Спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні

Реферат: Спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, що ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій до початку заправлення її рідким воднем, а з моменту початку заправлення ракети-носія рідким воднем і до моменту пуску - подаванні у ракету-носій підігрітого до необхідної температури газоподібного азоту. Газоподібний азот отримують шляхом розділення атмосферного повітря, стиснутого до тиску 1,2-1,6 МПа, на газоподібний азот, тиск котрого у процесі розділення атмосферного повітря знижують до необхідної величини на вході у ракету-носій, і газоподібний кисень, котрий скидають у навколишнє середовище. UA 92184 U (12) UA 92184 U UA 92184 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) на рідкому водні, що ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій до початку заправлення її рідким воднем, а з моменту початку заправлення ракети-носія рідким воднем і до моменту пуску - подавання у ракету-носій підігрітого до необхідної температури газоподібного азоту [див. патент України № 83844u, МПК B64G 5/00, F25F 29/00, 2013 р.]. У даному способі компресор з малим витрачанням заздалегідь стискає атмосферне повітря і подає його у ресивери, звідки воно потрапляє у РН під час підготовки пуску. Газоподібний азот отримують за допомогою газифікації рідкого азоту, що знаходиться у кріогенній ємності. Недоліком цього способу заправлення є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: - обмежений час роботи системи термостатування через велику вартість повітряних ресиверів і кріогенної ємності з вакуумною теплоізоляцією; - з метою зменшення кількості повітряних ресиверів їх необхідного заповнювання при тиску до 40 МПА, що потребує застосування компресора великої потужності і редуктора для зниження тиску до необхідної величини (7 МПа), внаслідок чого знижується термодинамічна ефективність системи. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, який описаний у патенті РФ № 2.335.706, МПК F25B 29/00, F25B 19/00, 2008 р. Цей спосіб ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій до початку заправлення її рідким воднем, а з моменту початку заправлення ракети-носія рідким воднем і до моменту пуску - подавання у ракету-носій підігрітого до необхідної температури газоподібного азоту. Газоподібний азот отримують за допомогою газифікації рідкого азоту, що знаходиться у кріогенній ємності. Недоліком цього способу заправлення є його невисокі експлуатаційні характеристики, такі як: - обмежений час роботи системи, що обумовлено об'ємом кріогенної ємності; - значна вартість отримання рідкого азоту, його транспортування і зберігання на СК; - великі втрати рідкого азоту у процесі його транспортування, переливання із залізничної цистерни у кріогенну ємність і зберігання у цій ємності. 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: - газоподібний азот отримується шляхом розділення атмосферного повітря, стиснутого до тиску 1,2-1,6 МПа, на газоподібний азот, тиск котрого у процесі розділення атмосферного повітря знижується до необхідної величини на вході у ракету-носій, і газоподібний кисень, котрий скидається у навколишнє середовище, що дозволяє простими засобами отримувати газоподібний азот без обмежень; - газоподібний кисень, що скидається, стискається до необхідного тиску і подається на заповнення ресиверів, що дозволяє додатково отримувати корисний продукт у вигляді газоподібного кисню. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, що ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій до початку заправлення її рідким воднем, а з моменту початку заправлення ракети-носія рідким воднем і до моменту пуску - подаванні у ракету-носій підігрітого до необхідної температури газоподібного азоту, в ньому газоподібний азот отримують шляхом розділення атмосферного повітря, стиснутого до тиску 1,2-1,6 МПа, на газоподібний азот, тиск котрого у процесі розділення атмосферного повітря знижують до необхідної величини на вході у ракету-носій, і газоподібний кисень, котрий скидається у навколишнє середовище. Газоподібний кисень, що скидають, стискають до необхідного тиску і подають на заповнення ресиверів. 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 - загальний вигляд системи термостатування з утилізацією газоподібного кисню; 1 UA 92184 U - на фіг. 3 - графік залежності температури точки роси атмосферного повітря (Тт.р.) від тиску (Р). 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Забірний пристрій 1, фільтр 2, компресор 3, трубопровід 4 подавання атмосферного повітря, на котрому послідовно встановлені повітряна заслінка 5, регульований дросель 6, охолоджувачі повітря 7 і 8, електронагрівач 9 повітря (фіг. 1). Охолоджувач 7 повітря зв'язаний з ємністю 10 з водою магістралями 11 подавання води, на яких встановлені градирня або холодильна машина, або послідовно градирня і холодильна машина 12, запірно-регульована арматура 13 і насос 14. Охолоджувач 8 повітря зв'язаний з ємністю 15 з антифризом магістралями 16 подавання антифризу, на яких встановлені холодильна машина 17, запірно-регульована арматура 18 і насос 19. Трубопровід 20 подавання азоту, з'єднаний через заслінку 21 з трубопроводом 4 подавання повітря, установка 22 розділення повітря на газоподібний кисень і газоподібний азот і електронагрівач 23 азоту, котрий з'єднаний через заслінку 24 з трубопроводом 4 подавання повітря після електронагрівача 9 повітря, а через заслінку 25 - з навколишнім середовищем. Трубопровід 26 з'єднує лінію видавання газоподібного кисню з установки 22 з навколишнім середовищем. Трубопровід 26 може бути з'єднаним через кисневий компресор 27 і трубопровід 28 з ресивером 29 для зберігання стисненого кисню. Процес термостатування РН здійснюється наступним чином. До початку роботи з РН на СК, систему термостатування приводять у готовність: - здійснюють настроювання компресора 3 на тиск повітря, яке забезпечує необхідну температуру точки роси у відповідності з графіком на фіг. 3 (так, якщо необхідно мати повітря з температурою точки роси мінус 25 °C, то необхідний тиск повітря складає 1,2 МПа). При цьому для сушіння повітря не потрібно використання твердих сорбентів або регенеративного охолодження повітря з виморожуванням вологи; - заповнюють ємність 10 очищеною водою; - заповнюють ємність 15 антифризом. Далі РН доставляють на СК на установнику за патентом України № 28347u, МПК B64G 5/00, В60Р 7/00, 2007 р., встановлюють РН на пускову установку, підключають до РН трубопроводи термостатування і починають подавання у головний блок (ГБ) і "сухі" відсіки РН термостатуюче повітря. Компресор 3 подає повітря через відкриту заслінку 5, регульований дросель 6, фільтр 2 і трубопровід 4 у охолоджувач 7 повітря, де повітря охолоджують з відділенням вологи до температури 12 °C при теплообміні з холодоносієм (водою), котрий подають по магістралях 11 насосом 14 із ємності 10. Регулювання витрачання холодоносія виконують за допомогою запірно-регульованої арматури 13, а охолодження води до температури 5-7 °C - у градирні, у холодильній машині або у послідовно встановлених градирні і холодильній машині 12. Далі повітря потрапляє у охолоджувач 8 повітря, де його охолоджують з відділенням вологи до температури 2,5 °C при теплообміні з холодоносієм (антифризом), котрий подають по магістралях 16 насосом 19 із ємності 15 з антифризом. Регулювання витрачання антифризу виконують за допомогою регульованої арматури 18, а охолодження антифризу до температури мінус 1-3 °C - у холодильній машині 17. Внаслідок цього отримують повітря при температурі 2,5 °C з температурою точки роси мінус 25 °C. Нагрівання повітря здійснюють у електронагрівачі 9. Перед початком заправлення РН рідким воднем починають підготовку до подавання газоподібного азоту. Відкривають заслінки 21 і 25 і здійснюють настройку компресора 3 на видавання повітря з тиском 1,2-1,6 МПА, при цьому необхідний тиск повітря на вході у ГБ і "сухі" відсіки РН підтримують за допомогою регульованого дроселя 6. Повітря, що надходить по трубопроводу 20 в установку 22, ділиться на газоподібний азот і газоподібний кисень. Газоподібний азот нагрівають до необхідної температури в електронагрівачі 23. Після виходу лінії подавання азоту на необхідний режим роботи, заслінки 25 і 5 закривають і відкривають заслінку 24, через яку газоподібний азот з необхідними температурою і витрачанням поступає у ГБ і "сухі" відсіки РН, створюючи в них нейтральне середовище, котре перешкоджає можливості виникнення пожежі у випадку протікання рідкого водню, який випаровує і разом з газоподібним азотом виходить з ГБ і відсіків РН у навколишнє середовище і, таким чином, забезпечує необхідний температурний режим всередині ГБ і "сухих" відсіках РН. Нагрівач може виконуватися за патентом України № 80951u, МПК B64G 5/00, F25F 29/00, 2013 р. або за патентом РФ № 2.339.554, МПК B64G 5/00, B64G 1/50, F25F 29/00, 2007 р. Головний блок виконується за патентом РФ № 2.486.ПО, МПК B64G 1/00, F42B 15/00, 2011 р. 2 UA 92184 U Запропонований спосіб може застосовуватися на СК за патентом РФ № 2.242.411, МПК B64G 5/00, 2003 р. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє значно підвищити надійність і безпечність функціонування приладів і систем РН. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні, що ґрунтується на стисканні, сушінні до необхідної температури точки роси, нагріванні або охолодженні до необхідної температури атмосферного повітря і подаванні у ракету-носій до початку заправлення її рідким воднем, а з моменту початку заправлення ракети-носія рідким воднем і до моменту пуску - подаванні у ракету-носій підігрітого до необхідної температури газоподібного азоту, який відрізняється тим, що газоподібний азот отримують шляхом розділення атмосферного повітря, стиснутого до тиску 1,2-1,6 МПа, на газоподібний азот, тиск котрого у процесі розділення атмосферного повітря знижують до необхідної величини на вході у ракетуносій, і газоподібний кисень, котрий скидають у навколишнє середовище. 2. Спосіб повітряного термостатування ракети-носія на рідкому водні за п. 1, який відрізняється тим, що газоподібний кисень, що скидають, стискають до необхідного тиску і подають на заповнення ресиверів. 3 UA 92184 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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