Способ заправки бака криогенной жидкостью

 

Изобретение относится к топливным системам летательных аппаратов, работающих на сжиженном газе. Сущность изобретения: повышение чистоты заправляемого криогенного топлива и уменьшение накопления отвержденных газовых вредных примесей в баках достигается путем охлаждения криогенного топлива в заправочной емкости до температуры ниже, чем минимальная температура криогенного топлива в заправляемом баке в процессе эксплуатации, но не ниже температуры кристаллизации без примесей и перекачки в заправляемый бак через фильтр с тонкостью фильтрации 5-40 мкм с повышением температуры топлива по линии заправки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к летательным аппаратам на криогенных топливах, и может быть использовано в различных областях промышленности.

Известен способ заправки бака криогенной жидкостью, при котором подают криогенную жидкость из заправочной емкости в заправляемый бак через фильтр, при этом перед фильтрацией жидкость охлаждают до температуры кристаллизации растворенных в ней примесей (Филин Н.В. и Буланов А.В. Жидкостные криогенные системы. Л. Машиностроение, 1885, с. 229-231).

Недостатком данного способа является то, что после кристаллизации примесей, их отстоя в баке и отфильтровывания значительная часть примесей может оставаться в растворенном виде и поступать в заправляемый бак вместе с криогенной жидкостью, кроме того при грубой фильтрации значительная часть кристаллов с преимущественным размером менее 15 мкм также не задерживается фильтром. В случае, если в процессе эксплуатации давление в баках понижается до уровня, при котором температура криогенной жидкости оказывается ниже, чем температура заправляемой жидкости, растворенные примеси могут выпадать из криогенной жидкости в заправляемом баке в виде кристаллов и вместе с проходящими через фильтр кристаллами накапливаться в баке от заправки к заправке, что потребует периодических отогревов бака для удаления накопившихся примесей. Периодические отогревы и продувки баков для очистки от накопившихся примесей требуют затрат времени, энергии и нежелательны в эксплуатации.

В случае жидкого водорода это могут быть, например, кристаллы кислорода и азота, что крайне нежелательно, так как накопление этих примесей может привести к отказам агрегатов или их забивке кристаллами, а также к взрыву смеси жидкого водорода с кристаллами кислорода. Для исключения этого предусматриваются технологические отогревы, что ведет к усложнению эксплуатации.

Решение технической задачи достигается тем, что процесс охлаждения криогенной жидкости в заправочной емкости осуществляют до температуры ниже, чем минимальная температура криогенной жидкости в заправляемом баке в процессе эксплуатации, но не ниже температуры кристаллизации криогенной жидкости без примесей, при этом подачу криогенной жидкости в заправляемый бак осуществляют через фильтр с тонкостью фильтрации 5-40 мкм с повышением температуры криогенной жидкости по линии заправки.

На фиг. 1 изображена схема устройства, в котором реализован способ заправки летательного аппарата криогенным топливом путем повышения давления в заправочной емкости.

Способ заправки летательного аппарата криогенным топливом осуществляется следующим образом.

Топливо в заправляемый бак 1 подают по заправочному трубопроводу 2 с перекрывным клапаном 3, отсекающим заправляемый бак от стыковочного узла 4, через фильтр 5, клапан 6 из заправочной емкости 7, которая может быть оборудована теплообменником 8.

Соблюдается следующий порядок операций. В заправочной емкости 7 производят понижение температуры топлива до Т_{кр.т.зап} (температура криогенного топлива в заправщике), при этом уровень температуры должен быть ниже, чем минимальная температура основной массы топлива в заправляемом баке одного летательного аппарата Т_кр.и.б (температура криогенного топлива в заправляемом баке), но выше температуры кристаллизации чистого топлива Т_{крист.чист.т} для исключения его замерзания в заправочной емкости.

Охлаждение топлива в заправочной емкости 7 может осуществляться, например, с помощью прокачки хладагента по теплообменнику 8 или временным понижением давления в баке с выкипанием части топлива.

При этом вследствие уменьшения растворимости газов в криогенном топливе, например, кислорода и азота в водороде, происходит выделение их из раствора в виде кристаллов, которые постепенно оседают на дно бака 7.

Далее производят заправку бака 1 при открытых отсечных клапанах 5 и 6 на трубопроводах заправки 2 бака и заправщика через фильтр 5 с тонкостью фильтрации 5-40 мкм и стыковочный узел 4.

Перекачка топлива может производиться увеличением давления в заправочной емкости 7 непосредственно перед заправкой.

На фиг. 2 изображена схема устройства, в которой реализован способ заправки летательного аппарата с помощью насоса 9. При этом отсутствует подогрев топлива в емкости 7 в процессе заправки и не происходит частичного обратного растворения кристаллов примесей.

В связи с тем, что в заправочном трубопроводе 2 за счет естественного теплопритока криогенной жидкости и поддержания температуры в баке 1 Т_кр.т.б на более высоком уровне, температура заправляемого криогенного топлива повышается, а выпадение осадков в виде отвержденных газов в баке исключается.

Использование предлагаемого способа заправки летательного аппарата криогенным топливом позволяет обеспечить существенное уменьшение содержания газовых примесей в топливе, поступающем в заправляемую емкость, исключает выпадение и накопление отвержденных газов в баках летательных аппаратов и практически исключает необходимость их периодических отогревов.

Формула изобретения

1. Способ заправки бака криогенной жидкостью, заключающийся в охлаждении жидкости в заправщике до температуры, вызывающей выделение кристаллов газовых примесей, имеющих более высокую температуру перехода в твердое агрегатное состояние, чем заправляемая жидкость, и последующей подаче жидкости через трубопроводы и фильтр, задерживающий примеси размером более 40 мкм, в заправляемый бак, отличающийся тем, что жидкость подают в бак с помощью насоса или путем повышения давления в заправщике непосредственно после ее охлаждения, а в процессе движения жидкости по трубопроводам повышают температуру до величины, которая выше температуры кристаллизации отвержденных газов примеси, но ниже минимальной температуры жидкости в баке в процессе эксплуатации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс подачи жидкости осуществляют через фильтр с тонкостью фильтрации 5 40 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру жидкости в процессе движения по трубопроводам повышают за счет естественного теплопритока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2