一种基于压差控制的过冷器热氮吹除置换装置的制作方法

1.本实用新型属于低温过冷领域，具体涉及一种基于压差控制的过冷器热氮吹除置换装置。


背景技术：

2.随着我国航天事业的发展，对运载火箭推力的需求也变得越来越高。液氢、液氧低温推进剂由于具有无毒、无污染、高性能、低成本和大推力等优势，成为应用于大型运载火箭最广泛的一组推进剂，其比冲比常温推进剂高30％～40％。低温推进剂在复杂的加注系统及长距离输送情况下，会产生间歇泉、水锤、两相流、波状流、推进剂闪蒸等不稳定现象，为保证氢氧火箭涡轮泵工作的净正吸入压头，使泵不发生气蚀，同时增加低温推进剂加注量和冷量，提高运载火箭有效载荷和拓宽深空探测范围，需对推进剂进行过冷降低加注到贮罐内的燃料温度。实际加注发射过程中通常使用液氮来过冷液氧，而液氧过冷在过冷器中进行。
3.目前过冷器主要包括液氮壳程、换热器、加注管路等，过冷器结构见图1。液氮壳程加注液氮，液氧进入换热器与液氮进行换热降温后变为过冷氧进行加注。加注结束后，为防止管路内低温介质升温气化压力升高而造成管路憋压，一般使用高压氮气进行管路吹除，吹除气直接对空排放。吹除过程加注管路与大气环境沟通，环境中的水蒸气可能进入管路中聚集。
4.这些水蒸气在低温环境中结冰，堵塞过滤器、阀门等设备，导致设备设施损坏，管路憋压爆管，或加注量不足，影响发射任务，如果水分随推进剂进入火箭系统，结冰产生的冰渣也可能对火箭发动机造成损害，导致发射任务失利。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种基于压差控制的过冷器热氮吹除置换装置，以降低管路中水蒸气的含量，减少水蒸汽对推进剂纯度的影响。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于压差控制的过冷器热氮吹除置换装置，在过冷器的液氧入口管路和液氮入口管路之间设置连接管，连接管两端设气动截止阀n01、y01，气动截止阀n01位于液氧入口一侧，气动截止阀y01位于液氮入口一侧；连接管中部通过高压加热气源出口管路连接卧式加热水箱，高压气源通过与卧式加热水箱中的热水换热获取热量，变为高压加热气源，通过高压加热气源出口管路进入过冷器中进行吹除置换；在液氮入口管路、液氧入口管路以及热氮出口管路上设置温度、压力传感器，监测管路内温度、压力变化，防止管路超压损伤设备；在液氧和液氮入口管路之间设置压差传感器，实时监测两管路之间的压差变化，用压差传感器参数控制n01截止阀开闭。
9.进一步地，高压加热气源为高压氮气加热气源。
10.进一步地，加热水箱包括加热管路和加热器，加热管路连接高压加热气源出口管路和高压气源入口管路，加热器用于加热加热水箱中的水。
11.进一步地，高压气源入口管路上设置气动截止阀n06。
12.进一步地，加热水箱还设置浮球液位计、补水阀和溢流阀，液位计与补水阀联动，液位低于需求的下限水位时开启补水阀，达到需求的上限水位时自动关闭，液位超过有效容积时，从溢流阀排水。
13.进一步地，加热水箱还设置底部泄水阀，设备长时间不用时，通过底部泄水阀将水箱中的水和残渣排尽。
14.进一步地，加热器的加热控制采用滑阻变功率方式调节。
15.进一步地，加热器与位于热氮出口管路上的温度传感器联动，温度传感器参控值可调，设置参控数值之后，通过滑动调节加热器底部电阻值，控制加热量，高压氮气温度超过参控值时，通过调节电阻接入量降低加热器功率，低于参控值增大加热器功率。
16.进一步地，在过冷器使用过程中关闭n01、y01截止阀，防止液氧和液氮管路相互影响；当过冷器需要进行热氮吹除时，开启n01、y01将过冷器热氮吹除置换装置接入液氮、液氧入口管路。
17.进一步地，在液氮和液氧入口管路之间设置压差传感器，压差传感器连接n01截止阀并控制n01截止阀开闭；当液氧入口管路中的压力低于液氮入口管路时，关闭液氮入口管路入口阀n01，待液氧入口管路中压力升高后再开启液氮n01阀。
18.(三)有益效果
19.本实用新型提出一种基于压差控制的过冷器热氮吹除置换装置，该过冷器热氮吹除装置，在加注前对过冷器内部及其附属管路进行热氮气吹除，利用热氮气高温加热管路内水分使其变为水蒸气后，被热氮气带走。本发明能降低管路中水蒸气的含量，减少水蒸汽对推进剂纯度的影响，提高推进剂加注过程的可靠性，同时节省氮气吹除时间，提高吹除效率。
附图说明
20.图1为现有的过冷器示意图；
21.图2为本实用新型的过冷器热氮吹除置换装置原理图。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
23.为降低管路中水蒸气的含量，减少水蒸汽对推进剂纯度的影响，提高推进剂加注过程的可靠性，同时节省氮气吹除时间，提高吹除效率，设计过冷器热氮吹除装置，在加注前对过冷器内部及其附属管路进行热氮气吹除，利用热氮气高温加热管路内水分使其变为水蒸气后，被热氮气带走。
24.过冷器热氮吹除置换装置用于过冷器使用结束后，此时管路和过冷器内由于接触低温介质温度过低，易产生负压积聚环境中的水蒸气，造成过冷器及管路污染。
25.过冷器热氮吹除置换装置为图2虚线框内所示的内容，以现有过冷器为基础，在过
冷器的液氧入口管路和液氮入口管路之间设置连接管，连接管两端设气动截止阀n01、y01，气动截止阀n01位于液氧入口一侧，气动截止阀y01位于液氮入口一侧；连接管中部通过高压加热气源出口管路连接卧式加热水箱，高压气源通过与卧式加热水箱中的热水换热获取热量，变为高压加热气源，通过高压加热气源出口管路进入过冷器中进行吹除置换；在液氮入口管路、液氧入口管路以及热氮出口管路上设置温度、压力传感器，监测管路内温度、压力变化，防止管路超压损伤设备；在液氧和液氮入口管路之间设置压差传感器，实时监测两管路之间的压差变化，用压差传感器参数控制n01截止阀开闭。
26.进一步地，高压加热气源为高压氮气加热气源。
27.进一步地，加热水箱包括加热管路和加热器，加热管路连接高压加热气源出口管路和高压气源入口管路，加热器用于加热加热水箱中的水。
28.进一步地，高压气源入口管路上设置气动截止阀n06。
29.进一步地，加热水箱还设置浮球液位计、补水阀和溢流阀，液位计与补水阀联动，液位低于需求的下限水位时开启补水阀，达到需求的上限水位时自动关闭，液位超过有效容积时，从溢流阀排水。
30.进一步地，加热水箱还设置底部泄水阀，设备长时间不用时，通过底部泄水阀将水箱中的水和残渣排尽。
31.进一步地，加热器的加热控制采用滑阻变功率方式调节。
32.进一步地，加热器与位于热氮出口管路上的温度传感器联动，温度传感器参控值可调，设置参控数值之后，通过滑动调节加热器底部电阻值，控制加热量，高压氮气温度超过参控值时，通过调节电阻接入量降低加热器功率，低于参控值增大加热器功率。
33.进一步地，在过冷器使用过程中关闭n01、y01截止阀，防止液氧和液氮管路相互影响。当过冷器需要进行热氮吹除时，开启n01、y01将过冷器热氮吹除置换装置接入液氮、液氧入口管路。
34.进一步地，液氧入口管路、液氮入口管路同时进行热氮吹除时，由于液氮入口管路与环境大气直接相通，为防止氮气吹除过程中液氮入口管路中的气体窜入液氧入口管路影响推进剂加注质量，在液氮和液氧入口管路之间设置压差传感器，压差传感器连接n01截止阀并控制n01截止阀开闭。当液氧入口管路中的压力低于液氮入口管路时，关闭液氮入口管路入口阀n01，待液氧入口管路中压力升高后再开启液氮n01阀。
35.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。