Устройство для заправки жидким теплоносителем

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к устройствам заправки жидким теплоносителем систем терморегулирования спутников. В устройстве в линию наддува емкости теплоносителя дополнительно введен капиллярный испаритель. Последний установлен вблизи уровня расположения нижней части емкости и содержит паровую и жидкостную полости. Эти полости сообщены соответственно с паровой подушкой и нижней частью емкости и разделены капиллярной перегородкой. К поверхности капиллярной перегородки со стороны паровой полости прикреплен электронагреватель. Изобретение позволяет повысить качество заправки систем терморегулирования спутников деаэрированным теплоносителем, обеспечив требуемый ресурс систем. 2 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к устройствам для заправки жидким теплоносителем жидкостных трактов систем терморегулирования (СТР) спутников, и создано авторами в порядке выполнения служебного задания.

В настоящее время жидкостные тракты СТР связных спутников (например, типа "Молния", заправляется жидким деаэрированным теплоноситем с помощью устройств для заправки, подобных описанным в книге: В.Ф.Бугаенко. Пневмоавтоматика ракетно-космических систем. М.,"Машиностроение", 1979 г.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является стенд для заправки и слива компонентов ракетных топлив, описание которого приведено на стр. 118 - 119 вышеупомянутой книги.

Известное устройство, выполненное применительно для заправки жидким теплоносителем трактов СТР спутника, содержит (см. фиг. 2): емкость 1, заполненную частично теплоносителем 2 и имеющую паровую подушку 3; в составе емкости для измерения температуры теплоносителя имеется датчик температуры 1.1, а для измерения давления в паровой подушке - мановакуумметр 1.2, соединенные с емкостью линии; линия вакуумирования 4, включающая в себя отсечные вентили 4.1 и 4.2, вакуумный насос 4.3; линия наддува 5, включающая в себя отсечной вентиль 5.1 и источник сжатого газа 5.2; линия подачи 6 (теплоносителя в жидкостный тракт СТР 10), включающая в себя отсечной вентиль 6.1; в составе емкости также имеются отсечные вентили 7 (предназначен для обеспечения дренажа газов из емкости) и 8 (предназначен для обеспечения заполнения емкости теплоносителем).

Как показал анализ обеспечения работоспособности СТР в условиях орбитального функционирования в течение длительного времени (например, 10 лет), проведенный авторами, известное устройство обладает существенными недостатками, а именно: оно обеспечивает недостаточно высокое качество заправки жидкостных трактов СТР деаэрированным теплоносителем, что обусловлено следующими его недостатками - после деаэрации теплоносителя в емкости (удаления растворенного воздуха из теплоносителя путем вакуумирования паровой подушки) его подают (заправляют) в жидкостный тракт СТР, создавая и поддерживая в паровой подушке достаточно длительное время (например, 2 - 3 ч для обеспечения полноты заполнения жидкостных трактов СТР) повышенное давление воздуха; а это означает, что в результате контакта воздуха с теплоносителем (до этого деаэрированным) в нем будет растворяться воздух и жидкостные тракты СТР в действительности будут заправлены недодеаэрированным теплоносителем, а это для спутников с длительным сроком эксплуатации недопустимо, т.к. в условиях орбитального функционирования в результате постепенного растворения в теплоносителе газов, выделяющихся из него в результате радиолиза под воздействием радиации, в случае недодеаэрированности теплоносителя раньше допустимого срока эксплуатации в жидкостном тракте (в теплоносителе) образуются свободные парогазовые пузыри и они приводят к кавитации насоса СТР и расход теплоносителя в жидкостном тракте будет ниже требуемого (вплоть до ноля), что приведет к выходу из строя СТР и спутника раньше допустимого времени.

Таким образом, существенными недостатками известного устройства является то, что оно обеспечивает недостаточно высокое качество заправки жидкостных трактов СТР деаэрированным теплоносителем и из-за этого не обеспечивается требуемый ресурс работы СТР (спутника).

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что предложенное устройство для заправки жидким теплоносителем выполнено таким образом, что в линию наддува дополнительно введен капиллярный испаритель, установленный вблизи уровня расположения нижней части емкости, содержащий разделенные капиллярной перегородкой паровую полость, сообщенную с паровой подушкой, и жидкостную полость, соединенную с нижней частью емкости, причем к поверхности капиллярной перегородки со стороны паровой полости прикреплен электронагреватель, что и являются, по мнение авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом устройстве.

Принципиальная схема предлагаемого устройства для заправки жидким теплоносителем изображена на фиг. 1.

Предлагаемое устройство (см. фиг. 1) содержит: емкость 1, заполненную частично теплоносителем 2 и имеющую паровую подушку 3; в составе емкости для измерения температуры теплоносителя имеется датчик температуры 1.1, а для измерения давления в паровой подушке - мановакуумметр 1,2; соединенные с емкостью линии: линия вакуумирования 4, включающая в себя отсечные вентили 4.1 и 4.2, вакуумный насос 4.3; линия наддува 5, включающая в себя отсечной вентиль 5.1, источник сжатого газа 5.2 (сжатый газ используется при продувке емкости перед его заполнением теплоносителем) и вновь введенный в состав устройства капиллярный испаритель 9, установленный вблизи уровня расположения нижней части емкости 1, представляющий из себя герметичный сосуд, содержащий разделенные капиллярной перегородкой 9.1 паровую полость 9.2, сообщенную с паровой подушкой, и жидкостную полость 9.3, сообщенную с нижней частью емкости, причем к поверхности капиллярной перегородки со стороны паровой полости прикреплен электронагреватель 9.4; линия подачи 6 (теплоносителя в жидкостный тракт СТР 10), включающая в себя отсечной вентиль 6.1; в составе емкости также имеются отсечные вентили 7 (предназначен для обеспечения дренажа газов из емкости) и 8 (предназначен для обеспечения заполнения емкости теплоносителем).

Работа предложенного устройства для заправки жидким теплоносителем происходит следующим образом (см. фиг. 1).

Линию подачи (6) устройства подключают к жидкостному тракту СТР (10). Все вентили закрывают. После этого, открыв вентиль (8), емкость (1) частично заполняет теплоносителем (2) - в верхней части образуется паровая подушка (3). Деаэрируют теплоноситель, для чего включают в работу вакуумный насос (4.3) и, периодически открывая вентиль (4.1), поддерживают в паровой подушке над зеркалом теплоносителя давление (1.2), равное упругости паров теплоносителя при данной температуре, измеренной датчиком (1.1) - такую операцию продолжают до тех пор, пока при закрытом вентиле (4.1) давление в паровой подушке стабильно (например, в течение 30 мин) не будет превышать упругости паров теплоносителя, означавшее, что растворенный воздух из теплоносителя полностью удален (в том числе из теплоносителя, находящегося в жидкостной полости капиллярного испарителя). После этого подают электропитание на шины электронагревателя (9.4). Это приводит к повышению температуры теплоносителя и к интенсивному испарению его с поверхности капиллярной перегородки, обращенной к паровой полости; одновременно с этим в результате действия поверхностных сил в капиллярах происходит подача теплоносителя по ним из жидкостной полости к поверхности испарения - при этом в результате установки капиллярного испарителя вблизи уровня расположения нижней части емкости обеспечивается постоянное смачивание теплоносителем поверхности перегородки со стороны жидкостной полости и, следовательно, обеспечивается подача теплоносителя к поверхности испарения и парообразование для наддува при заправке теплоносителем. Ввиду того, что испарившиеся пары имеют высокую температуру (например,100^oC), они обладают и высокой упругостью, т.е. высоким давлением. Через определенное время (например, через 30 мин) такое же повышенное давление (например, 200 кПа) паров теплоносителя установится и в паровой подушке и открывают вентиль (6) и начинают заполнять жидкостные тракты СТР деаэрированным теплоносителем и выдерживают заправленный в жидкостные тракты СТР деаэрированный теплоноситель под вышеуказанным повышенным давлением паров теплоносителя в течение требуемого времени, после чего закрывают вентиль (6.1) (жидкостные тракты СТР заправлены деаэрированным теплоносителем), прекращают подачу электропитания на шины электронагревателя.

Как следует из вышеописанного, при этом жидкостные тракты СТР гарантированно заправляются деаэрированным теплоносителем, т.к. деаэрированный теплоноситель, находящийся в емкости (1), в процессе заправки не имел контакта с воздухом, а имел контакт только с собственными парами, и качество его деаэрации при заправке жидкостных трактов СТР с помощью предложенного устройства не ухудшилось.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, в результате выполнения устройства заправки жидким теплоносителем согласно предложенному авторами техническому решению гарантируется высококачественная заправка жидкостных трактов СТР деаэрированным теплоносителем и связанная с ней безотказная работа СТР в целом в течение требуемого ресурса, т.е. тем самым достигаются цели изобретения.

Предложенное авторами техническое решение отражено в технической документации НПО прикладной механики, по которой будет изготавливаться устройство для заправки жидким теплоносителем жидкостных трактов СТР связного спутника.

Формула изобретения

Устройство для заправки жидким теплоносителем, содержащее емкость с теплоносителем и средствами измерения температуры теплоносителя и давления в паровой подушке, сообщенную с линиями: вакуумирования с вакуумным насосом, наддува с источником сжатого газа и подачи теплоносителя, включающими в себя отсечные вентили, отличающееся тем, что в линию наддува дополнительно введен капиллярный испаритель, установленный вблизи уровня расположения нижней части емкости, содержащий разделенные капиллярной перегородкой паровую полость, сообщенную с паровой подушкой, и жидкостную полость, соединенную с нижней частью емкости, причем к поверхности капиллярной перегородки со стороны паровой полости прикреплен электронагреватель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2