專利名稱：一種推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及電阻加熱發(fā)動(dòng)機(jī)、Arcjet電弧加熱發(fā)動(dòng)機(jī)、離 子發(fā)動(dòng)機(jī)、MPD推力器等電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中液體推進(jìn)劑供給時(shí)提供恒定壓力的控制裝置。
背景技術(shù)：
電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)具有比沖高、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)啟動(dòng)、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，在航天器姿軌控、 深空探測(cè)、星際航行等任務(wù)中具有廣闊應(yīng)用前景。電推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用將有效增加航天器的有 效載荷、降低發(fā)射成本、提高航天器整體技術(shù)水平。因此，通過地面試驗(yàn)對(duì)電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn) 行研究正在廣泛開展。
電推進(jìn)家族中的電阻加熱式推力器、Arcjet發(fā)動(dòng)機(jī)、離子發(fā)動(dòng)機(jī)、MPD推力器等等被廣 泛研究。上述電推進(jìn)推力裝置會(huì)選擇液體工質(zhì)作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作的推進(jìn)劑。因此液體推進(jìn)劑供 給問題在電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)地面模擬試驗(yàn)中極其重要。
推進(jìn)劑流量是用來評(píng)估推力器性能不可缺少的參數(shù)，電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn)需要測(cè)量精 確的推進(jìn)劑流量，來確定推力器的性能，因此在電推進(jìn)試驗(yàn)中，液體推進(jìn)劑必須能夠穩(wěn)定的 供給。目前大多數(shù)的電推進(jìn)試驗(yàn)中，液體推進(jìn)劑的供給方式為高壓氣體擠壓式供給。如果供 給的高壓氣體氣壓出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，那么將無法保證推進(jìn)劑的穩(wěn)定供給。
發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置。根據(jù)電推進(jìn)試驗(yàn)中液 體推進(jìn)劑流量穩(wěn)定的要求，發(fā)明了推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置。通過本推進(jìn)劑恒壓 供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，增壓氣體的氣壓能夠始終保持恒定，從而在試驗(yàn)中使液體推進(jìn)劑 穩(wěn)定連續(xù)的供給，并且增壓過程中，滿足緩慢增壓的原則，防止因壓力升高過快而使供給管 路發(fā)生崩裂。
一種推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，該裝置具體由高壓氣源裝置、增壓裝置、操 縱氣裝置、吹除裝置以及液體推進(jìn)劑供給裝置組成；
高壓氣源裝置由髙純氮?dú)鈿馄俊馄渴謩?dòng)閥門、氣瓶壓力表、以及減壓器閥組成，給液 體推進(jìn)劑加注提供平穩(wěn)的高壓氣體。高純氮?dú)鈿馄繛樘峁{壓氣源，氣瓶壓力表監(jiān)測(cè)氣瓶?jī)?nèi) 高純氮?dú)鈮簭?qiáng)，氣瓶手動(dòng)閥門控制高壓氣體來源。
貯箱增壓裝置包括ifc箱增壓閥門、緩沖罐、緩沖罐壓力表、過濾器、ie箱增壓管路閥門、 壓力傳感器閥門、壓力傳感器，通過使用高壓氣源的氣體給液體推進(jìn)劑貯箱增壓，使得液體推進(jìn)劑供給裝置中的推進(jìn)劑貯箱與推進(jìn)劑供給管路之間產(chǎn)生壓力差，把液體推進(jìn)劑從推進(jìn)劑 貯箱擠入推進(jìn)劑供給管路中。
貯箱增壓裝置中設(shè)有緩沖罐，.它使增壓氣體在進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱前在罐中膨脹穩(wěn)定，防止
氣體進(jìn)入貯箱后壓力出現(xiàn)大的波動(dòng)，從而達(dá)到推進(jìn)劑恒壓供給的目的；緩沖罐為一近似圓柱 體，直徑為200mm，高度為1.2m，厚度為2mm,容積為40L。
液體推進(jìn)劑供給裝置包括推進(jìn)劑貯箱、推進(jìn)劑液體閥門、推進(jìn)劑供給管路、推進(jìn)劑加注 管路；能夠完成液體推進(jìn)劑的供給、加注；通過推進(jìn)劑加注管路，液體推進(jìn)進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱; 通過貯箱增壓裝置增壓，推進(jìn)劑貯箱向推進(jìn)劑供給管路供給液體推進(jìn)劑。
操縱氣裝置由手動(dòng)閥門、減壓器閥、壓力表、集氣腔和電磁閥組成，用于向氣動(dòng)閥提供 操縱氣，操縱氣壓力通過減壓器閥調(diào)節(jié)，壓力表監(jiān)測(cè)操縱氣壓力數(shù)值。
吹除裝置包括吹除增壓閥門、減壓器閥、單向閥門、過濾器、吹除閥、吹除放氣閥、吹 除壓力表、集氣管、集氣管放氣管路；試驗(yàn)結(jié)束后，通過吹除裝置向推進(jìn)劑供給管路內(nèi)充入 高壓氣體，將管路吹除干凈；壓力通過減壓器閥調(diào)節(jié)，壓力值通過壓力表監(jiān)測(cè)；廢氣統(tǒng)一集 中在集氣管中排放。
在N2H4電弧加熱發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上，肼推進(jìn)劑的供給釆用氣體擠壓式。在實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)成 功采用該液體推進(jìn)劑貯箱增壓裝置對(duì)電弧加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑貯箱進(jìn)行貯箱增壓操作， 通過本裝置，供給氣壓恒定，肼推進(jìn)劑流量穩(wěn)定，整個(gè)裝置工作狀況良好，很好的達(dá)到了試 驗(yàn)的要求。


圖1為本發(fā)明推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置圖。
圖中 l.髙純氮?dú)鈿馄?5.緩沖罐壓力表
9.je箱增壓管路手動(dòng)閥門
12.推進(jìn)劑貯箱
15.推進(jìn)劑供給管路
18.操縱氣手動(dòng)閥門
21應(yīng)縱氣集氣腔
25.吹除單向閩門
29.集氣管
32.推進(jìn)劑加注管路
2.氣瓶壓力表 6.緩沖罐
13.推進(jìn)劑液體閥門A 16.Ifc箱放氣氣動(dòng)閥
19.操縱氣減壓器閥 22.吹除增壓閥門 26.吹除手動(dòng)閥門 30.集氣管放氣管路
3.貯箱增壓手動(dòng)閥門 7.過濾器A IO.壓力傳感器閥門 14.推進(jìn)劑液體閥門B 17.電磁閥
20.操縱氣壓力表 23.吹除減壓器閥 27.吹除放氣閥門 31.推進(jìn)劑加注閥門
4.減壓器閥 8.過濾器B ll.壓力傳感器
24.吹除過濾器 28.吹除壓力表
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明具體由高壓氣源裝置、增壓裝置、操縱氣裝置、吹除裝置以及液體 推進(jìn)劑供給裝置組成。
高壓氣源裝置主要包括高純氮?dú)鈿馄?、氣瓶壓力表2，用來給液體推進(jìn)劑加注提供平 穩(wěn)的高壓氣體。高純氮?dú)鈿馄縧為提供高壓氣源，氮?dú)饧兌葹?9.99%。氣瓶壓力表2監(jiān)測(cè) 氣瓶?jī)?nèi)高純氮?dú)鈮簭?qiáng)，當(dāng)髙純氮?dú)鈿馄?內(nèi)高純氮?dú)鈮簭?qiáng)小于5MPa時(shí)，應(yīng)更換高純氮?dú)鈿?瓶1。髙純氮?dú)鈿馄?自帶氣瓶手動(dòng)閥門，控制高壓氣體供給。
進(jìn)行操作前首先保證所有的閥l、]均是關(guān)閉的。工作前首先打開操縱氣手動(dòng)閥門18,供給 裝置所需的操縱氣。操縱氣壓力通過操縱氣減壓器閥19進(jìn)行調(diào)節(jié)，壓力表20監(jiān)測(cè)操縱氣壓 力。操縱氣通過管路到達(dá)操縱氣集氣腔21,電磁閥17控制開關(guān)IC箱放氣氣動(dòng)閥16所需的 操縱氣。
貯箱增壓裝置使用高壓氣源通過ie箱增壓閥門3和ie箱增壓管路手動(dòng)閥門9給液體推進(jìn)
劑ie箱12增壓，使得推進(jìn)劑貯箱12與推進(jìn)劑供給管路15之間產(chǎn)生壓力差，利用這個(gè)壓力 差把液體推進(jìn)劑從推進(jìn)劑1&箱12擠入推進(jìn)劑供給管路15中；貯箱增壓過程應(yīng)滿足緩慢增壓 原則，推進(jìn)劑貯箱12增壓的壓力可通過減壓器閥4進(jìn)行調(diào)節(jié)，使推進(jìn)劑貯箱12內(nèi)的壓力緩 慢升高；打開壓力傳感器閥門10,推進(jìn)劑貯箱12內(nèi)的壓力可通過壓力傳感器11進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 當(dāng)肥箱內(nèi)的壓力達(dá)到0.4MPa時(shí)，打開推進(jìn)劑液體閥門A13、推進(jìn)劑液體閥門B14,推進(jìn)劑 進(jìn)入推進(jìn)劑供給管路15。試驗(yàn)結(jié)束后可通過Jifc箱放氣氣動(dòng)閥16把推進(jìn)劑肥箱內(nèi)的壓強(qiáng)卸掉。 je箱增壓裝置中的緩沖罐6作用是使增壓氣體在進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱12前在緩沖罐6中膨 脹穩(wěn)定，防止推進(jìn)劑貯箱12內(nèi)壓力出現(xiàn)大的波動(dòng)，能夠達(dá)到推進(jìn)劑恒壓供給的目的。緩沖 罐6的設(shè)計(jì)充分考慮了增壓氣體的流量以及推進(jìn)劑貯箱12供給推進(jìn)劑所需的壓力。因?yàn)橐?體推進(jìn)劑流量并不是很大，^沖罐6尺寸太大沒有必要且浪費(fèi)增壓氣體，尺寸太小則增壓氣 體得不到充分的膨脹穩(wěn)定，達(dá)不到穩(wěn)定氣壓的目的。緩沖罐6內(nèi)的壓力通過緩沖罐壓力表5 進(jìn)行監(jiān)測(cè)。增壓氣體通過過濾器A7、過濾器B8進(jìn)行過濾，防止雜質(zhì)進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱12， 對(duì)推進(jìn)劑造成污染。
推進(jìn)劑貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑由推進(jìn)劑加注管路32提供，在貯箱增壓操作前應(yīng)先進(jìn)行歌箱加 注，推進(jìn)劑加注閥門31控制加注過程。加注完成后，需要對(duì)加注管路32進(jìn)行吹除。推進(jìn)劑 吹除裝置主要包括吹除增壓閥門22、吹除減壓器閥23、吹除過濾器24、吹除單向閥門25、 吹除壓力表28、吹除閥門26以及吹除放氣閥門27,用來對(duì)推進(jìn)劑加注管路32進(jìn)行吹除清 洗，防止液體推進(jìn)劑殘留在推進(jìn)劑加注管路32中。打開吹除增壓閥門22以及吹除手動(dòng)閥門 26,高純氮?dú)膺M(jìn)入加注管路32，進(jìn)行吹除，吹除氣體的壓力通過吹除減壓器閥23進(jìn)行調(diào)節(jié)， 吹除壓力表28監(jiān)測(cè)壓力值。吹除過濾器24保證吹除氣體的清潔度。吹除單向閥門25保證 單向?qū)ㄐ裕乐构苈分械囊后w推進(jìn)劑反向流入吹除管路中。裝置中的各種廢氣將統(tǒng)計(jì)收起在集氣管29中，并通過集氣管放氣管路30統(tǒng)一排放到外 部中和塔中，防止污染環(huán)境。
裝置中各部分的連接使用的是。6x2mm的不銹鋼管，裝置中減壓器閥進(jìn)口壓力為3~ 23MPa，出口壓力為0.2 2MPa，流量為0.033kg/s 0.1 lkg/s。手動(dòng)截止閥閥門接口 標(biāo)準(zhǔn)為DN4、 37°接頭并與相應(yīng)管路上球頭連接，氣體管路中的過濾器公稱壓力為PN《 23MPa;公稱通徑為DN8;過濾精度為25ju m;工作介質(zhì)為非腐蝕性氣體；閥體材料為 2Crl3。
權(quán)利要求
1、一種推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于該裝置包括高壓氣源裝置、貯箱增壓裝置、操縱氣裝置、吹除裝置以及液體推進(jìn)劑供給裝置；所述高壓氣源裝置由高純氮?dú)鈿馄俊馄渴謩?dòng)閥門、氣瓶壓力表、以及減壓器閥組成，給液體推進(jìn)劑加注提供平穩(wěn)的高壓氣體，高純氮?dú)鈿馄刻峁└邏簹庠?，氣瓶壓力表監(jiān)測(cè)氣瓶?jī)?nèi)高純氮?dú)鈮簭?qiáng)，氣瓶手動(dòng)閥門控制高壓氣體來源；所述貯箱增壓裝置包括貯箱增壓閥門、緩沖罐、緩沖罐壓力表、過濾器、貯箱增壓管路閥門、壓力傳感器閥門、壓力傳感器；打開貯箱增壓閥門及貯箱增壓管路閥門，高純氮?dú)馔ㄟ^管路中的緩沖罐、過濾器，對(duì)液體推進(jìn)劑貯箱增壓，使得液體推進(jìn)劑供給裝置中的推進(jìn)劑貯箱與推進(jìn)劑供給管路之間產(chǎn)生壓力差，把液體推進(jìn)劑從推進(jìn)劑貯箱擠入推進(jìn)劑供給管路中，貯箱內(nèi)的壓力通過壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；所述液體推進(jìn)劑供給裝置包括推進(jìn)劑貯箱、推進(jìn)劑液體閥門、推進(jìn)劑供給管路、推進(jìn)劑加注管路；能夠完成液體推進(jìn)劑的供給、加注；通過推進(jìn)劑加注管路，液體推進(jìn)進(jìn)入推進(jìn)劑貯箱；通過貯箱增壓裝置增壓，推進(jìn)劑貯箱向推進(jìn)劑供給管路供給液體推進(jìn)劑；所述操縱氣裝置由手動(dòng)閥門、減壓器閥、壓力表和集氣腔組成，用于向氣動(dòng)閥供氣操縱氣壓力通過減壓器閥調(diào)節(jié)，壓力表監(jiān)測(cè)壓力數(shù)值；所述吹除裝置包括吹除增壓閥門、減壓器閥、單向閥門、過濾器、吹除閥、吹除放氣閥、吹除壓力表、集氣管、集氣管放氣管路；試驗(yàn)結(jié)束后，通過吹除裝置向推進(jìn)劑供給管路內(nèi)充入高壓氣體，將管路吹除干凈；壓力通過減壓器閥調(diào)節(jié)，壓力值通過壓力表監(jiān)測(cè)；廢氣統(tǒng)一集中在集氣管中排放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于高純氮?dú)鈿馄?氮?dú)饧兌葹?9.99%，高純氮?dú)鈮簭?qiáng)大于5MPa。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，其特征在于氣體管路中的 過濾器過濾精度為25jli m。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，具體包括高壓氣源裝置、增壓裝置、操縱氣裝置、吹除裝置以及液體推進(jìn)劑供給裝置組成。高壓氣源裝置提供高壓氣源。增壓裝置向推進(jìn)劑貯箱增壓，擠壓推進(jìn)劑進(jìn)入供給管路，增壓緩沖罐能夠使增壓氣體的壓力穩(wěn)定。吹除裝置負(fù)責(zé)加注管路推進(jìn)劑的清理。操縱氣裝置向系統(tǒng)提供操縱氣。通過本推進(jìn)劑恒壓供給的壓力穩(wěn)定控制裝置，增壓氣體的氣壓能夠始終保持恒定，從而在試驗(yàn)中使液體推進(jìn)劑穩(wěn)定連續(xù)的供給，并且增壓過程中，滿足緩慢增壓的原則，防止因壓力升高過快而使供給管路發(fā)生崩裂。
文檔編號(hào)F02K9/00GK101539069SQ200910083029
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者張莘艾, 湯海濱, 王安良, 訾振鵬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)