Спосіб дозування рідини, наприклад компонентів палива при заправленні їх у баки ракети-носія, та пристрій для його реалізації

1 Спосіб дозування рідини, наприклад компонентів палива при їхньому заправленні у баки ракети-носія з використанням вагового дозатора шляхом відмірювання дози компонентів палива в ємності дозатора, і видавання дози, яка відмірюється, у бак, що заправляється, який відрізняється тим, що при відмірюванні дози компонент палива видають в ємність дозатора до отримання сигналу про досягнення фіксованого рівня в ємності дозатора, після цього продовжують заповнення ємності і відмірюють вагами дозатора дозу компонента палива для заправлення її у бак ракетиносія, а при видаванні дози, яка відмірюється, у бак палива, що заправляється, компонент палива видають з ємності дозатора до отримання сигналу про досягнення означеного фіксованого рівня в ємності і припиняють заправлення О 00 ю 51812 заправленого компонента, а відміряють при заправленні об'єм компонента, величина якого змінна і визначається температурою і характеристиками компонента При використанні бортової системи контролю рівнів для забезпечення об'ємно-масового заправлення вводяться у дію декілька первинних датчиків, кожний з яких фіксує об'єм компонента для конкретної температури, що відповідає заданій масі компонента Достоїнством способу заправлення з використанням бортової системі контролю рівнів є висока надійність результату, тому що відмірювання заданої дози КП здійснюється безпосередньо у баці, що заправляється Недоліком даного способу заправлення є недостатньо висока точність (±0,5%) дозування маси палива (за рахунок внесення температурної поправки) і значна вага первинних (бортових) датчиків системи У зв'язку з цим використання об'ємномасового способу для заправлення розпнних ступенів РН та космічних апаратів у ряді випадків є неприйнятним Зі способів найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є спосіб дозування компонентів палива при заправленні космічних апаратів і розпнних ступенів РН на заправних станціях (у книзі "Космодром", Москва, 1977-с 186) Спосіб полягає у тому, що компонент палива відміряють вагами дозатора в ємності дозатора при її заповненні компонентом палива із технологічної ємності та видають відмірену дозу з ємності дозатора у бак, що заправляється, з контролем дози , яка видається вагами дозатора У процесі видавання дози у бак , що заправляється - зважують початкову вагу компонента в ємності дозатора, - встановлюють на коромислі ваг дозу КП, яка повинна залишитися в ємності після видавання заданої дозі у бак, - видають дозу КП у бак з забезпеченням автоматичного припинення заправлення після видавання заданої дози, - урівноважують коромисло вапв і зважують залишок компонента в ємності дозатора, - роблять витримку для визначення відсутності витікання КП з ємності дозатора, - визначають різницю між заданою і виданою дозами КП і приймають рішення про якість заправлення, Операції зрівноважування вапв і зважування компонента виконуються оператором у ручному режимі Тільки при виконанні означеного об'єму операцій може бути забезпечена висока точність видавання дози КП Однак присутність операторів на стартовій позиції (СП) допускається тільки при ПІДГОТОВЦІ устаткування до початку заправлення ракети У процесі заправних робіт присутність людини на СП не допускається з міркувань безпеки робіт З пристроїв найбільш близьким до запропонованого є пристрій для дозування компонентів палива при заправленні космічних апаратів і розпнних ступенів на заправних станціях (у книзі "Космодром", Москва, 1977 -с 185, рис 5 12) Пристрій містить ваговий дозатор, що складається з платформ них вапв та ємності дозатора, установленої на платформі вапв Спосіб та пристрій для дозування компонентів палива на основі вагового дозатора забезпечують високу точність дозування компонентів палива (±0,3%) при їхньому видаванні у баки, що заправляються Недоліками відомих способу та пристрою при їхньому використанні для заправлення баків ракети є неможливість повної автоматизації робіт щодо заправлення ракети на стартовій позиції, що знижує безпеку ракетного комплексу у цілому і не відповідає сучасним вимогам безпеки космодромів Крім того, для забезпечення означених вимог безпеки використання для дозування КП при заправленні наземних дозаторів (вапв) визначає необхідність установлення датчиків контролю граничного рівня у баці, що заправляється Датчик спрацьовує тільки при грубих помилках наземного дозатора і забезпечує аварійне припинення заправлення Необхідність установлення бортових датчиків підвищує масу апарату, який заправляється, і також є недоліком відомих способу та пристрою В основу винаходу поставлене завдання удосконалити ВІДОМІ способи масового дозування компонентів палива при їхньому заправленні у баки ракети-носія і масовий дозатор для реалізації способу шляхом змінювання технології відмірювання дози КП в ємності дозатора і видавання відміреної дози КП з ємності дозатора при заправленні та, у зв'язку з цим, оснащення ємності дозатора засобами фіксування гарантійного залишку незабору наливав ємності, що забезпечить повну автоматизацію процесу заправлення і виключить при цьому необхідність установлення датчиків контролю граничних рівнів у баці, що заправляється Суттєвими ознаками способу є видавання компонента палива в ємність дозатора до отримання сигналу про досягнення фіксованого рівня в ємності дозатора і після цього подальше заповнення ємності з відмірюванням вагами дозатора дози компонента заданої для заправлення у бак, а при заправленні дози компонента, що відмірюється, у бак ракети видавання компонента з ємності дозатора до отримання сигналу про досягнення означеного фіксованого рівня, після чого припинення заправлення При цьому у процесі досягнення фіксованого рівня в ємності дозатора при відмірюванні дози компонента заповнення ємності зверх фіксованого рівня, а після цього часткове зливання компонента до отримання сигналу про досягнення фіксованого рівня, причому часткове зливання з витратою, що дорівнює витраті компонента при видаванні дози, що відмірюється, у бак ракети Суттєвими ознаками у пристрої є оснащення ємності дозатора засобами фіксування гарантованого залишку незабору палива в ємності, при цьому наявність у складі засобів чутливих елементів, розміщених в ємності на трьох рівнях по висоті ємності, з них верхній рівень відповідає гарантованому незаправленню дози компонента, середній відповідає заданій номінальній дозі заправлення, 51812 нижній відповідає перезаправленню компонента палива у бак ракети, з установленням нижнього чутливого елементу в ємності на висоті, якій відповідає об'єм палива між середнім і нижнім рівнями в ємності, менший гранично припустимого газового об'єму у баці ракети, що заправляться Суть запропонованого способу полягає утому, що при відмірюванні дози компонент палива видають в ємність дозатора до отримання сигналу про досягнення фіксованого рівня в ємності дозатора, а далі продовжують заповнення ємності і відміряють вагами дозатора дозу компонента палива для заправлення її у бак ракети, а при видаванні дози, що відмірюється, у бак, який заправляється, компонент палива видають з ємності дозатора до отримання сигналу про досягнення означеного фіксованого рівня в ємність і припиняють заправлення При цьому у процесі досягнення фіксованого рівня в ємності дозатора при відмірюванні дози компонента заповнення ємності проводять зверх фіксованого рівня, а після цього проводять часткове зливання компонента до отримання сигналу про досягнення фіксованого рівня, причому часткове зливання проводять з витратою, що дорівнює витраті компонента при видаванні дози, що відмірюється, у бак ракети Сутність винаходу показана на фіг на прикладі заправлення КП бака ракети-носія на стартовій позиції На фіг показана пневмопдравлічна схема заправлення РН, на якій зображені 1- дозатор рідини, 2 - засоби фіксування гарантованого залишку незабору, 3 - ємність дозатора, 4 - дренажний клапан бака ракети, 5 - заправний клапан бака ракети, 6 - бак РН, що заправляється, 7 - ваги, 8 - сигналізатор наявності рідини, 9 - зливна ємність, 10,11,12,13 - керовані клапани, 14 - насос, 15,16 керовані клапани, 17 -технологічна ємність, 18,19 - керовані клапани Крім того на фіг показані елементи засобів 2, а саме ВР - датчик верхнього рівня, СР - датчик середнього рівня, HP - датчик нижнього рівня Запропонований спосіб дозування КП може бути проілюстрованим такою технологією заправлення Для відмірювання заданої дози компонент палива подають з ємності 17 в ємність 3 дозатора 1 за допомогою насоса 14 при відкритих клапанах 12,13,16 Заповнення ємності 3 дозатора приводе до отримання сигналу від датчика верхнього рівня ВР, після чого закривають клапани 12,13 і вимикають насос 14 У цей момент в ємність дозатора видана КІЛЬКІСТЬ компонента зверх рівня СР За допомогою спеціального пристрою насосної установки реверсують потік рідини, вмикають насос 14, відкривають клапани 12,13 і проводять часткове зливання КП з ємності 3 дозатора 1 у технологічну ємність 17 до отримання сигналу від датчика середнього рівня СР, після чого закривають клапани 12, 13 і вимикають насос 14 У процесі часткового зливання забезпечують витрату компонента , який зливається, що дорівнює ВІДОМІЙ З досвіду величині витрати при заправленні бака РН На вагах 7 вручну встановлюють дозу, яка повинна бути заправлена у бак ракети, вмикають насос 14 і відкривають клапани 12, 13 Проводять видавання дози КП в ємність дозатора 1 Відсікання дози проводиться автоматично за допомогою пристрою керування вапв Після відсікання дози вручну проводять зрівноважування коромисла вапв Ваги повинні бути у рівновазі Вручну зважують КІЛЬКІСТЬ компонента палива в ємності дозатора і визначають різницю між заданою і виданою дозами КП Таким чином, відмірювання дози КП проводять при підготовчих роботах, коли допускається присутність оператора на СП і всі операції щодо відмірювання дози в ємність дозатора виконуються ВІДПОВІДНО до відомого способу, що забезпечують високу точність (до ±0,3%) дозування КП Внаслідок відмірювання дози забезпечують з високою точністю наявність в ємності дозатора над рівнем установлення датчика СР маси КП, що дорівнює необхідній дозі заправлення КП у бак ракети Після доставления РН на СП проводять стикування наземних і бортових комунікацій і персонал залишає СП Всі подальші роботи щодо заправлення заданої дози КП у бак РН здійснюються у автоматичному режимі Для цього дистанційно і автоматично ВІДПОВІДНО до циклограмми робіт відкривають клапани 4,16, 18 і вмикають насос 14, після чого відкривають клапани 10, 11 і здійснюють заповнення заправної магістралі КП без газових об'ємів Компоненти палива зливають у зливну ємність 9 аж до отримання сигналу від датчика 8, після чого закривають клапани 10,16,17 і відкривають клапани 13, 15, 19 і 5 на баці ракети, при цьому компонент палива надходить у бак 6 ракети Парогазову суміш з баку ракети дренують в ємність дозатора 1 Контролюють отримання сигналу від датчика верхнього рівня ВР в ємності дозатора, який аналогічний сигналу "Увага" від датчиків системи контролю рівнів у баці При отриманні сигналу від датчика середнього рівня СР закривають клапани 11 і 5, після чого знов відкривають клапан 11 (при працюючому насосі 14) Контролюють наявність стійкого сигналу від датчика СР, що свідчить про відсутність перетікання компонента при заправленні у сторонні ємності За 3 5 хвилин вимикають операцію заправлення Всі операції проводяться автоматично за сигналами від датчиків рівня в ємностідозатора, при цьому не вимагається присутність оператора на СП Доза КП, яка була відмірена з високою точністю (до ± 0,3%) в ємності дозатора, з такою ж високою точністю видана у бак ракети, тому що всі додаткові погрішності заправлення (на заповнення заправоних магістралей, від перетікання КП, від визначених розмірів датчика СР, від шерційності закривання запірної арматури) виключені У зв'язку з визначеними розмірами (більше нуля) датчик СР фіксує різні рівні компонента в ємності дозатора при заповненні ємності (рівень фіксується нижньою кромкою датчика) і при спорожненні ємності (рівень фіксується верхньою кромкою датчика) Якщо не враховувати дану обставину, те виникає додаткова погрішність дозування Запропонованим способом забезпечується 51812 можливість відмірювання дози КП в ємності як і при видаванні дози, що відмірюється у бак РН від верхньої кромки датчика СР, тому дана складова погрішність дозування у способі відстуня Оскільки при відмірюванні дози в ємності і при заправленні дози у бак рівень СР в ємності досягається з однією і тією ж витратою, тому погрішність дозування за рахунок закривання арматури при відсіканні дози виключається Таким чином, запропонований оригінальний спосіб дозування дійсно забезпечує високу точність дозування КП при заправленні баків РН, сумірну з точністю самих вапв (< ± 0,3%) У разі отримання сигналу від датчика HP в ємність дозатора заправлення припиняють в аварійному режимі Датчик HP може спрацювати тільки при неполадках у ланцюзі керування датчика СР або при неполадках у ланцюгах керування ВІДСІЧними клапанами Датчик HP використовують у циклограмі заправлення для дублювання сигналу датчика СР, що відповідає вимогам безпеки космодромів (у першу чергу Західних космодромів), що подаються до операцій щодо заправлення РН компонентами ракетних палив Запропонований пристрій (дозатор 1) працює таким чином При ПІДГОТОВЦІ до заправлення (до прибуття РН на СП) компонент палива подається з технологічної ємності 17 в ємність 3 дозатора 1 до отримання сигналу від датчика ВР засобів 2 дозатора зподальшим частковим зливанням КП з ємності дозатора до отримання сигналу від датчика СР, після чого подача КП в ємність 3 припиняється Оператором вручну зважується заправлена в ємність КІЛЬКІСТЬ КП (G) і на коромислі вапв установлюється необхідна КІЛЬКІСТЬ КП (G), яка визначається з виразу G=Co+Gg, де Gg - доза КП, яка задана для заправлення у бак РН Після ЦЬОГО КП знов подається в ємність до отримання сигналу від пристрою керування вапв 7 дозатора 1, при цьому операція припиняється автоматично Оператором урівноважується коромисло вапв і зважується маса КП в ємності 3 дозатора 1 Якщо маса КП, що зважується, дорівнює величині G, то це означає, що в ємність зверх КІЛЬКОСТІ КП, що відповідає рівню установки датчика СР, заправлена маса КП, що дорівнює заданій 8 величині дози КП (Gg) з точністю не гірш є ±0,3% Після доставления РН на СП і стикування наземних і бортових заправних та дренажних магістралей обслуговуючий персонал залишає стартову позицію і вся подальша робота пристрою здійснюється у дистанційному автоматичному режимі При цьому Проводиться заповнення заправної магістралі компонентами палива подачею його з технологічної ємності 17 і зливанням у зливну ємність 9, після чого здійснюється заправлення КП з ємності З дозатора 1 у бак 6 РН Ваги 7 дозатора 1 у роботі не задіюються У міру зниження рівня палива в ємності 3 спрацьовує датчик ВР засобів 2 ємності Сигнал від датчика ВР може використатися для забезпечення зниження витрати заправлення або як інформаційний сигнал "Увага" При подальшому зниженні рівня КП в ємності 3 спрацьовує датчик СР за сигналом якого заправлення припиняється У цей момент з ємності дозатора буде виданий компонент палива у КІЛЬКОСТІ, ЩО дорівнює дозі КП (Gg) , яка відмірюється раніше вагами дозатора Проводиться витримка 3 5 хвилин, протягом якої ємність дозатора сполучається з заправною магістраллю при закритих клапанах 5 на баку РН і 10 на зливній ємності і безперервно контролюється наявність сигналу від датчика СР Якщо сигнал не зникає, то підтверджується факт, що вся доза КП з ємності 3 видана дійсно у бак 6 РН при його заправленні Якщо у процесі заправлення не надходить сигнал від датчика СР, то рівень КП в ємності продовжує понижуватися до спрацьовування датчика HP, за сигналом якого заправлення припиняється в аварійному режимі У цьому випадку у бак РН буде заправлена додаткова КІЛЬКІСТЬ палива Оскільки пристроєм дозатора передбачається, що величина об'єму в ємності між рівнями СР і HP менша ніж газовий об'єм у баку, то надходження до нього додаткової КІЛЬКОСТІ компонента не призведе до аварійної ситуації Таким чином використання запропонованих способу і пристрою при заправленні РН забезпечує заправлення бака РН з високою точністю (до ±0,3%), доступної тільки для вагових дозаторів, повністю в автоматичному режимі (без участі оператора) і з високою надійністю без використання датчиків рівня, що дублюють, у баку, який заправляється 51812 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10