Устройство для заправки двигательных установок космического аппарата ксеноном

Изобретение относится к средствам заправки двигательных установок космических аппаратов газами большой плотности. Предлагаемое устройство содержит заправочный и термостатируемый заправляемый баки, заправочную магистраль с системой обратных клапанов, аккумулятор давления, теплообменник с холодильным агрегатом. Предусмотрены также дроссели, электропневмоклапан, сигнализаторы давления и другие необходимые элементы. При этом устройство снабжено магистралью вакуумирования с установленным в ней регистратором давления. Эта магистраль смонтирована параллельно заправочной магистрали и подключена к последней в ряде мест через систему вентилей. Она также связана через вентили с вакуумным насосом и источником избыточного давления газа. Предусмотрены также пробоотборный бак, подключенный через вентиль к заправочной магистрали и термостатируемый контейнер заправочного бака с нагревателем и регистратором температуры. Термостатируемый контейнер заправляемого бака связан с источником давления магистралью с установленным в ней нагревателем. Технический результат изобретения состоит в повышении качества заправки двигательной установки за счет повышения степени вакуумирования магистрали заправки, заправляемых баков, а также контроля качества заправляемого ксенона. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам заправки газами большой плотности, преимущественно емкостей двигательных установок космических аппаратов.

Известно устройство по патенту RU 2274587 С2, 20.04.2006, которое выбрано в качестве прототипа и содержит заправочный бак, соединенный заправочной магистралью с заправляемым баком, в которой установлены: два однонаправленных обратных клапана прямого действия и два параллельно им установленных однонаправленных обратных клапана противоположного действия, между которыми расположен аккумулятор давления, выполненный в виде емкости, состоящей из двух полостей, разделенных между собой мембраной, одна из полостей связана с источником давления, а другая связана с магистралями между обратными клапанами каждой пары, которые переключаются вентилями, установленными в этих магистралях; теплообменник, снабженный холодильным агрегатом, установленный между двумя парами однонаправленных обратных клапанов прямого и противоположного действия и парой обратных клапанов, установленных параллельно друг другу; дроссель, установленный между заправочным баком и аккумулятором давления; весы с установленным на них термостатируемым контейнером, который связан через дроссель с источником давления; электропневмоклапан, связанный с сигнализатором давления и сигнализатором спада давления и установленный в магистраль, соединяющую полость аккумулятора давления с источником давления.

Известное устройство имеет недостатки:

- не обеспечивается качественное вакуумирование полостей за обратными клапанами, т.к. при достижении давления за обратными клапанами, равного усилию их закрытия, дальнейшее вакуумирование полостей, находящихся за обратными клапанами, невозможно;

- отсутствуют средства для отбора пробы ксенона на выходе из заправочной магистрали (на входе в заправляемый бак) для контроля заправляемого ксенона на соответствие требуемому качеству;

- отсутствуют средства для изменения давления ксенона в баках, с целью сокращения времени заправки (слива), а также более полного извлечения ксенона из баков;

- отсутствуют средства для исключения выпадения росы на заправляемом баке после прекращения его захолаживания дросселируемым воздухом;

- отсутствуют средства контроля температуры заправочного и заправляемого баков в процессе выполнения работ.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено: термостатируемым контейнером заправочного бака с нагревателем и регистратором температуры, который связан через дроссель с источником давления; регистратором температуры, смонтированным в термостатируемом контейнере заправляемого бака, который связан с источником давления магистралью с установленным в ней нагревателем; пробоотборным баком, подключенным через вентиль к заправочной магистрали между вентилем, подключающим заправочную магистраль к штуцеру горловины заправляемого бака, и вентилем, отключающим два параллельно установленных друг другу обратных клапана от упомянутого вентиля; магистралью вакуумирования с регистратором давления, смонтированной параллельно заправочной и подключенной через вентили к вакуумному насосу, к источнику избыточного давления газа, а к заправочной магистрали: между штуцером подключения заправочной магистрали к вентилю заправочного бака, и вентилем, отключающим дроссель от упомянутого штуцера; между вентилем, подключающим заправочную магистраль к штуцеру горловины заправляемого бака, и вентилем, отключающим пару параллельно установленных друг другу обратных клапана от упомянутого вентиля; между двумя последовательно установленными однонаправленными клапанами прямого действия; между двумя попарно установленными параллельно друг другу обратными клапанами и парой параллельно установленных друг другу обратных клапанов.

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема предлагаемого устройства, для удобства показанного состыкованным с заправочным, заправляемым и пробоотборным баками.

Данная схема включает в себя следующие элементы:

1 - заправляемый бак;

2 - заправочная магистраль;

3 - вакуумный насос;

4, 5, 6, 7, 8, 10, 43, 46, 47, 48, 51, 52, 53 - перекрывные вентили;

9 - вентиль заправочного бака;

11, 12, 13, 44 - регистраторы давления;

14, 30, 39 - дроссели;

15 - электропневмоклапан;

16, 26 - полости аккумулятора давления;

17 - аккумулятор давления;

18 - заправочный бак;

19, 20, 21 - обратные однонаправленные клапаны прямого действия;

32, 33, 34 - обратные однонаправленные клапаны противоположного действия;

22 - вентиль открытия и закрытия заправочной горловины заправляемого бака 1;

23 - теплообменник;

24 - холодильный агрегат;

25, 35 - фильтры;

27 - разделительная мембрана аккумулятора давления;

28 - весовое устройство;

29 - сигнализатор высокого давления;

31 - термостатируемый контейнер заправляемого бака;

36 - сигнализатор спада давления;

37, 54 - нагревательные элементы;

38, 41 - регистраторы температуры заправляемого и заправочного баков;

40, 55, 56, 57 - магистрали подачи воздуха;

42 - термостатируемый контейнер заправочного бака;

45 - магистраль вакуумирования;

49 - пробоотборный бак;

50 - вентиль пробоотборного бака.

Работа с устройством по заправке бака 1 ксеноном из бака 18 выполняется в следующей последовательности:

1. Стыкуют к устройству заправляемый бак 1 (заправочная горловина заправляемого бака 1 закрыта), заправочный бак 18 (вентиль 9 закрыт) и пробоотборный бак 49 (вентиль 50 закрыт).

2. Закрывают вентили 8, 10. Открывают вентили 4, 5, 6, 7, 43, 46, 47, 48, 51, 52, 53. От источника избыточного давления газа в магистрали устройства подают газ (например, азот ОСЧ по ГОСТ 9293-74) требуемым давлением, после чего закрывают вентиль 51 и проверяют герметичность собранной схемы заправки методом «спада давления» (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13, 44). Открывают вентиль 10, снижают давление в устройстве до атмосферного (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13, 44). Закрывают вентиль 10.

3. Открывают вентиль 8. Вакуумируют вакуумным насосом 3 магистрали устройства до требуемого остаточного давления (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13, 44). Закрывают вентиль 8 и проверяют герметичность собранной схемы заправки методом «натекания» (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13, 44).

4. Открывают вентили 8, 50 и заправочную горловину бака 1 вентилем 22. Вакуумируют вакуумным насосом 3 магистрали устройства, заправляемый 1 и пробоотборный 49 баки до требуемого остаточного давления (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13, 44). Закрывают заправочную горловину бака 1 вентилем 22, закрывают вентили 43, 47, 52, 53.

5. Подают от источника избыточного давления по магистрали 57 и дросселю 14 воздух в термостатируемый контейнер 31 для охлаждения заправляемого бака 1 (контроль по регистратору температуры 38).

6. Подают команду электропневмоклапану 15 для сообщения полости 16 аккумулятора давления 17 с дренажом (атмосферой). Закрывают вентили 6, 7. Закрывают горловину заправочного бака 1 вентилем 22. Открывают вентиль 9. Ксенон из заправочного бака 18 через вентили 9, 14, дроссель 30, обратный клапан 19, вентиль 5, обратный клапан 20, теплообменник 23 (в котором газообразный ксенон переходит в жидкую фазу), фильтр 25, обратный клапан 21, вентили 46, 22 перетекает в пробоотборный бак 49 за счет разницы давлений в заправочном баке 18 и пробоотборном баке 49 (контроль по регистраторам давления 11, 12, 13). Часть ксенона заполняет полость 26 аккумулятора давления 17, перемещая герметичную мембрану 27 в «нижнее» положение за счет разницы давлений в полостях 26 и 16 аккумулятора давления 17. Закрывают вентиль 48, 50.

7. Состыковывают пробоотборный бак 49 от устройства и передают его для проведения анализа ксенона.

8. Открывают вентилем 22 заправочную горловину бака 1 и контролируют по весам 28 количество и приращение массы заправляемого ксенона.

9. При снижении приращения массы заправляемого ксенона в заправляемом баке 1 до заданной величины, нагревают электронагревателем 37 (например, электроодеялом) заправочный бак 18, с целью повышения давления ксенона в нем (контроль по регистратору температуры 41).

10. При выравнивании давлений в заправочном 18 и заправляемом 1 баках и прекращении прироста массы ксенона (контроль по весам 28), подают команду электропневмоклапану 15 на закрытие дренажа и подачи воздуха от источника избыточного давления по магистрали 55 в полость 16 аккумулятора давления 17. При достижении в полости 16 давления, обеспечивающего выдачу ксенона из полости 26 аккумулятора давления 17 через вентиль 5 и обратный клапан 20 в заправляемый бак 1, герметичная мембрана перемещается в «верхнее» положение, сигнализатор высокого давления 29 дает команду электропневмоклапану 15 на закрытие магистрали 55 и открытие дренажа воздуха из полости 16 аккумулятора давления 17. При достижении в полости 16 давления воздуха, равного атмосферному давлению, сигнализатор спада давления 36 дает команду электропневмоклапану 15 на закрытие дренажа и подачу воздуха в полость 16 аккумулятора давления 17.

Циклы работы аккумулятора давления 17 повторяются до достижения требуемой величины массы ксенона в баке 1 (контроль по весам 28), закрывают вентилем 22 заправочную горловину бака 1.

11. Прекращают подачу воздуха от источника избыточного давления через магистраль 57 и дроссель 14.

12. Подают от источника избыточного давления по магистрали 56 воздух, нагреваемый нагревателем 54, в термостатируемый контейнер 31 для нагрева ксенона, находящегося в баке 1. Прогрев продолжают в течение заданного промежутка времени, обеспечивающего прогрев ксенона, находящегося в баке 1, до температуры окружающей среды.

13. Извлекают заправляемый бак 1 из контейнера 31 и устанавливают его на космический аппарат.

В случае несостоявшегося запуска космического аппарата слив ксенона из заправляемого бака 1 в заправочный бак 18 проводят аналогично заправке, но в обратной последовательности, при этом охлаждение заправочного бака 18 проводят обдувом воздухом, поступающим от источника избыточного давления по магистрали 40 через дроссель 39.

Из известных авторам источников патентных и информационных материалов неизвестна совокупность признаков заявляемых объектов, поэтому заявитель склонен считать предлагаемое техническое решение отвечающим признакам новизны.

Настоящее техническое решение опробовано на предприятии и планируется к использованию при заправке баков двигательных установок космических аппаратов ксеноном.

1. Устройство для заправки двигательных установок космического аппарата ксеноном, содержащее заправочный бак, соединенный с заправляемым баком заправочной магистралью, в которой установлены пара однонаправленных обратных клапанов прямого действия и пара параллельно им установленных однонаправленных обратных клапанов противоположного действия, между которыми расположен аккумулятор давления, выполненный в виде емкости, состоящей из двух полостей, разделенных мембраной, причем одна из полостей соединена с источником давления, а другая связана с магистралями между обратными клапанами каждой из указанных пар, снабженными переключающими вентилями, установленными в этих магистралях, теплообменник с холодильным агрегатом, установленный между указанными парами однонаправленных обратных клапанов прямого и противоположного действия и парой обратных клапанов, установленных параллельно друг другу, дроссель, установленный между заправочным баком и аккумулятором давления, весы с установленным на них термостатируемым контейнером, который связан через дроссель с источником давления, электропневмоклапан, связанный с сигнализатором давления и сигнализатором спада давления и установленный в магистраль, соединяющую полость аккумулятора давления с источником давления, отличающееся тем, что устройство снабжено магистралью вакуумирования с установленным в ней регистратором давления, связанной через вентили с вакуумным насосом и с источником избыточного давления газа и подключенной к заправочной магистрали между штуцером подключения заправочной магистрали к вентилю заправочного бака и вентилем, отключающим указанный дроссель от упомянутого штуцера, а также между вентилем, подключающим заправочную магистраль к штуцеру горловины заправляемого бака и вентилем, отключающим указанную пару установленных параллельно друг другу обратных клапанов от упомянутого вентиля, а также между указанными однонаправленными обратными клапанами прямого действия, а также между указанными парами однонаправленных обратных клапанов и указанной парой установленных параллельно друг другу обратных клапанов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено пробоотборным баком, подключенным через вентиль к заправочной магистрали между вентилем, подключающим заправочную магистраль к штуцеру горловины заправляемого бака, и вентилем, отключающим пару установленных параллельно друг другу обратных клапанов от упомянутого вентиля.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заправочный бак установлен в термостатируемый контейнер, который снабжен нагревателем, регистратором температуры и связан через дроссель с источником давления.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заправляемый бак установлен в указанный термостатируемый контейнер, связанный с источником давления магистралью, в которой установлен нагреватель, и снабженный регистратором температуры.