Спосіб заправлення ракети-носія гелієм

Реферат: Спосіб заправлення ракети-носія гелієм, що ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів ракети-носія гелієм до робочого тиску. Перед нагріванням гелію здійснюють його охолодження у кріостаті до температури виморожування шкідливих домішок з контролем тиску гелію на вході і виході з кріостата та фільтрацію, а перед заповненням балонів гелієм виконують трикратне додаткове заповнення балонів гелієм до проміжного тиску і його дренування, а у випадку перепаду тиску на вході і виході з кріостата більше ніж 1 МПа кріостат відключають і підключають додатковий кріостат. UA 87448 U (12) UA 87448 U UA 87448 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до способів підготовки ракет-носіїв (РН) до пуску на СК і може використовуватися для заправлення РН газоподібним гелієм. Відомим є спосіб заправлення ракети-носія гелієм, що ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів РН гелієм (див. книгу "Космодром" под ред. А.П.Вольского, М., "Воениздат", 1977, с.192, рис.5.16). Нагрівання гелію здійснюють за патентом РФ №2.133.403, МПК F17C 9/02, F17C 5/06, 1999р. Недоліком відомого способу заправлення гелію є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: 3 - значна кількість шкідливих домішок (концентрація домішок - 3-7 мг/м ) у гелію, котрий подається на РН, що може призвести до засмічення бортових пневмокомунікацій і палива у баку і, як наслідок, до погіршення роботи рушійної установки; - складність обслуговування великої кількості комунікацій, котрі з'єднують наземний ресивер з кожним балоном на РН. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип спосіб заправлення РН гелієм, який описаний у патенті ЕР №0 976 969А1, МПК F17C 9/02, F17C 5/06, 1999р. Вказаний спосіб ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів РН гелієм. Наземний ресивер з'єднується з балонами за допомогою загальної комунікації. Недоліком відомого способу заправлення гелію є його невисокі експлуатаційні характеристики, тому що гелій, що подається на РН, має значну кількість шкідливих домішок. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленого способу заправлення газоподібним РН гелієм, який би забезпечував підвищення його експлуатаційних характеристик шляхом уведення в нього нових операцій, таких як: - перед нагріванням гелію здійснюється його охолодження у кріостаті до температури виморожування шкідливих домішок з контролем тиску гелію на вході і виході з кріостата та фільтрація, а у випадку перепаду тиску на вході і виході з кріостата більше ніж 1 МПа кріостат відключається і підключається додатковий кріостат, що дозволяє простими засобами забезпечити високий ступінь очищення гелію; - перед заповненням балонів гелієм виконується трикратне додаткове заповнення балонів гелієм до проміжного тиску і його дренування, що дозволяє забезпечити очищення внутрішніх поверхонь балонів РН. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому способі заправлення ракети-носія гелієм, який ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів ракети-носія гелієм до робочого тиску, в ньому перед нагріванням гелію здійснюють його охолодження у кріостаті до температури виморожування шкідливих домішок з контролем тиску гелію на вході і виході з кріостата та фільтрацію, а перед заповненням балонів гелієм виконують трикратне додаткове заповнення балонів гелієм до проміжного тиску і його дренування, а у випадку перепаду тиску на вході і виході з кріостата більше ніж 1 МПа кріостат відключають і підключають додатковий кріостат. Для пояснення способу заправлення додаються креслення, на яких схематично зображений пристрій, у якому втілюється даний спосіб, та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - схема системи газопостачання газоподібного гелію; - на фіг.2 - графік зміни температури (Т) у кріостаті; - на фіг.3 - графік зміни тиску (Р) гелію у балонах РН. На фіг. 1, 2 по осі абсцис відкладається час τ у хвилинах. Наземна система заправлення гелієм складається з гелієвого ресивера 1 (фіг. 1), з'єднаного за допомогою магістралі 2 через газовий редуктор, дросель і арматуру з електронагрівачем 3, котрий зв'язаний за допомогою колектора 4 з встановленою на ньому запірно-регульованою арматурою 5 з бортовими балонами 6, трубопроводу 7 з встановленою на ньому запірною арматурою 8 і резервуара 9, що виконує функції сховища рідкого азоту, а також споряджена азотним 10 і додатковим гелієвим 11 ресиверами, не менше ніж двома кріостатами 12, 13, з'єднаними з електронагрівачем 3, виконаним не менше ніж з трьома змійовиками 14, 15, 16. Крім того, кріостати 12, 13 з'єднані з резервуаром 9 (сховище рідкого азоту) за допомогою трубопроводів 7, 17 з встановленою на них запірною арматурою 8, 18, а кожен з гелієвих ресиверів 1, 11 з'єднаний з одним з кріостатів 12, 13 за допомогою магістралей 2, 19. Один із змійовиків 14 електронагрівача 3 сполучає азотний ресивер 10 за допомогою колектора 20 з кожним з кріостатів 12, 13, а кожен із змійовиків 15, 16, що залишилися, розташований відповідно між кріостатами 12, 13 і колекторами 4, 21 з встановленими на них запірнорегульованою арматурою 5, 22 і зворотними клапанами 23, 24. Колектори 4, 21 об'єднані у 1 UA 87448 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 загальний колектор 25 видавання з встановленими на ньому запірною арматурою 26 і дренажним клапаном 27. Запірно-регульована арматура колекторів 4, 21 виконана у вигляді електропневмоклапанів (ЕПК), один з яких 5 нормально відкритий, а другий 22 нормально закритий, і між ними і загальним колектором 25 видавання встановлені зворотні клапани 23, 24. Балони 6 встановлені на ракеті-носії 28. На магістралях 2, 19 і колекторі 20 встановлені газові редуктори 29. Процес заправлення РН гелієм здійснюється наступним чином. Для заправлення гелієм балонів 6, що розташовані у "сухих" відсіках РН, на етапі підготовки РН 28 до пуску необхідно виконати очищення гелію від механічних домішок, масла, вологи та інших шкідливих домішок, для чого проводять його охолодження у кріостатах 12, 13, де відбувається виморожування шкідливих домішок і їх випадіння на фільтрах (на кресленнях не зображені). Заздалегідь кріостати 12, 13 заливають по трубопроводах 7, 17 з встановленою на них арматурою 8, 18 рідким азотом з температурою мінус 196 °C із сховища рідкого азоту 9, а потім гелій із гелієвих ресиверів 1, 11 надходить у кріостати 12, 13, де, охолоджуючись у рідкому азоті до температури, що забезпечує виморожування шкідливих домішок (не вище мінус 150 °C - на фіг. 2), котрі затримуються на фільтрах (температура на виході з кріостата складає мінус 45 °C - на фіг. 2), і надходить у електронагрівач 3 для нагрівання. Під час заправлення гелієм балонів 6 кожен з кріостатів 12, 13 працює по черзі. Спочатку при отриманні команди на початок заправлення підключають кріостат 12 і гелій з нього подають у змійовик 15, де нагрівають до температури, що забезпечує працездатність ущільнень елементів бортових систем (від мінус 40 °C до плюс 50 °C), і по колектору 4 через нормально відкритий ЕПК 5 і зворотній клапан 23 надходить у загальний колектор 25 видавання до запірної арматури 26. Далі виконують трикратне "полоскання" балонів 6 гелієм для очищення від можливих забруднень, для чого відкривають ручну запірну арматуру 26 і заповнюють балони 6 (до проміжного тиску 4 МПа - на фіг. 3). Далі закривають запірну арматуру 26, відкривають дренажний клапан 27 і дренують гелій у навколишнє середовище (до тиску 1 МПа у балонах 6 - на фіг. 3). Після проведення "полоскання" відкривають запірну арматуру 26 (дренажний клапан 27 закритий) і балони 6 заповнюють гелієм до робочого тиску (22 МПа - на фіг. 3). При цьому контролюють тиск на вході і виході з кріостату і у випадку перепаду тиску більше 1 МПа відключають кріостат 12 шляхом закриття ЕПК 5 і виконують підключення другого додаткового кріостата 13 шляхом відкриття ЕПК 22, у результаті чого гелій через змійовик 16, колектор 21, ЕПК 22, зворотний клапан 24 і запірну арматуру 26 надходить у загальний колектор 25 видавання і далі у балони 6. При цьому 3 гелій має малу кількість шкідливих домішок (концентрація домішок - 0,5-1,0 мг/м ). Балони ракет-носіїв заправляють газоподібним гелієм до робочого тиску, наприклад 21,5±0,5 МПа. Це означає, що тиск гелію у балонах 6 може знаходитися у межах від 21 МПа (при нижньому допуску) до 22 МПа (при верхньому допуску). У ресиверах 1, 11 (фіг. 1) гелій знаходиться під тиском 40 МПа. Подавання гелію у кріостат 12 (13) здійснюють через газовий редуктор 29, який підтримує на виході заданий тиск 22,5 МПА. У кожному з кріостатів 12 (13), котрі працюють по черзі, встановлений фільтр з величиною фільтрації 20 мкм, котрий, очищуючи гелій від шкідливих домішок, поступово засмічується, у результаті чого зменшується його живий переріз, збільшується гідравлічний опір фільтра і підвищується різниця тиску на вході і виході з кріостата. На початку роботи системи гідравлічний опір незасміченого фільтра складає до 0,5 МПа, а наприкінці роботи, при засміченому фільтрі, - до 1 МПа і більше. Гідравлічний опір гелієвих комунікацій від газового редуктора до входу у балони 6 зневажливо малі, тому що при вказаних вище тисках витрачання гелію при заправленні складає до 20 г/с. Отже, основним є гідравлічний опір фільтра ΔΡ, котрий знаходиться у діапазоні 0,5ΔΡ1,0 МПа. При цьому тиск на вході у балони 6 складає: - при незасміченому фільтрі (на початку роботи) Рб = Рред - ΔР =22,5-0,5+22,5 МПа, де Рб - тиск на вході у балони, МПа; Рред - тиск на виході з газового редуктора, МПа; ΔΡ - гідравлічний опір фільтру, МПа. Аналогічно при засміченому фільтрі наприкінці роботи: Рб=22,5-1,0=22,5 МПа. Звідкіля видно, що забезпечується необхідний діапазон тиску 21,0-22,0 МПа на вході у балони. При досягненні перепаду тиску на фільтрі ΔΡ>1,0 МПа кріостат відключають і підключають додатковий кріостат. Після закінчення заправлення видають команду на закриття ЕПК. Далі після припинення роботи кріостатів для проведення їх регенерації виконують відключення кріостатів від гелієвих 2 UA 87448 U 5 10 15 20 25 ресиверів, дренування гелію, що залишився, у навколишнє середовище, зливання рідкого азоту і подавання підігрітого азоту низького тиску. Для цього з азотного ресивера 10 по колектору 26 у змійовик 14 електронагрівача 3 подають азот низького тиску, котрий нагрівається і надходить у кріостати 12, 13 для їх розморожування і подальшої регенерації. Нагрівання гелію після кріостата до температури, що забезпечує працездатність ущільнень бортових систем, дає наступні переваги: - виключає застосування коштовних морозостійких матеріалів, необхідних для виготовлення спеціальних стикувальних з РН пристосувань; - виключає застосування різних ізоляційних матеріалів для запобігання теплових втрат у колекторах; - спрощує конструкцію вузлів стикування з РН за рахунок використання звичайних гумовотехнічних ущільнень, котрі працюють при температурі не нижче мінус 40 °C. Застосування у промисловості пристосувань для тонкого очищення гелію призводить до значного подорожчання наземного обладнання за рахунок будівництва спеціальних очищувальних споруд, які містять дороге обладнання (ємності з рідким азотом і адсорбентами, хроматографи та інше). Якщо не вмикати електронагрівач, то охолоджений гелій можна подавати у балони, що розташовані у баках РН з рідким киснем, за патентом України №49712А, МПК B64G 5/00, F42B 15/00, 2002 р. У процесі підготовки РН до пуску здійснюють термостатування головного блока і відсіків РН за патентом РФ №2.395.435, МПК B64G 1/50, B64G 5/00, 2009 р. Пневмомагістралі подавання гелію на РН відстиковуються під час пуску за допомогою пристрою за патентом РФ №2.457.162, МПК B64G 5/00, B65G 53/40, 2010 р. Запропонований спосіб може застосовуватися на комбінованому ракетному комплексі за патентом України №75139u, МПК B64G 5/00, В63В 1/00, 2012 р. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє не тільки забезпечити споживача гелієм високого ступеня очищення, але і значно спростити конструкцію вузлів стикування, скоротити вартість наземного обладнання за рахунок застосування менш дорогих матеріалів і повного виключення ізоляції трубопроводів. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб заправлення ракети-носія гелієм, що ґрунтується на нагріванні газоподібного гелію з наступним заповненням балонів ракети-носія гелієм до робочого тиску, який відрізняється тим, що перед нагріванням гелію здійснюють його охолодження у кріостаті до температури виморожування шкідливих домішок з контролем тиску гелію на вході і виході з кріостату та фільтрацію, а перед заповненням балонів гелієм виконують трикратне додаткове заповнення балонів гелієм до проміжного тиску і його дренування, а у випадку перепаду тиску на вході і виході з кріостату більше ніж 1 МПа кріостат відключають і підключають додатковий кріостат. 3 UA 87448 U 4 UA 87448 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5