Спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні

Реферат: Спосіб повітряного термостатування ракети-носія ґрунтується на стисканні, осушуванні до потрібної точки роси і подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія, до початку заправлення її рідким воднем, атмосферного повітря, підігрітого або охолодженого до потрібної температури при теплообміні з рідким холодоносієм охолоджувача повітря, а з початком заправлення ракети-носія рідким воднем і до пуску - на подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія газоподібного азоту, отриманого шляхом газифікації рідкого азоту при теплообміні з атмосферним повітрям і наступному нагріванні до потрібної температури. Атмосферне повітря стискають до величини тиску, що забезпечує отримання потрібної температури точки роси при температурі повітря 2,5 °C, а для охолодження повітря до цієї температури використовують два потоки рідкого холодоносія: один з температурою від 5 до 7 °C, а другий - від мінус 1 до мінус 3 °C. UA 91108 U (12) UA 91108 U UA 91108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме до наземного обладнання, і може забезпечувати термостатування головних блоків і відсіків ракети-носія на стартовому комплексі (СК) під час заправлення водню. Відомим є спосіб повітряного термостатування ракети-носія (РН), що ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій (див. патент РФ № 2.317.492, МПК F25B 29/00, F25B 1/053, F25B 9/06, 2006 р.). Недоліком цього способу заправлення є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: - обмежений час роботи у режимі додаткового сушіння повітря у адсорбері, обумовлене об'ємом адсорберу і часом насичення його вологою; - необхідність регенерації адсорберу після насичення шляхом подавання в нього сухого повітря, нагрітого до температури 250 °C, протягом 8-10 годин, що пов'язане з великим додатковим споживанням електроенергії і втратами продукційного повітря. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, який описаний у патенті України № 83844u, МПК B64G 5/00, F25B 29/00, 2013 р.). Цей спосіб ґрунтується на стисканні, осушці до потрібної точки роси і подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія, до початку заправлення її рідким воднем, атмосферного повітря, підігрітого або охолодженого до потрібної температури при теплообміні з рідким холодоносієм охолоджувача повітря, а з початком заправлення ракетиносія рідким воднем і до пуску, подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія газоподібного азоту, отриманого шляхом газифікації рідкого азоту при теплообміні з атмосферним повітрям, і наступного нагрівання до потрібної температури. Атмосферне повітря стискають у компресорі до тиску 40 МПа і заповнюють ресивер, при цьому повітря одночасно сушиться до температури точки роси мінус 30 °C. Запас стисненого повітря зберігається у ресивері до початку підготовки РН. Недоліком цього способу заправлення є його невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - велика складність компресора, який працює при тиску 40 МПа, і редуктора, який знижує тиск до величини 7 МПа; - наявність у ресивері значного баластного повітря (приблизно 20 %), тому що для стабільної роботи редуктора тиск у ресивері повинен бути не нижче 10 МПа; - обмежений час роботи системи повітряного термостатування через обмежену кількість ресиверів (об'ємом 400 л), які мають велику коштовність. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленого способу повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, який би дозволяв підвищити його експлуатаційні характеристики шляхом уведення в нього нових операцій, таких як: - атмосферне повітря стискають до величини тиску, що забезпечує отримання потрібної температури точки роси при температурі повітря 2,5 °C, а для охолодження повітря до цієї температури використовують два потоки рідкого холодоносію: один з температурою від 5 до 7 °C, а другий - від мінус 1 до мінус 3 °C, що дозволяє підвищити термодинамічну ефективність процесу термостатування на 25 %. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, що ґрунтується на стисканні, осушуванні до потрібної точки роси і подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія, до початку заправлення її рідким воднем, атмосферного повітря, підігрітого або охолодженого до потрібної температури при теплообмініз рідким холодоносієм охолоджувача повітря, а з початком заправлення ракетиносія рідким воднем і до пуску - на подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія газоподібного азоту, отриманого шляхом газифікації рідкого азоту при теплообміні з атмосферним повітрям і наступному нагріванні до потрібної температури, в ньому атмосферне повітря стискають до величини тиску, що забезпечує отримання потрібної температури точки роси при температурі повітря 2,5 °C, а для охолодження повітря до цієї температури використовують два потоки рідкого холодоносію: один з температурою від 5 до 7 °C, а другий від мінус 1 до мінус 3 °C. Для пояснення способу термостатування додаються креслення, на яких схематично зображений пристрій, у якому втілюється даний спосіб, та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - загальний вигляд системи термостатування; - на фіг. 2 - графік залежності температури точки роси атмосферного повітря (Тт.р.) від тиску (Р). 1 UA 91108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система повітряного термостатування, в якій втілений запропонований спосіб, забезпечує термостатування головного блока (ГБ) 1 й відсіків РН 2, встановлених на пусковій установці (ПУ) 3, і містить джерело повітропостачання у вигляді компресора 4, фільтр 5, трубопровід 6 подавання повітря, на якому послідовно встановлені пульт 7 з керованою арматурою, охолоджувачі 8 і 9 повітря, електропідігрівач 10 повітря. Охолоджувач 8 повітря зв'язаний з ємністю 11 рідинними магістралями 12, на яких встановлені джерело 13 холоду, запірнорегулююча арматура 14 і насос 15 (фіг. 1). Якщо охолоджувальною рідиною (холодоносієм) є вода, то як джерело холоду може бути використана градирня або градирня і встановлена після неї холодильна машина. Якщо охолоджувальною рідиною є фреон, антифриз або розсіл, то як джерело холоду може бути використана холодильна машина. Охолоджувач 9 повітря зв'язаний з ємністю 16 магістралями 17, на яких встановлені холодильна машина 18, запірно-регульована арматура 19 і насос 20. Крім того, система містить ємність 21 з рідким азотом, з'єднану через заслінку 22 з трубопроводом 6 подавання повітря, газифікатор 23 рідкого азоту і електронагрівач 24 азоту, з'єднані лінією 25 подавання азоту через заслінку 26 з трубопроводом 6 подавання повітря після електронагрівача 10 повітря, а через заслінку 27 з навколишнім середовищем. Трубопровід 28 подавання газу (повітря або азоту) у ГБ 1 розташований на кабель-щоглі 29, а трубопровід 30 подавання газу (повітря або азоту) з колектором 31 - на ПУ 3. З колектора 31 газ (повітря або азот) по трубопроводах 32 подається у відсіки РН 2, на вході в які і на вході у ГБ 1 встановлені витратні шайби 33. Процес термостатування РН здійснюється наступним чином. РН 1 встановлюють на ПУ 3 за допомогою установника за патентом РФ № 2.295.468, МПК B61D 3/16, В60Р 3/40, 2005 р. До початку робіт з РН 2 систему приводять у готовність: - компресор 4 регулюють на тиск стисненого повітря, котрий забезпечує потрібну температуру точки роси у відповідності з фіг. 2 (так, якщо потрібно мати продукційне повітря з температурою точки роси мінус 25 °C, то необхідний тиск повітря складає 1,2 МПа); - ємності 11 і 16 заповнюють рідким холодоносієм; - ємність 21 заповнюють рідким азотом. Після отримання команди про початок термостатування, запускають компресор 4 і відкривають відповідні клапани на пульті 7. Повітря через фільтр 5 по трубопроводу 6 подавання надходить у охолоджувач 8 повітря, де охолоджується з постійним відділенням вологи до температури 12 °C при теплообміні з холодоносієм, котрий подають по магістралях 12 насосом 15 з ємності 11. Регулювання витрачання холодоносія виконують запірно-регулюючою арматурою 14, а охолодження до температури 5-7 °C - у джерелі 13 холоду. Далі повітря потрапляє у охолоджувач 9 повітря, де охолоджується з постійним відділенням вологи до температури 2,5 °C при теплообміні з холодоносієм, котрий подають по магістралях 17 насосом 20 з ємності 16. Регулювання витрачання холодоносія виконують запірнорегулюючою арматурою 19, а охолодження до температури від мінус 1 до мінус 3 °C - у холодильній машині 18. У результаті отримують повітря при температурі 2,5 °C з температурою точки роси мінус 25 °C. Нагрівання повітря до потрібної температури виконують у електронагрівачі 10 повітря і по трубопроводу 28 подають у ГБ 1, а по трубопроводу 30 - у колектор 31, з котрого по трубопроводах 32 подають у відсіки РН 2. Розміри витратних шайб 33 визначають в залежності від потрібної величини витрачання газу (повітря або азоту) у ГБ 1 і у кожний відсік РН 2. Перед початком заправлення РН 2 рідким воднем починають підготовку до подавання газоподібного азоту. Відкривають заслінку 22, повітря під тиском 1,2 МПа надходить у ємність 21 з рідким азотом і витискає його у газифікатор 23, де його газифікують при теплообміні з атмосферним повітрям. Далі азот надходить у електронагрівач 24 азоту, а потім по лінії подавання азоту його через заслінку 27 скидають у навколишнє середовище. Після досягнення потрібної температури газоподібного азоту (що дорівнює температурі повітря, котре подають у ГБ 1 і відсіки РН 2), заслінку 27 закривають і відкривають заслінку 26, при цьому на пульті 7 одночасно перекривають клапани подавання повітря і зупиняють компресор 4. У результаті у ГБ 1 і відсіки РН 2 подають нагрітий до потрібної температури газоподібний азот, котрий створює у них нейтральне середовище, яке запобігає можливості виникнення пожежі у випадку протікання рідкого водню, котрий випаровує і котрий разом з газоподібним азотом видаляють у навколишнє середовище. Таким чином забезпечується потрібний тепловий режим всередині ГБ 1 і відсіках РН 2. З метою зменшення споживання електроенергії під час роботи парокомпресійних фреонових холодильних машин, холодопродуктивність котрих зменшується з пониженням температури холодоносія (наприклад, у холодильній машині МКТ 20-2-0 холодопродуктивність 2 UA 91108 U 5 10 15 при температурі рідкого холодоносія 7 °C складає 40 кВт, а при температурі рідкого холодоносія мінус 3 °C-30 кВт, тобто на 25 % нижче), для охолодження повітря використовують два потоки рідкого холодоносія: один з позитивною температурою 5-7 °C, котрий охолоджує продукційне повітря до температури 12 °C, а другий з негативною температурою від мінус 1 до мінус 3 °C, котрий охолоджує продукційне повітря до потрібної температури 2,5 °C. Це дозволяє зменшити електроспоживання на 25 % у порівнянні з використанням одного потоку холодоносія при температурі від мінус 1 до мінус 3 °C. Заправлення РН рідким воднем здійснюється за патентом України № 81689u, МПК B64G 5/00, F17C 6/00, 2013 р. Пульт може виконуватися у вигляді пневмощита за патентом РФ № 2.335.438, МПК B64G 1/50, B64G 5/00, F25B 29/00, 2006 р. Підготовка РН на СК здійснюється з використанням системи дистанційного керування за патентом РФ № 2.427.508, МПК B64G 5/00, F42B 15/00, 2010 р. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє значно підвищити надійність і безпечність функціонування приладів і систем РН і ГБ. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб повітряного термостатування ракети-носія, що ґрунтується на стисканні, осушуванні до потрібної точки роси і подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія, до початку заправлення її рідким воднем, атмосферного повітря, підігрітого або охолодженого до потрібної температури при теплообміні з рідким холодоносієм охолоджувача повітря, а з початком заправлення ракетиносія рідким воднем і до пуску - на подаванні у головний блок і відсіки ракети-носія газоподібного азоту, отриманого шляхом газифікації рідкого азоту при теплообміні з атмосферним повітрям і наступному нагріванні до потрібної температури, який відрізняється тим, що атмосферне повітря стискають до величини тиску, що забезпечує отримання потрібної температури точки роси при температурі повітря 2,5 °C, а для охолодження повітря до цієї температури використовують два потоки рідкого холодоносія: один з температурою від 5 до 7 °C, а другий - від мінус 1 до мінус 3 °C. 3 UA 91108 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4