure fan or compressor is used as means of air supply, which supply air to the thermostatically controlled compartment with a pressure that allows overcoming the resistance of the drying apparatus , cooling, heating the air and pipelines and have the required value of the air pressure at the inlet to the instrument compartment of the spacecraft to overcome the resistance of the object upon discharge into the environment.
Недостатками указанных выше устройств термостатирования являются ограниченное время работы в режиме осушки воздуха с использованием адсорберов, обусловленное временем насыщения их влагой, а также необходимость регенерации адсорберов после насыщения их влагой путем подачи в них сухого воздуха, нагретого до температуры 250°С от 8 до 10 часов, а это связано с большим дополнительным потреблением электроэнергии и потерями производимого воздуха.The disadvantages of the aforementioned thermostating devices are the limited operating time in the air drying mode using adsorbers, due to the time they are saturated with moisture, and the need to regenerate the adsorbers after saturating them with moisture by supplying them with dry air heated to a temperature of 250 ° C from 8 to 10 hours , and this is due to the large additional energy consumption and losses of air produced.
Известны также способы и установки для обеспечения объектов теплом и холодом по авторским свидетельствам SU 803591, опубл. 20.11.2005, МПК: F25B 29/00 (2006.01), SU 915524, опубл. 20.11.2005, МПК: F25B 29/00 (2006.01), в которых при наличии одного средства воздухоснабжения получают два потока термостатирующего воздуха при одинаковом давлении: один поток воздуха охлаждают до требуемой температуры при расширении в турбодетандере, а второй поток нагревают до требуемой температуры в рекуперативных теплообменниках при теплообмене с потоком воздуха, нагретым при сжатии в средствах воздухоснабжения. Эти способы менее энергоемки, но турбодетандер создает при работе очень сильный шум, заставляя рабочий персонал работать в наушниках.There are also known methods and installations for providing objects with heat and cold according to copyright certificates SU 803591, publ. November 20, 2005, IPC: F25B 29/00 (2006.01), SU 915524, publ. 11/20/2005, IPC: F25B 29/00 (2006.01), in which, with one air supply facility, two flows of thermostatic air are obtained at the same pressure: one air stream is cooled to the required temperature when expanded in a turboexpander, and the second stream is heated to the required temperature in recuperative heat exchangers during heat exchange with an air stream heated by compression in air supply facilities. These methods are less energy-consuming, but the turboexpander creates a very loud noise during operation, forcing workers to work with headphones.
Известен способ термостатирования космической головной части воздухом высокого давления и система для его осуществления по патенту RU 2335438, опубл. 10.10.2008, МПК: F25B 29/00 (2000.01), предназначенные для термостатирования КА при нахождении его на стартовом комплексе. Термостатирование КА после заправки компонентами топлива осуществляют сжатым воздухом, при этом давление воздуха перед подачей в объект термостатирования снижают с помощью редуктора с 40 МПа до 6-10 МПа. Такое решение, несмотря на свою простоту, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что оно не обеспечивает выдачу сжатого воздуха с заданными температурой и влажностью, при этом обеспечивается и регулируется только расход воздуха. И если при кратковременном нахождении КА перед стартом на стартовом комплексе это допустимо, то при длительных наземных испытаниях приборных отсеков и самих КА необходимо поддерживать параметры воздуха, поступающего на термостатирование в более узком диапазоне.A known method of temperature control of the space head part with high pressure air and a system for its implementation according to patent RU 2335438, publ. 10.10.2008, IPC: F25B 29/00 (2000.01), designed for thermostatting of spacecraft when it is at the launch complex. Thermostatting of the spacecraft after refueling with fuel components is carried out with compressed air, while the air pressure is reduced with the help of a reducer from 40 MPa to 6-10 MPa before being fed to the thermostating object. This solution, despite its simplicity, has a significant drawback, namely that it does not provide compressed air with a given temperature and humidity, while only the air flow is provided and regulated. And if with a short-term location of the spacecraft before launch at the launch complex this is permissible, then during long-term ground tests of the instrument compartments and the spacecraft themselves, it is necessary to maintain the parameters of the air entering the thermostating in a narrower range.
Известен способ воздушного термостатирования космических объектов, осуществляемый устройством для воздушного термостатирования космических объектов по патенту RU 2184912, опубл. 10.02.2002 г., МПК: F25B 29/00 (2000.01), а также способ воздушного термостатирования космических объектов и устройство для воздушного термостатирования космических объектов по патенту RU 2215951, опубл. 10.11.2003 г., МПК: F25В 29/00 (2000.01). Упомянутые способы заключаются в получении сжатого воздуха от источника воздухоснабжения, его редуцировании (принудительном снижении до более низкого давления), его охлаждении, нагревании до заданных температур и подаче воздуха потребителю. Устройство, осуществляющее указанный способ, содержит источник воздухоснабжения, воздуховод подачи, соединяющий источник воздухоснабжения через газовый редуктор с термостатируемым отсеком КА, охладитель и электронагреватель. Их основным недостатком является низкая энергоэффективность, поскольку воздух для термостатирования сначала сжимается в нагнетателе (это может быть либо компрессор, либо высоконапорный вентилятор), затем давление принудительно снижают в редукторе, после чего его охлаждают и при необходимости нагревают.A known method of air temperature control of space objects, carried out by a device for air temperature control of space objects according to patent RU 2184912, publ. 02/10/2002, IPC: F25B 29/00 (2000.01), as well as a method for air temperature control of space objects and a device for air temperature control of space objects according to patent RU 2215951, publ. November 10, 2003, IPC: F25В 29/00 (2000.01). The mentioned methods consist in obtaining compressed air from an air supply source, its reduction (forced reduction to a lower pressure), its cooling, heating to predetermined temperatures and air supply to the consumer. A device that implements the specified method, contains a source of air supply, a supply duct connecting the source of air supply through a gas reducer with a thermostatic compartment of the spacecraft, a cooler and an electric heater. Their main disadvantage is low energy efficiency, since thermostatic air is first compressed in the supercharger (it can be either a compressor or a high-pressure fan), then the pressure is forcibly reduced in the gearbox, after which it is cooled and, if necessary, heated.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является патент RU 2335706, опубл. 10.10.2008, МПК: F25В 29/00 (2006.01), F25В 19/00(2006.01) под названием «Способ и устройство для термостатирования космических объектов и отсеков ракетоносителей», который выбран в качестве прототипов предлагаемых способа и устройства.Closest to the proposed technical solution is the patent RU 2335706, publ. 10.10.2008, IPC: F25В 29/00 (2006.01), F25В 19/00 (2006.01) under the name "Method and device for thermostating of space objects and rocket compartments", which is selected as the prototype of the proposed method and device.
Сущность способа-прототипа заключается в том, что термостатирование космического объекта и отсеков ракетоносителя производят воздухом окружающей среды, который сжимают, осушивают, охлаждают или нагревают до требуемых величин давления, температуры и температуры точки росы. Способ осуществляется устройством термостатирования, в которое входят компрессор-нагнетатель для сжатия воздуха, охладители воздуха и электронагреватель воздуха. Охлаждение воздуха производят в охладителях воздуха, подключенных к источнику холода. Нагрев воздуха производят в нагревателе воздуха и затем воздух подают в отсеки КА.The essence of the prototype method lies in the fact that the temperature control of a space object and rocket launcher compartments is performed by ambient air, which is compressed, drained, cooled or heated to the required pressure, temperature and dew point temperature. The method is carried out by a thermostating device, which includes a compressor-supercharger for compressing air, air coolers and an electric air heater. Air cooling is carried out in air coolers connected to a source of cold. The air is heated in an air heater and then air is fed into the spacecraft compartments.
Недостатками способа и устройства прототипа являются неэффективные затраты электроэнергии, связанные с тем, что воздух окружающей среды сначала сжимают компрессором до давления 12 бар, после чего по трубопроводам поступает на охлаждение и осушку, затем на подогрев до нужной температуры и, наконец, поступает по воздуховодам внутрь отсека КА. Кроме того, нагрев воздуха осуществляется в нетеплоизолированном воздуховоде, что вызывает дополнительные потери тепла и нерегулируемый теплообмен. При этом работа нагнетателя без шумоизоляции создает на рабочем месте шум, часто превышающий допустимый для работы персонала.The disadvantages of the method and device of the prototype are the inefficient energy costs associated with the fact that the ambient air is first compressed by a compressor to a pressure of 12 bar, after which it is piped to cool and dry, then heated to the desired temperature, and finally it enters through the air ducts spacecraft compartment. In addition, air is heated in a non-insulated duct, which causes additional heat loss and unregulated heat transfer. At the same time, the operation of the supercharger without noise isolation creates noise in the workplace, often exceeding the allowable for personnel.
Задачей группы изобретений является снижение энергопотребления способа наземного термостатирования, а также снижения уровня шума при работе устройства для термостатирования.The objective of the group of inventions is to reduce the energy consumption of the method of ground-based thermostating, as well as reduce noise during operation of the device for thermostating.
Техническим результатом группы изобретений является повышение энергоэффективности способа и устройства воздушного термостатирования космических объектов при наземных испытаниях за счет использования для нагрева охлажденного и осушенного воздуха тепла, передающегося воздуху в процессе нагнетания в самом нагнетателе.The technical result of the group of inventions is to increase the energy efficiency of the method and device for air thermostating of space objects during ground tests due to the use of heat transferred to the air during the pumping process to heat the cooled and dried air.
Технический результат достигается тем, что в способе воздушного термостатирования отсеков космического аппарата при наземных испытаниях, включающем нагнетание воздуха из окружающей среды, его охлаждение, осушку, нагревание и подачу в термостатируемый отсек космического аппарата, перед наземными испытаниями в процессе нагнетания измеряют температуры воздуха на входе в нагнетатель tвх и на его выходе tвых при различных заданных расходах воздуха, определяют величины нагрева воздуха в нагнетателе Δtн=tвых-tвх при различных заданных расходах воздуха, в процессе испытаний обеспечивают заданный расход воздуха в нагнетателе, после охлаждения и осушки нагревают воздух внутри теплозвукоизолированной зоны до температуры, определяемой из соотношения t=tзад-Δtн, где tзад - заданная температура воздуха на входе в термостатируемый отсек космического аппарата; Δtн - величина нагрева воздуха в нагнетателе при заданном расходе воздуха, после чего подают воздух в термостатируемый отсек космического аппарата.The technical result is achieved by the fact that in the method of air temperature control of the compartments of the spacecraft during ground tests, including pumping air from the environment, cooling, drying, heating and feeding it into the thermostatically controlled compartment of the spacecraft, the air temperature at the inlet t Rin blower and at its output O t at different preset flow rate, determine the magnitude of heating the air in the plenum Δt = t n -t O Rin at different predetermined pa air passages, during the tests provide a predetermined air flow in the plenum after cooling and drying air is heated inside teplozvukoizolirovannoy zone to a temperature determined from the relationship t = t n -Δt backside where t ass - given air inlet temperature thermostatted compartment of the spacecraft ; Δt n is the amount of air heating in the supercharger at a given air flow rate, after which air is supplied to the thermostatically controlled compartment of the spacecraft.
Технический результат достигается тем, что в устройство воздушного термостатирования отсеков космического аппарата при наземных испытаниях, включающем корпус, охладитель-осушитель с линией отвода конденсата, нагнетатель воздуха в термостатируемые отсеки космического аппарата, нагреватель воздуха, систему управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием, введена воздухонепроницаемая перегородка, разделяющая корпус на две зоны - холодильную и теплозвукоизолированную, в корпусах которых выполнены технологические окна для входа воздуха из окружающей среды и для последующей его подачи в термостатируемые отсеки космического аппарата, при этом в теплозвукоизолированной зоне, расположенной в верхней части корпуса, последовательно по линии подачи воздуха из окружающей среды размещены охладитель-осушитель воздуха с линией отвода конденсата, установленный в технологическом окне для входа воздуха в теплозвукоизолированную зону, нагреватель воздуха, нагнетатель воздуха с регулируемым числом оборотов, на входе и на выходе которого установлены датчики температуры воздуха, при этом выход упомянутого нагнетателя установлен в технологическом окне для подачи воздуха в термостатируемый отсек и соединен воздуховодом с термостатируемым отсеком, в холодильной зоне, расположенной в нижней части корпуса, по линии подачи воздуха из окружающей среды размещены конденсатор воздушного охлаждения, установленный в технологическом окне для входа воздуха в холодильную зону, холодильный компрессор и расширительное устройство, через которое соединены выход конденсатора воздушного охлаждения с входом охладителя-осушителя воздуха, выход которого связан с входом холодильного компрессора, выход которого соединен с входом конденсатора воздушного охлаждения, образуя таким образом замкнутый холодильный контур, при этом конденсатор воздушного охлаждения и охладитель-осушитель установлены в одной плоскости упомянутого корпуса, часть корпуса холодильной зоны установки выполнена в виде перфорированной стенки, расположенной напротив выхода воздуха из конденсатора воздушного охлаждения, приводы нагнетателя с регулируемым числом оборотов, холодильного компрессора, конденсатора воздушного охлаждения, расширительного устройства, нагревателя воздуха, датчики температуры электрически связаны между собой системой управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием.The technical result is achieved by the fact that in the device for air temperature control of the compartments of the spacecraft during ground tests, which includes a body, a cooler-dryer with a condensate drain line, an air blower in the thermostatically controlled compartments of the spacecraft, an air heater, a control system for controlled parameters with automatic control, an airtight partition , dividing the housing into two zones - refrigeration and heat and sound insulated, in the cases of which are made technologically windows for air inlet from the environment and for its subsequent supply to the thermostatically controlled compartments of the spacecraft, while in the heat and sound insulated zone located in the upper part of the body, a cooler-dehumidifier with a condensate drain line installed in series along the line of air supply from the environment in the technological window for air inlet into a heat and sound insulated zone, an air heater, an air blower with an adjustable speed, at the inlet and at the outlet of which dates are set air temperature, while the outlet of the said supercharger is installed in the technological window for supplying air to the thermostatically controlled compartment and is connected by an air duct to the thermostatically controlled compartment, in the refrigeration zone located in the lower part of the housing, an air-cooled condenser is installed along the air supply line from the environment, installed in a technological window for entering air into the refrigeration zone, a refrigeration compressor and an expansion device through which the output of the air-cooled condenser is connected to the course of the air cooler-dryer, the output of which is connected to the inlet of the refrigeration compressor, the output of which is connected to the input of the air cooling condenser, thus forming a closed refrigeration circuit, while the air cooling condenser and cooler-dryer are installed in the same plane of the said case, part of the body of the refrigeration zone the installation is made in the form of a perforated wall located opposite the air outlet from the air-cooled condenser, supercharger drives with an adjustable number of revolutions rothé, refrigerant compressor, condenser cooling air, the expansion device, the air heater, the temperature sensors are electrically connected to each other controlled parameters control system with automatic control.
Первый отличительный признак предлагаемого способа воздушного термостатирования - перед наземными испытаниями в процессе нагнетания измеряют температуру воздуха между входом и выходом нагнетателя при различных заданных расходах воздуха, что позволяет определить величину нагрева воздуха Δtн в нагнетателе в зависимости от расхода. Второй отличительный признак - воздух на охлаждение и осушку поступает из окружающего пространства за счет разряжения внутри теплозвукоизолированной зоны корпуса устройства воздушного термостатирования. Разряжение создается за счет всасывания воздуха высоконапорным нагнетателем в этой зоне. Всасывание воздуха из окружающего пространства внутрь теплозвукоизолированной зоны осуществляется через теплообменную поверхность охладителя-осушителя воздуха, имеющую температуру ниже точки росы. При этом воздух охлаждается и лишняя влага из него конденсируется на теплообменной поверхности охладителя-осушителя и отводится линией отвода конденсата. Это также снижает энергетически потери воздушного тракта. Третий отличительный признак - в процессе испытаний обеспечивают заданный расход воздуха на входе в нагнетатель и нагревают воздух внутри устройства воздушного термостатирования до температуры, определяемой из соотношения t=tзад-Δtн, где tзад - заданная температура воздуха на входе в термостатируемый объект; Δtн - величина нагрева воздуха в нагнетателе при заданном расходе, после чего подают воздух в объект термостатирования. Нагрев воздуха в теплозвукоизолированной зоне до указанной температуры ниже заданной на величину нагрева воздуха в нагнетателе Δtн, зависящей от расхода воздуха, существенно снижает расход энергии при практической реализации предлагаемого изобретения. Такое техническое решений возможно потому, что воздух при сжатии в высоконапорных нагнетателях (обычно высоконапорные центробежные вентиляторы) нагревается в зависимости от расходно-напорной характеристики вентилятора. Например, высоконапорный вентилятор немецкой фирмы Elektror HRD 2Т 105/1,5 при работе в диапазоне расходов от 100 до 600 м3/ч нагревает прокачиваемый воздух от 0,5 до 6°С. Использование этого нагрева и является сутью третьего отличительного признака, что и позволяет снизить энергопотребление при использовании предложенного технического решения.The first distinguishing feature of the proposed method of air thermostating is that, before ground tests, during the injection process, the air temperature between the inlet and outlet of the supercharger is measured at various given air flow rates, which allows one to determine the amount of air heating Δtн in the supercharger depending on the flow rate. The second distinguishing feature is that air for cooling and drying comes from the surrounding space due to the discharge inside the heat and sound insulated zone of the body of the air thermostating device. The vacuum is created due to air intake by a high-pressure supercharger in this zone. The absorption of air from the surrounding space into the heat and sound insulated zone is carried out through the heat exchange surface of the cooler-dryer, having a temperature below the dew point. In this case, the air is cooled and excess moisture from it condenses on the heat exchange surface of the cooler-dryer and is discharged by the condensate drain line. It also reduces energy-related airway loss. The third distinguishing feature is that during the tests they provide the specified air flow rate at the inlet to the supercharger and heat the air inside the air thermostatting device to a temperature determined from the relation t = tset-Δtn, where tset is the set air temperature at the inlet of the thermostatically controlled object; Δtн is the amount of air heating in the supercharger at a given flow rate, after which air is supplied to the thermostating object. Heating the air in a heat and sound insulated zone to a specified temperature below a predetermined value by the amount of air heating in the supercharger Δtн, which depends on the air flow, significantly reduces energy consumption in the practical implementation of the invention. Such technical solutions are possible because the compressed air in high-pressure blowers (usually high-pressure centrifugal fans) heats up depending on the flow-discharge characteristic of the fan. For example, a high-pressure fan of the German company Elektror HRD 2T 105 / 1.5, when operating in the flow range from 100 to 600 m 3 / h, heats the pumped air from 0.5 to 6 ° C. The use of this heating is the essence of the third distinguishing feature, which helps reduce energy consumption when using the proposed technical solution.
Что касается отличительных признаков устройства воздушного термостатирования, то первым отличительным признаком является то, что корпус установки воздушного термостатирования разделен воздухонепроницаемой перегородкой на холодильную зону с конденсатором воздушного охлаждения, компрессором, расширительным устройством и теплозвукоизолированную зону с охладителем-осушителем, в теплозвукоизолированной зоне выполнены технологические окна для входа воздуха из окружающей среды и для подачи воздуха на термостатирование отсеков КА. Использование этого признака позволяет снизить нерегулируемые потери тепла в окружающее пространство при работе оборудования, что снижает энергетические затраты. Теплозвукоизоляция этой зоны снижает уровень шума, возникающего при работе высоконапорных нагнетателей. Второй отличительный признак - в теплозвукоизолированной зоне кроме охладителя-осушителя размещены высоконапорный нагнетатель воздуха с регулируемым числом оборотов и нагреватель воздуха, при этом охладитель-осушитель установлен в технологическом окне для входа воздуха в теплозвукоизолированную зону, а выход высоконапорного нагнетателя воздуха соединен с технологическим окном для подачи воздуха на термостатирование. Второй признак позволяет снизить сопротивление воздушного тракта, а следовательно и рабочую мощность нагнетателя, а следовательно и его энергопотребление, поскольку всасывание воздуха, его нагрев осуществляется не в воздухопроводах с большим аэродинамическим сопротивлением, а в объеме теплозвукоизолированной зоны. Третий отличительный признак заключается в том, что нагреватель воздуха установлен на входе воздушного потока в высоконапорный нагнетатель воздуха. Этот признак позволяет с помощью системы управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием не догревать воздух, поступающий на термостатирование отсеков КА, до заданной температуры tзад в зоне его обработки с учетом его дальнейшего нагрева до заданной температуры в самом высоконапорном нагнетателе. Четвертый отличительный признак заключается в том, что конденсатор и охладитель-осушитель холодильной установки установлены в одной плоскости корпуса устройства воздушного термостатирования. Это исключает рециркуляцию окружающего воздуха снаружи устройства, т.е. размещение охладителя-осушителя и конденсатора холодильной установки в одной плоскости корпуса, не позволяет попадать теплому воздуху, выходящему из конденсатора, на вход охладителя-осушителя.With regard to the distinguishing features of an air thermostat device, the first distinguishing feature is that the air thermostat installation case is divided by an airtight partition into a refrigerating zone with an air-cooled condenser, a compressor, an expansion device and a heat and sound insulated zone with a cooler-dryer, and technological windows are made in the heat and sound insulated zone for air inlet from the environment and for supplying air to the thermostatting of the spacecraft compartments. Using this feature allows you to reduce unregulated heat loss to the environment during operation of the equipment, which reduces energy costs. Heat and sound insulation of this zone reduces the noise level that occurs when high-pressure blowers are operated. The second distinguishing feature is that in the heat and sound insulated zone, in addition to the cooler-dryer, a high-pressure air blower with an adjustable speed and an air heater are placed, while the cooler-dryer is installed in the technological window for air inlet to the heat and sound insulated zone, and the outlet of the high-pressure air blower is connected to the technological window for supplying air temperature control. The second feature allows you to reduce the resistance of the air path, and therefore the working power of the supercharger, and therefore its energy consumption, since the air is sucked in, it is heated not in air ducts with high aerodynamic resistance, but in the volume of the heat and sound insulated zone. The third distinguishing feature is that the air heater is installed at the inlet of the air flow into the high-pressure air blower. This feature allows using the control system of controlled parameters with automatic control not to warm the air entering the thermostat spacecraft compartments to a predetermined temperature t in the processing zone, taking into account its further heating to a predetermined temperature in the highest-pressure supercharger. The fourth distinctive feature is that the condenser and cooler-dryer of the refrigeration unit are installed in the same plane of the body of the air thermostatic control device. This eliminates the recirculation of ambient air outside the device, i.e. the placement of the cooler-dryer and the condenser of the refrigeration unit in one plane of the housing does not allow the warm air leaving the condenser to enter the inlet of the cooler-dryer.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено предложенное устройство для воздушного термостатирования отсеков космического аппарата при наземных испытаниях, реализующее предложенный способ термостатирования, где обозначено:The invention is illustrated by the drawing, which shows the proposed device for air temperature control of the compartments of the spacecraft during ground tests, which implements the proposed method of temperature control, where it is indicated:
1 - корпус устройства воздушного термостатирования;1 - the body of the air temperature control device;
2 - воздухонепроницаемая перегородка;2 - airtight partition;
3 - теплозвукоизолированная зона;3 - heat and sound insulated zone;
4 - холодильная зона;4 - refrigeration zone;
5 - теплозвукоизоляция;5 - heat and sound insulation;
6 - технологическое окно для входа воздуха в теплозвукоизолированную зону;6 - technological window for the entry of air into the heat and sound insulated zone;
7 - охладитель-осушитель воздуха;7 - air cooler-dryer;
8 - линия отвода конденсата;8 - condensate drain line;
9 - технологическое окно подачи воздуха в термостатируемый отсек;9 - a technological window for supplying air to a thermostatically controlled compartment;
10 - термостатируемый отсек космического аппарата (КА);10 - thermostatic compartment of the spacecraft (SC);
11 - линия подачи воздуха в охладитель-осушитель;11 - air supply line to the cooler-dryer;
12 - нагреватель воздуха;12 - air heater;
13 - нагнетатель воздуха с регулируемым числом оборотов;13 - air blower with an adjustable speed;
14 - датчик температуры воздуха на входе в нагнетатель;14 - air temperature sensor at the inlet to the supercharger;
15 - датчик температуры на выходе из нагнетателя;15 - temperature sensor at the outlet of the supercharger;
16 - воздуховод;16 - duct;
17 - холодильный компрессор;17 - refrigeration compressor;
18 - конденсатор воздушного охлаждения;18 - air-cooled condenser;
19 - технологическое окно холодильной зоны для входа воздуха;19 - technological window of the refrigeration zone for air inlet;
20 - расширительное устройство;20 - expansion device;
21 - перфорированная стенка;21 - perforated wall;
22 - линия подачи воздуха в холодильную зону;22 - air supply line to the refrigeration zone;
23 - система управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием.23 - control system for controlled parameters with automatic control.
Устройство для воздушного термостатирования отсеков космического аппарата при наземных испытаниях содержит корпус 1, разделенный воздухонепроницаемой перегородкой 2 на теплозвукоизолированную зону 3 и холодильную зону 4. Внутренняя поверхность теплозвукоизолированной зоны 3 обшита теплозвукоизоляцией 5, выполненной из теплозвукоизоляционного материала, например, марки PIR 40 (пенополуизоцианурата толщиной 40 мм). В корпусе теплозвукоизолированной зоны 3 выполнены технологическое окно 6 для входа воздуха из окружающей среды, в котором закреплен охладитель-осушитель воздуха 7 с линией отвода конденсата 8, а также технологическое окно 9 подачи воздуха в термостатируемый отсек КА 10. В теплозвукоизолированной зоне 3 по линии подачи воздуха 11 установлены охладитель-осушитель 7, нагреватель воздуха 12 и нагнетатель воздуха 13 с регулируемым числом оборотов. На входе воздуха в нагнетатель 13 установлен датчик температуры воздуха 14, а на выходе воздуха из нагнетателя 13 установлен датчик температуры 15. Входной патрубок нагнетателя воздуха 13 расположен внутри теплозвукоизолированной зоны 3, выходной патрубок нагнетателя воздуха 13 установлен в технологическом окне 9 и соединен воздуховодом 16 с термостатируемым отсеком 10 космического аппарата. В холодильной зоне 4, размещенной в нижней части корпуса 1 устройства термостатирования, размещены холодильный компрессор 17, конденсатор воздушного охлаждения 18, установленный в технологическом окне 19 для входа воздуха в холодильную зону 4, и расширительное устройство 20. Часть корпуса 1 в холодильной зоне 4 устройства термостатирования выполнена в виде перфорированной стенки 21, расположенной по линии подачи воздуха 22 напротив выхода воздуха из конденсатора воздушного охлаждения 18. Охладитель-осушитель воздуха 7, холодильный компрессор 17, конденсатор воздушного охлаждения 18 и расширительное устройство 20 гидравлически связаны трубопроводом, образуя единый холодильный контур. При этом конденсатор воздушного охлаждения 18 и охладитель-осушитель воздуха 7 установлены в одной плоскости корпуса 1 устройства для воздушного термостатирования. Привод нагнетателя 13 с регулируемым числом оборотов, привод холодильного компрессора 17, привод воздушного конденсатора 18, привод расширительного устройства 20, а также нагреватель 12, датчики температуры 14, 15 электрически связаны между собой системой управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием 23.A device for air-temperature control of spacecraft compartments during ground-based tests includes a
Конкретный пример использования предложенных изобретений рассмотрим на примере термостатирования приборного отсека международного спутника-ретранслятора «Ангосат» во время проверочных испытаний на заводе-изготовителе.A specific example of the use of the proposed inventions will be considered on the example of temperature control of the instrument compartment of the international satellite-relay "Angosat" during verification tests at the manufacturer.
Термостатирование отсека КА осуществляется следующим образом.Thermostatting the spacecraft compartment is as follows.
Перед электрическими испытаниями бортовых систем КА к термостатируемому отсеку доставляют устройство воздушного термостатирования. Воздуховод 16 прокладывают в термостатируемый приборный отсек 10 КА. Перед наземными испытаниями проводят тарировку нагнетателя 13 в части определения степени нагрева воздуха в процессе нагнетания при различных расходах воздуха при выключенном холодильном компрессоре 17. Для этого с помощью частотного регулятора привода нагнетателя 13 задают его работу с необходимыми расходами воздуха, указанными в программе испытаний. Например, для данного КА требуется обеспечить расход воздуха для термостатирования приборного отсека по программе испытаний от 100 до 400 м3/ч с заданной температурой термостатирования tзад.=+15°С на входе в термостатируемый отсек КА. На разных этапах испытаний должны быть следующие расходы воздуха - 100 м3/ч, затем 250 м3/ч и, наконец, 400 м3/ч. При работе нагнетателя 13 на каждом из указанных расходов с помощью системы управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием 23 измеряют температуру воздуха на входе tвх и выходе tвых нагнетателя датчиками температуры воздуха 14 и 15, после чего по разнице показаний этих датчиков Δtн=tвых-tвх вычисляют значения величины нагрева воздуха Δtн в процессе нагнетания при указанных расходах: при расходе 100 м3/ч величина нагрева воздуха Δtн составит 0,5°С, при расходе 250 м3/ч - 2°С, при расходе 400 м3/ч значение Δtн=4°С. Эти данные остаются в памяти упомянутой выше системы управления 23. После этого включают в работу холодильный компрессор 17, который сжимает хладагент холодильного контура, после чего хладагент в сжатом состоянии и с высокой (+70°С) температурой поступает в конденсатор воздушного охлаждения 18, где охлаждается за счет продуваемого через него окружающего воздуха, конденсируется и поступает в расширительное устройство 20. В расширительном устройстве 20 жидкий хладагент дросселируется и превращается в парожидкостную смесь с низкой температурой (от -5÷-1°С), которая затем поступает в охладитель-осушитель воздуха 7. Нагретый в конденсаторе воздушного охлаждения 18 воздух вытесняется из холодильной зоны 4 через перфорированную стенку 21 корпуса устройства воздушного термостатирования 1.Before electrical tests of the spacecraft onboard systems, an air thermostating device is delivered to the thermostatically controlled compartment.
При работе нагнетателя 13 воздух, поступающий в теплозвукоизолированную зону 3 через охладитель-осушитель 7 из окружающего пространства, охлаждается, излишняя влага из него конденсируется, за счет этого он осушается, при этом собранная на теплообменной поверхности охладителя-осушителя воздуха 7 влага стекает в его поддон и через линию отвода конденсата 8 отводится в канализацию. Осушенный и охлажденный воздух, поступивший в теплозвукоизолированную зону 3 из охладителя-осушителя воздуха 7, имеет температуру от +5 до +7°С. В зависимости от расхода воздуха система управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием 23 включает в работу нагреватель воздуха 12, который нагревает воздух в зоне 3 до температуры t=tзад-Δtн, перед тем как он поступит в нагнетатель 13. Например, если термостатирование отсека осуществляется с расходом 400 м3/ч, то учитывая величину нагрева воздуха в нагнетателе при этом расходе Δtн=4°С (полученную перед началом испытаний), нагреватель воздуха 12 по команде системы управления контролируемыми параметрами с автоматическим регулированием 23 будет греть воздух в теплозвукоизолированной зоне 3 до температуры 11°С (t=tзад-Δtн=15°С-4°С=11°С). Таким образом, после подогрева воздуха при сжатии в нагнетателе 13 на 4°С он достигает заданной температуры tзад=15°С, после чего поступает в воздуховод 16 и затем в термостатируемый приборный отсек 10 КА.During the operation of the
Установленные внутри теплозвукоизолированной зоны 3 воздухонепроницаемая перегородка 2 и теплозвукоизоляция 5 позволяют уменьшить нерегулируемый теплообмен между этой зоной и окружающим пространством, что исключает потери тепла из этой зоны, а также уровень шума в помещении, где эксплуатируется данная установка воздушного термостатирования. Кроме того, поскольку в процессе работы высоконапорные нагнетатели (а только они используются в системах наземного термостатирования) при работе создают шум до 85 дБ, установленная внутри теплозвукоизолированной зоны 3 позволяет снизить также уровень шума в зоне термостатируемого отсека КА на 15÷20 дБ.Installed inside the heat and sound
Таким образом, техническим результатом изобретения является:Thus, the technical result of the invention is:
- снижение энергопотребления процесса воздушного термостатирования приборных отсеков КА при наземных испытаниях на заводе-изготовителе и в монтажно-испытательном корпусе на полигоне. В вышеприведенном конкретном случае термостатирования приборного отсека с расходом 400 м3/ч экономия электроэнергии при реализации предложенного способа термостатирования составит: Q = Ср×ρ×V×Δtн=1005 Дж/(кг⋅К) ×1,226 кг/м3 ×0,11 м3/с ×4° = 542 Дж/с = 542 Вт. В сутки экономия электроэнергии на одной установке составит 13 кВт/ч. Учитывая, что на наземное термостатирование приборных отсеков крупных КА с большим тепловыделением внутри гермоотсека требуются расходы воздуха 2000÷4000 м3/ч, экономия электроэнергии с использованием предложенного способа термостатировании может достигать нескольких десятков киловатт/ч. Также существенно снижается уровень шума в рабочих зонах, где проводятся проверочные испытания. Поскольку в процессе работы высоконапорные нагнетатели (а только они используются в системах наземного термостатирования) при работе создают шум до 85 дБ, установленная внутри теплозвукоизолированной зоны 3 теплозвукоизоляция позволяет снизить также уровень шума в зоне термостатируемого отсека КА на 15÷20 дБ.- reducing the energy consumption of the process of air temperature control of the instrument compartments of the spacecraft during ground tests at the manufacturer and in the assembly and test building at the test site. In the above specific case of temperature control of the instrument compartment with a flow rate of 400 m 3 / h, energy savings when implementing the proposed method of temperature control will be: Q = Ср × ρ × V × Δtн = 1005 J / (kg⋅K) × 1.226 kg / m 3 × 0, 11 m 3 / s × 4 ° = 542 J / s = 542 W. The energy savings per unit per day will be 13 kW / h. Considering that air-based temperature control of the instrument compartments of large spacecraft with large heat generation inside the pressurized compartment requires air flow rates of 2000 ÷ 4000 m 3 / h, energy savings using the proposed method of temperature control can reach several tens of kilowatts / h. The noise level in the working areas where verification tests are carried out is also significantly reduced. Since during operation high-pressure superchargers (and they are only used in ground-based thermostating systems) generate noise up to 85 dB during operation, heat and sound insulation installed inside the heat and sound
Допустимый уровень шума на рабочих местах для работы операторов-испытателей сложной техники согласно санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8..562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий» на должен превышать 65 дБА. И если при работе существующих устройств термостатирования операторы, работающие длительное время рядом с термостатируемым объектом, вынуждены надевать наушники-глушители шума, то при использовании предложенной системы уровень производственного шума не выходит за допустимые пределы.The permissible noise level at workplaces for the operation of test operators of complex equipment in accordance with sanitary standards SN 2.2.4 / 2.1.8..562-96 “Noise at workplaces, in residential and public buildings” should not exceed 65 dBA. And if during the operation of existing thermostatic control devices, operators working for a long time next to a thermostatically controlled object are forced to put on noise-suppressing headphones, then when using the proposed system the level of production noise does not exceed acceptable limits.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119067A RU2657603C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017119067A RU2657603C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2657603C1 true RU2657603C1 (en) | 2018-06-14 |
Family
ID=62620400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017119067A RU2657603C1 (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2657603C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112082435A (en) * | 2020-09-21 | 2020-12-15 | 北京中科宇航技术有限公司 | Rocket final repair heat preservation device |
| CN114236385A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 陕西航空电气有限责任公司 | Air cooling system load |
| RU2778102C1 (en) * | 2022-01-26 | 2022-08-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Method for air temperature control of autonomous blocks of spacecraft during ground tests using a radiator and an aerodynamic module for its implementation |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564866A (en) * | 1969-02-11 | 1971-02-23 | Nasa | Cryogenic cooling system |
| RU2335706C1 (en) * | 2007-03-16 | 2008-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения имени В.П. Бармина" | Method and device for thermostatic control of spatial objects and booster compartments |
| RU2395435C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method and device for thermostatic control of spacecraft and rocket carrier compartments |
-
2017
- 2017-05-31 RU RU2017119067A patent/RU2657603C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564866A (en) * | 1969-02-11 | 1971-02-23 | Nasa | Cryogenic cooling system |
| RU2335706C1 (en) * | 2007-03-16 | 2008-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное предприятие "Конструкторское бюро общего машиностроения имени В.П. Бармина" | Method and device for thermostatic control of spatial objects and booster compartments |
| RU2395435C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры" | Method and device for thermostatic control of spacecraft and rocket carrier compartments |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112082435A (en) * | 2020-09-21 | 2020-12-15 | 北京中科宇航技术有限公司 | Rocket final repair heat preservation device |
| CN112082435B (en) * | 2020-09-21 | 2022-02-08 | 北京中科宇航技术有限公司 | Rocket final repair heat preservation device |
| CN114236385A (en) * | 2021-12-14 | 2022-03-25 | 陕西航空电气有限责任公司 | Air cooling system load |
| RU2778102C1 (en) * | 2022-01-26 | 2022-08-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (АО "НПО Лавочкина") | Method for air temperature control of autonomous blocks of spacecraft during ground tests using a radiator and an aerodynamic module for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10760798B2 (en) | HVAC unit with hot gas reheat | |
| US20090188985A1 (en) | Combined chiller and boiler HVAC system in a single outdoor operating unit | |
| JP2006207856A (en) | Air conditioner for conditioning outside air | |
| RU2657603C1 (en) | Method of air thermal conditioning of space vehicle modules during ground testing and device for its implementation | |
| KR20170070865A (en) | Reheat control system for cooling and dehumidification of thermohygrostat using energy saving type | |
| JP2015190755A (en) | Desiccant air conditioner for food selling area | |
| JP2004169942A (en) | Air conditioning system | |
| MY164381A (en) | Condensation type dehumidifier | |
| Krishnamoorthy et al. | Efficiency optimization of a variable-capacity/variable-blower-speed residential heat-pump system with ductwork | |
| KR101517050B1 (en) | vortex type conditioning system and contralling method it for electric car | |
| TWI789440B (en) | Heating, ventilation, air conditioning and refrigeration (hvac&r) system | |
| JP7002918B2 (en) | Ventilation system, air conditioning system, ventilation method and program | |
| EP2829812A2 (en) | A refrigeration device and method of operation | |
| CN216678292U (en) | System for simulating environment of high-temperature and low-temperature air in multi-temperature area of environmental chamber | |
| CN114253324B (en) | System and method for simulating environment of high-low temperature air in multiple temperature areas of environmental chamber | |
| US20190383536A1 (en) | Adjustable duct for hvac system | |
| RU2525818C2 (en) | Method of use of atmospheric heat pump in systems of air conditioning in buildings with recovery of heat energy and humidity of exhaust air and device for its implementation | |
| DK1830134T3 (en) | Device for drying air in buildings | |
| KR20160004611A (en) | Apparatus for measuring coefficient of overall heat transmission and cooling device for the apparatus | |
| CN110822614A (en) | Fresh air system and control method thereof | |
| CN221098814U (en) | Indoor unit and air conditioner | |
| CN219913230U (en) | Indoor unit and air conditioner | |
| JPH05196258A (en) | Air-conditioning facility | |
| CN103398457A (en) | Refrigeration system, and condensation heat and electrodeless heat recovery device thereof | |
| WO2008056374A2 (en) | An improved air conditioner with dehumidifier |