Система повітряного термостатування головного блока ракети

Реферат: Система повітряного термостатування головного блока ракети містить трубопровід подавання з фільтром і запірно-регулюючою арматурою, котрий з'єднує вхід системи з вертикальним трубопроводом, прокладеним по агрегату обслуговування і з'єднаним з вхідним люком головного блока, повітроохолоджувачі, холодильний центр, трубчасті електричні нагрівачі (ТЕНи), лінію відтавання повітроохолоджувачів, пульт керування і зволожувач повітря, з'єднаний з трубопроводом подавання за допомогою паропроводу і з джерелом води. Джерело води виконано у вигляді резервуара, з'єднаного з трубопроводом подавання. Зволожувач повітря з'єднаний з резервуаром за допомогою вертикального трубопроводу з керованою засувкою, який виконаний у вигляді циліндричної ємності, на котрій змонтовані стакан з вертикальним ТЕНом, герметичною кришкою і патрубком для з'єднання з паропроводом, шкала рівня і датчики нижнього і верхнього рівнів. У нижній частині циліндричної ємності розташовані горизонтальні ТЕНи, закріплені на її торцевих стінках. UA 113715 U (12) UA 113715 U UA 113715 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обладнання для повітропостачання і може використовуватися на наземних стартових комплексах для термостатування відсіків ракет і головних блоків ракет. Відомою є система кондиціонування, в якій відбувається тепловологісна обробка атмосферного повітря, що містить трубопровід подавання з пристроєм для забору повітря, утеплений клапан, повітряний фільтр, калорифери першого ступеня підігріву з обвідними каналами, регулюючі клапани, регулюючі пристрої, змішувальну камеру, в якій підігріте атмосферне повітря змішується з повітрям, що надходить з приміщень, котрі кондиціонують, краплевіддільник, зрошувальну камеру з форсунками для зволоження повітря шляхом розбризкування води, другий краплевіддільник, піддон, у який стікає вода, що розбризкують, другу змішувальну камеру, в якій до зволоженого повітря знову підмішується повітря, що надходить з приміщень, котрі кондиціонують, фільтр, калорифер другого ступеня підігріву з обвідним каналом, регулюючі засувки, вентилятор і розподільчу мережу повітроводів (див. книгу "Отопление и вентиляция" / Богословский В.Н. и др.. - М.: Стройиздат, 1980. - С. 245-246, рис. XVI.2). Ця система забезпечує кондиціонування повітря у житлових і виробничих приміщеннях, в яких повітря не забруднене шкідливими речовинами. Зрошувальна камера - це зволожувач повітря, з'єднаний з джерелом води і трубопроводом подавання повітря у приміщення. Недоліком відомої системи є її низькі експлуатаційні якості, такі як: - використання неочищеної водопровідної води, яка містить різні домішки, що знаходяться у завислому стані (дрібні тверді частки вапна, солей кальцію, магнію та інші), які можуть виноситися водонасиченим потоком, забивати форсунки, фільтри і, частково, пройшовши останні, відкладатися на поверхні елементів конструкції, що неприпустимо для повітряного термостатування головних блоків, тому що це може призвести до порушення умов для нормального функціонування ГБ; - можливість попадання крапель вологи на об'єкт, котрий термостатують (космічний апарат), що неприпустимо; - складність і низькі параметри кондиціонування (температура, продуктивність, теплова потужність), внаслідок чого систему неможливо використовувати для забезпечення необхідних температурно-вологісних режимів (ТВР) ГБ. Відомою є зволожувальна установка з кип'ятильником, яка містить бак з водою, регулятор рівня, поплавковий вимикач, регулятор вологості повітря, контактор, датчик вологості (сухий і зволожений термометри опору), паропровід і трубопровід подавання, який з'єднує компресор з кабіною літака (див. книгу "Высотное оборудование самолетов" / Быков Л.Т. и др. - М.: Госиздат оборонпрома, 1958. - С. 90-92, рис. 2.22). Установка має просту конструкцію і нескладність виготовлення. Зволожувальна установка або зволожувач повітря, має кип'ятильник у вигляді ТЕНів. Недоліком відомої установки є її низькі експлуатаційні якості, такі як: - використання неочищеної води, що призводить до забруднення не тільки пари, але і поверхні кип'ятильника (а також внутрішньої поверхні бака), що погіршує теплопередачу від кип'ятильника до води, знижує надійність і ефективність роботи; - можливість попадання крапель вологи на елементи конструкції (апаратуру, прилади, джерела живлення та інше), оскільки насичена пара у баку не зазнає дії ні нагрівання, ні перегрівання, що під час термостатування ГБ неприпустимо, тому що це знижує якість, надійність і ефективність повітряного термостатування; - необхідність надійного змочування одного з термометрів опору, що ускладнює експлуатацію психометричних датчиків і установки в цілому; - необхідність кип'ятити велику кількість води у баку для забезпечення роботи СПТ протягом кількох діб. Відомим є теплообмінний пристрій для перегрівання насиченої пари, який містить теплоізольований корпус з патрубками подавання і відведення пари, де розміщені трубчасті електричні нагрівачі (ТЕНи) з струмопідвідними кінцями, виведеними до камери охолодження, що примикає до корпусу (див. патент РФ №2.062.963, МПК F24H 3/16, 1991 р.). Пристрій має високу герметичність з'єднання елементів і нескладність виготовлення. Недоліком відомого пристрою є її низькі експлуатаційні якості, такі як: - наявність лише одного пароперегрівача недостатня для оптимально можливого термостатування ГБ; - надмірно високі параметри перегрітої пари, які створює пристрій (тиск 0,6-0,8 МПа, температура 350-380 °C), неможливо використовувати для повітряного термостатування. Найближчою до запропонованої по технічному рішенню є вибрана як прототип система повітряного термостатування (СПТ) головного блока ракети за книгою "Космодром" под ред. А.П.Вольского. - М.: Воениздат, 1977. - С. 210-211, рис. 6.2. Дана СПТ містить розміщені на 1 UA 113715 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 агрегаті (башті) обслуговування вентилятори для подавання повітря, фільтр, повітроохолоджувачі першого і другого ступенів, електричний нагрівач, лінію відтавання повітроохолоджувачів, яка містить вентилятор відтавання і електричний нагрівач відтавання, трубопровід подавання і механізм відведення бортового рознімного з'єднувача, холодильний центр, в якому розташовані холодильні машини, розсільні баки для теплоносія, група насосів, система розсільних і водяних трубопроводів з запірно-регулюючою арматурою та пульти керування. СПТ забезпечує витрачання повітря до 4 м/с з температурою від мінус 10 до плюс 40 °C. СПТ може забезпечувати і підтримувати задану температуру термостатуючого повітря, що подають у ГБ. Недоліком відомої системи є її невисокі експлуатаційні якості через неможливість забезпечення і підтримування вологості повітря у потрібному оптимальному діапазоні без штучного зволоження повітря чистою парою, яка не містить крапельну вологу, що знижує якість, надійність і ефективність повітряного термостатування. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції системи повітряного термостатування головного блока ракети, яка б дозволила забезпечити підвищення її експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - джерело води виконується у вигляді резервуара, з'єднаного з трубопроводом подавання, а зволожувач повітря з'єднується з резервуаром за допомогою вертикального трубопроводу з керованою засувкою, при цьому зволожувач повітря виконується у вигляді циліндричної ємності, на котрій монтуються стакан з вертикальним ТЕНом, герметичною кришкою і патрубком для з'єднання з паропроводом, шкала рівня і датчики нижнього і верхнього рівнів, а у нижній частині циліндричної ємності розташовуються горизонтальні ТЕНи, закріплені на її торцевих стінках, що дозволяє підвищити якість і ефективність СПТ. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованій системі повітряного термостатування головного блока ракети, яка містить трубопровід подавання з фільтром і запірно-регулюючою арматурою, котрий з'єднує вхід системи з вертикальним трубопроводом, прокладеним по агрегату обслуговування і з'єднаним з вхідним люком головного блока, повітроохолоджувачі, холодильний центр, трубчасті електричні нагрівачі (ТЕНи), лінію відтавання повітроохолоджувачів, пульт керування і зволожувач повітря, з'єднаний з трубопроводом подавання за допомогою паропроводу і з джерелом води, в ній джерело води виконано у вигляді резервуара, з'єднаного з трубопроводом подавання, а зволожувач повітря з'єднаний з резервуаром за допомогою вертикального трубопроводу з керованою засувкою, при цьому зволожувач повітря виконаний у вигляді циліндричної ємності, на котрій змонтовані стакан з вертикальним ТЕНом, герметичною кришкою і патрубком для з'єднання з паропроводом, шкала рівня і датчики нижнього і верхнього рівнів, а у нижній частині циліндричної ємності розташовані горизонтальні ТЕНи, закріплені на її торцевих стінках. Для пояснення конструкції системи і її роботи додаються креслення і її детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - схема системи повітряного термостатування; - на фіг. 2 - виносний елемент А фіг. 1 (схема розташування трубки, що з'єднує трубопровід подавання з резервуаром); - на фіг. 3 - виносний елемент Б фіг. 1 (схема розташування паропроводу у трубопроводі подавання); - на фіг. 4 - виносний елемент В фіг. 1 (схема зволожувача повітря). Запропонована система містить вентилятор 1, трубопровід 2 подавання з фільтром 3 і запірно-регулюючою арматурою 4, що з'єднує вхід 5 системи з вертикальним трубопроводом 6 з фільтрами тонкої очистки (не зображені), прокладеним по агрегату обслуговування 7 і з'єднаним з вхідним люком 8 ГБ 9, повітроохолоджувачі першого 10 і другого 11 ступенів і зв'язаний з ними холодильний центр 12, електричний нагрівач 13, лінію 14 відтавання повітроохолоджувачів 11, яка включає вентилятор 15 відтавання і електричний нагрівач 16 відтавання, а також пульт керування 17, розташований у холодильному центрі 12 (фіг. 1). СПТ також містить резервуар 18, з'єднаний з трубопроводом 2 подавання, і теплоізольований зволожувач 19 повітря, з'єднаний з резервуаром 18 за допомогою вертикального трубопроводу 20 з керованою засувкою 21. Зволожувач 19 повітря виконаний у вигляді парогенератора, котрий складається з циліндричної ємності з встановленими на ній стаканом 22, шкалою 23 рівня і датчиками нижнього 24 і верхнього 25 рівнів. Циліндрична ємність заповнена дистильованою водою. У нижній частині ємності зволожувача 19 повітря, на її торцевих стінках, закріплені блоки горизонтальних ТЕНів 26. Паронагрівач 27 являє собою вертикальний ТЕН, встановлений 2 UA 113715 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 всередині стакана 22 і закритий герметичною кришкою 28 (фіг. 4). Стакан 22 через вихідний патрубок 29 і паропровід 30 з'єднаний з трубопроводом 2 подавання. СПТ працює по розімкненому циклу, тобто з викиданням повітря назовні. Влітку атмосферне повітря має високі температуру і вологомісткість. Перед подаванням такого повітря на термостатування його необхідно охолодити і осушити. Охолодження повітря відбувається у два етапи: - на першому етапі атмосферне повітря, яке вентилятор 1 засмоктує і подає у трубопровід 2 подавання, проходить через фільтр 3, де він очищується від пилу і бруду, охолоджується у повітроохолоджувачі 10 першого ступеня до температури 2-5 °C за рахунок теплообміну з теплоносієм (27-29 %-ий розчин хлористого кальцію), який надходить з холодильного центру 12. Одночасно відбувається осушення висаджування (до 95 %) вологи, яка міститься у повітрі що засмоктується, стікає в піддон повітроохолоджувача і відводиться; - на другому етапі повітря у повітроохолоджувачі 11 другого ступеня охолоджується до температури нижче 0 °C з випаданням вологи на поверхні повітроохолоджувача у вигляді інею ("снігової шуби"). У міру зменшення перерізу повітроохолоджувача внаслідок утворення інею, подавання повітря з одного повітроохолоджувача перемикають на другий, а для відтавання першого з двох паралельних повітроохолоджувачів 11 вмикається вентилятор 15 відтавання і електричний нагрівач 16 відтавання. Це повітря для термостатування не використовується і викидається через викидний вентиль у атмосферу. Таким чином, охолоджене повітря, після проходження електричного нагрівача 13 (який вмикається у міру необхідності), по трубопроводу 2 подавання і вертикально встановленому трубопроводу 6 (який споряджений фільтрами тонкої очистки) подається через люк 8 на термостатування ГБ 9. Взимку атмосферне повітря має низькі температуру і вологомісткість. У тих випадках, коли відносна вологість не нижче мінімально допустимого значення, наприклад 30 %, повітря, яке подають на термостатування, підігрівається в електричному нагрівачі 13. При цьому для отримання повітря з заданою "точкою роси" воно попередньо може охолоджуватися у повітроохолоджувачах, де відбувається випадання вологи. У всіх випадках (влітку, взимку), коли відносна вологість атмосферного повітря нижче мінімально допустимого значення або виникає необхідність підвищення відносної вологості до допустимого або максимально допустимого значення, запропонована СПТ дозволяє здійснювати необхідне зволоження повітря при будь-яких кліматичних і метеорологічних умовах. До початку роботи трубопровід 2 подавання з'єднують з резервуаром 18, а потім по вертикальному трубопроводу 20 через керовану засувку 21 заповнюють зволожувач 19 повітря дистильованою водою. Керована засувка 21 автоматично стежить за рівнем дистильованої води, вимикаючи горизонтальні ТЕНи 26 при пониженні рівня за сигналом датчика 24 нижнього рівня і відсікаючи подавання дистильованої води у зволожувач 19 повітря за сигналом датчика 25 верхнього рівня. Блоки горизонтальних ТЕНів 26 нагрівають дистильовану воду до температури кипіння. Пара, яка при цьому утворюється, нагрівається (у випадку необхідності перегрівається) у стакані 22 паронагрівачем 27 і через вихідний патрубок 29 подається у паропровід 30 (фіг. 3) і далі, змішуючись з повітрям, що подають вентилятором 1, по трубопроводу 2 подавання і вертикальному трубопроводу 6 поступає на термостатування ГБ 9. Для контролю вологості і температури термостатуючого повітря на агрегаті 7 обслуговування, перед вхідним люком 8 ГБ 9, встановлений термогігрометр 31 (фіг. 1) - датчик температури і вологості (такий самий термогігрометр 32 встановлений на вході 5 у систему). Вторинний прилад (перетворювач) датчика встановлений у холодильному центрі 12 на пульті 17 керування. Резервуар 18 з'єднується з трубопроводом 2 подавання за допомогою трубки 33 (фіг. 2). Запропонована СПТ дозволяє: - мати у резервуарі 18 достатній запас чистої, дистильованої води, яка не містить механічних домішок, що забруднюють пару. Цей запас води забезпечує проведення робіт з ракетою на стартовому комплексі протягом 3-5 діб; - здійснити витискання з резервуару 18 дистильованої води по вертикальному трубопроводу 20 через керовану засувку 21 у зволожувач 19 повітря. Цьому сприяє також те, що резервуар 18 розташований вище зволожувача 19 повітря; - завдяки керованій засувці 21, яка автоматично слідкує за рівнем дистильованої води у зволожувачі 19 повітря, заздалегідь вимкнути горизонтальні ТЕНи 26 за сигналом датчика 24 3 UA 113715 U 5 10 15 20 нижнього рівня і гарантувати їх захист від перегоряння, а також припинити подавання дистильованої води за сигналом датчика 25 верхнього рівня і підтримувати необхідний об'єм для пари, що утворюється. Усе це підвищує якість, надійність, технічний рівень і ефективність СПТ. Шкала 23 рівня дозволяє візуально спостерігати за рівнем дистильованої води у зволожувачі 19 повітря. Використання циліндричної ємності для зволожувача 19 повітря дозволяє у її нижній частині оптимально (наприклад, у шаховому порядку) розташувати блоки горизонтальних ТЕНів 26 і закріпити їх струмопідвідні кінці на торцевих стінках ємності, а всередині стакана 22 встановити паронагрівач 27, що підвищує компактність конструкції і полегшує процес експлуатації. Те, що підвідні кінці горизонтальних ТЕНів 26 закриті зверху герметичною кришкою, підвищує їх надійність і безпечність роботи. З'єднання стакана 22 через верхній патрубок 29 і паропровід 30 з трубопроводом 2 подавання дозволяє надійно зволожити повітря, що подається вентилятором 1. Ділянка трубопроводу 2 подавання від місця введення пари (фіг. 3), у тому числі вертикальний трубопровід 6 з фільтрами тонкого очищення, до термогігрометра 31 слугує камерою змішування пари з повітрям, що також підвищує якість і надійність термостатування. ТЕНи можуть виконуватися за патентом України № 97328и, 2014 р., а агрегат обслуговування - за патентом України № 95815и, 2014 р. Таким чином, запропонована система, яка має просту і надійну конструкцію, забезпечує необхідний ТВР головного блока у діапазонах температур від 5 до 80 °C і відносній вологості від 25 до 85 % при будь-яких кліматичних і метеорологічних умовах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Система повітряного термостатування головного блока ракети, що містить трубопровід подавання з фільтром і запірно-регулюючою арматурою, котрий з'єднує вхід системи з вертикальним трубопроводом, прокладеним по агрегату обслуговування і з'єднаним з вхідним люком головного блока, повітроохолоджувачі, холодильний центр, трубчасті електричні нагрівачі (ТЕНи), лінію відтавання повітроохолоджувачів, пульт керування і зволожувач повітря, з'єднаний з трубопроводом подавання за допомогою паропроводу і з джерелом води, яка відрізняється тим, що джерело води виконано у вигляді резервуара, з'єднаного з трубопроводом подавання, а зволожувач повітря з'єднаний з резервуаром за допомогою вертикального трубопроводу з керованою засувкою, при цьому зволожувач повітря виконаний у вигляді циліндричної ємності, на котрій змонтовані стакан з вертикальним ТЕНом, герметичною кришкою і патрубком для з'єднання з паропроводом, шкала рівня і датчики нижнього і верхнього рівнів, а у нижній частині циліндричної ємності розташовані горизонтальні ТЕНи, закріплені на її торцевих стінках. 4 UA 113715 U 5 UA 113715 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6