一种适应单相流体回路的组合温度控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种适应单相流体回路的组合温度控制系统及方法。本发明专利技术的系统包括，变频离心泵，驱动工质在循环管路中流动，并通过调节泵转速调节工质的流量；温控阀，连接变频离心泵，温控阀将流通工质的管路分为第一路管路和第二路管路，第一路管路通过辐射器到达控温点，第二路管路直接到达控温点与第一路管路汇合，温控阀选择性地使第一路管路和/或第二路管路与循环管路连通；冷板，连通控温点的管路，用于为设备散热；加排-供液组件；循环管路，连通上述部件构成循环。本发明专利技术结合阀控模式和泵控模式，有效减轻了系统的重量；采用泵变频调速技术，降低了系统的功耗；同时通过降低泵的转速提高了泵的可靠性，冗余设计也提高了可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天飞行器热控制领域，特别是涉及。
技术介绍
在航天器的热控制领域中，单相流体回路系统是主动热控技术中的一种重要方式，其突出特点是换热能力强、便于结构布局、易于组织内部换热、安全可靠，在国内外的许多航天器上都采用了这项技术。 对于单项流体回路系统的温控方式，目前其采用的方法主要有旁路阀控方式和变频调速泵控方式。 旁路阀控方式是对流体进行温控的常用方法，其基本原理是:将被控温的流体分为两路，第一路通过加热(或冷却)设备，变为高(或低)温流体；而第二路直达控温点，相对经过加热(或冷却)的第一路流体，第二路流体即为低(或高)温流体。这两路流体在控温点前混合。通过在两路流体的分流点设置控制阀，控制冷热两路流体的流量比，再加上适当的控制律，即可在热载、外热流等外部条件不断变动的情况下，将控温点温度控制在冷热两路流体温度之中的任意值。 变频调速泵控方式控温的基本原理是:当航天器内热源与外热流变化时，通过泵变频调速改变整个系统的流量，从而改变流体工质与内热源、外热流的换热量，使得回路控温点处的流体温度在控温目标附近，达到维持整个航天器处于合适的工作温度。 但是，这两种方法在以下几个方面存在不足: 采用旁路阀控方案时: I)由于阀门执行机构为电动执行器，可靠性方面具有不足，为了提高可靠性，航天飞行器用单相流体回路经常采用两个温控阀的主备设计，这会造成系统质量的增加。2)阀门调节温度的线性度难于控制，使得构成的闭环自动控制系统动态特性不理想。3)泵一般按最大热负荷设计、选型，留的余量很大，使得大部分工况下泵都不处于最佳工作点，降低了泵的运行效率，能源消耗也大。 采用变频调速泵控方式控温方案时: 采用泵控方式时，当泵的运行频率下降时，系统流量下降得很快，泵压也快速下降，流量与压力都近似呈线性下降。泵不能长时间在低速的运行。同时，在流量很低时，系统的温度均匀性变差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为:克服现有技术中变频调控方案系统重量增加、线性难于控制，运行效率不高，变频调速泵控方式不能长时间在低速运行，系统的温度均匀性差的问题；提供一种适应单相流体回路的组合温度控制的设计方案，确保航天器在轨阶段和返回阶段的综合热控制。 本专利技术的技术方案为:一种适应单相流体回路的组合温度控制系统，包括:变频离心泵，驱动工质在循环管路中流动，并通过调节泵转速调节工质的流量；温控阀，连接变频离心泵，温控阀将流通工质的管路分为第一路管路和第二路管路，第一路管路通过辐射器到达控温点，第二路管路直接到达控温点与第一路管路汇合，温控阀选择性地使第一路管路和/或第二路管路与循环管路连通；冷板，连通控温点的管路，用于为设备散热；力口排-供液组件，用于工质的加注、排放；循环管路，连通变频离心泵、温控阀、第一路管路和/或第二路管路、控温点、冷板、加排-供液组件，构成循环。 进一步地，还包括，第一加排阀，连通循环管路。 进一步地，加排-供液组件包括连通循环管路的补偿器和连通补偿器的第二加排阀。 进一步地，还包括，回路关断阀，设置在循环管路中。 进一步地，还包括，过滤器，设置在连接变频离心泵的循环管路中。 进一步地，还包括，第一自锁阀，两端与温控阀的两端连通，与温控阀平行设置；第二自锁阀，设置在第二路管路中。 根据本专利技术的另一方面，提供适应单相流体回路的组合温度控制方法，使用上述的系统，选择使用以下模式中的一项:泵控控温模式，全开控温阀，使所有的工质流体均通过辐射器；阀控控温模式，固定变频离心泵的转速，通过调节控温阀的开度进行控温。 进一步地，还包括:智能控温模式，系统启动时采用阀控控温模式，固定变频离心泵的转速为8000转/分，当系统温度达到平衡时，判断温控阀的开度，根据开度情况选择泵控控温模式或是阀控控温模式。 进一步地，智能控温模式当温控阀的开度低于50%时，将系统设置为泵控控温模式，当温控阀的开度高于50%时而低于90%时，系统保持阀控模式不变，当温控阀的开度高于90%时，使变频离心泵处于加速模式，变频离心泵的转速增加到10000转/分，以增加散热能力，控制模式仍采用阀控模式。 本专利技术与现有技术相比的优点在于: 本专利技术基于单相流体回路的组合温度控制方法，在不需要改变航天器外形尺寸和设计方案无需大的改动的前提下，相比传统的阀控方案，本专利技术在不降低系统的可靠性的情况下，减少了一路温控阀的备份，减少了两个自锁阀，有效减轻了系统的重量，本专利技术采用泵变频调速技术，降低了系统的功耗达50%以上。同时通过降低泵的转速，提高了泵的可靠性，冗余设计提高了可靠性。通过以上专利技术设计，能使航天飞行器具有较大的共用性和适用性。 【附图说明】 图1示出了本专利技术的适应单相流体回路的组合温度控制方法的系统结构示意图。 【具体实施方式】 本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的: 设计了一套泵控和阀控的组合控制方法，根据该方法设计了一种单相流体回路系统，泵的电机采用变频调速电机，采用了一路控温阀一路直通自锁阀的方式，整体控制方式有多种组合。 本专利技术设计了多种控温模式，有泵控控温模式、阀控控温模式和智能控温模式。泵控控温模式时正常情况下采用泵控的方式控温，控温阀全开，使所有的流体均通过辐射器；当泵的转速达到最低转速时时，切换到阀控模式，固定泵转速，通过调节阀门的开度进行控温；采用阀控控温模式时，泵的转速固定为最高，通过温控阀控温，该模式使用于设备短时产生大量热需要散发时采用，阀控的响应速度高于泵控，而在温度降下来时恢复到泵控模式；采用智能控温模式时，系统启动时采用阀控控温模式，当系统达到平衡时，判断泵的转速，根据转速情况智能选择泵控或是阀控控温模式。 图1为单相流体回路的组合温度控制方法设计方案，该单相流体回路包括冷板1、第一加排阀2、第一回路关断阀3、第二加排阀4、补偿器5、过滤器6、变频离心泵7、第二回路关断阀8、温控阀9、第一自锁阀10、第二自锁阀11、辐射器12、控温点13和液体循环管路14。 单相流体回路的组合温度控制方法设计方案主要由以下部分组成: I)工质先经过由第一加排阀2、第一回路关断阀3、第二加排阀4、补偿器5 ;其中第二加排阀4连通补偿器5组成加排-供液组件。此加排-供液组件用于回路工质加注、排放、保证泵进口压力和补偿工质热胀冷缩引起的体积变化。 2)此后工质流经泵组件，该泵组件由变频离心泵7、过滤器6及管路连接件组成。该泵组件用于驱动工质流动并调节工质流量，工质流量调节功能主要通过调节泵转速实现。泵组件后还设有第二回路关断阀8。 3)工质通过泵组件后流经温控阀9处分为两路。第一路通过辐射器12到达控温点13，另一路通过旁路直达控温点13再与第一路汇合，旁路中具有第二自锁阀11。两路之间的流量比例由温控阀9控制。温控阀9采用步进电机驱动的电动三通阀，可快速调节流t匕。第一自锁阀10的两端与温控阀9的两端连通。在正常工作模式下，第一自锁阀10关闭，第二自锁阀11打开；而当温控阀故障时，第一自锁阀10打开，第二自锁阀11关闭，所有的工质均通过辐射器12，从而将温控阀9屏蔽掉。 4)通过13控温点的工质进入冷板I用于为设备散热。之后回到回路关断阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应单相流体回路的组合温度控制系统，其特征在于，包括：变频离心泵(7)，驱动工质在循环管路中流动，并通过调节泵转速调节工质的流量；温控阀(9)，连接所述变频离心泵(7)，所述温控阀(9)将流通工质的管路分为第一路管路和第二路管路，所述第一路管路通过辐射器(12)到达控温点(13)，所述第二路管路直接到达所述控温点(13)与所述第一路管路汇合，所述温控阀(9)选择性地使所述第一路管路和/或所述第二路管路与循环管路连通；冷板(1)，连通所述控温点(13)的管路，用于为设备散热；加排‑供液组件，用于工质的加注、排放；循环管路，连通所述变频离心泵(7)、所述温控阀(9)、所述第一路管路和/或所述第二路管路、所述控温点(13)、所述冷板(1)、所述加排‑供液组件，构成循环。

【技术特征摘要】
1.一种适应单相流体回路的组合温度控制系统，其特征在于，包括:变频离心泵(7)，驱动工质在循环管路中流动，并通过调节泵转速调节工质的流量；温控阀(9)，连接所述变频离心泵(7)，所述温控阀(9)将流通工质的管路分为第一路管路和第二路管路，所述第一路管路通过辐射器(12)到达控温点(13)，所述第二路管路直接到达所述控温点(13)与所述第一路管路汇合，所述温控阀(9)选择性地使所述第一路管路和/或所述第二路管路与循环管路连通； 冷板(I)，连通所述控温点(13)的管路，用于为设备散热； 加排-供液组件，用于工质的加注、排放； 循环管路，连通所述变频离心泵(7)、所述温控阀(9)、所述第一路管路和/或所述第二路管路、所述控温点(13)、所述冷板(I)、所述加排-供液组件，构成循环。2.根据权利要求1所述的适应单相流体回路的组合温度控制系统，其特征在于，还包括，第一加排阀(2)，连通所述循环管路。3.根据权利要求1所述的适应单相流体回路的组合温度控制系统，其特征在于，所述加排-供液组件包括连通循环管路的补偿器(5)和连通所述补偿器(5)的第二加排阀(4)。4.根据权利要求1所述的适应单相流体回路的组合温度控制系统，其特征在于，还包括，回路关断阀，设置在所述循环管路中。5.根据权利要求1所述的适应单相流体回路的组合温度控制系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思峰，刘欣，巩萌萌，李彦良，吕建伟，王海英，张少华，杨勇，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11