一种高压超临界氦贮罐制造技术

本发明专利技术涉及一种高压超临界氦贮罐，特别涉及一种可贮存高压力超临界态氦的贮罐，用于运载火箭及深空运载器的超临界氦增压系统，属于航天推进剂增压技术领域。本发明专利技术提出的高压超临界氦贮罐结构采用球形双层真空结构，在保证结构强度的同时将贮罐内液氦与外界之间的热传导、热辐射及对流换热降至最低程度。经计算，这种结构的贮罐在3MPa的工作压力下可以将日蒸发量控制在1.5%（常温环境下）以内，满足绝大部分运载火箭及探测器的待发要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种高压超临界氦贮罐，特别涉及一种可贮存高压力超临界态氦的贮罐，用于运载火箭及深空运载器的超临界氦增压系统，属于航天推进剂增压
。本专利技术提出的高压超临界氦贮罐结构采用球形双层真空结构，在保证结构强度的同时将贮罐内液氦与外界之间的热传导、热辐射及对流换热降至最低程度。经计算，这种结构的贮罐在3MPa的工作压力下可以将日蒸发量控制在1.5%（常温环境下）以内，满足绝大部分运载火箭及探测器的待发要求。【专利说明】一种高压超临界氦贮罐
本专利技术涉及一种高压超临界氦贮罐，特别涉及一种可贮存高压力超临界态氦的贮罐，用于运载火箭及深空运载器的超临界氦增压系统，属于航天推进剂增压
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技术介绍
超临界氦增压系统属于液体贮存汽化增压的一种，由于采用了高密度的超临界氦作为贮存介质，可以有效减少增压系统的重量、提升运载能力。随着重型运载火箭及深空探测器的发展，超临界氦增压系统高效、可靠、安全等优点也日益明显。超临界氦贮罐是超临界氦增压系统的核心部件，在具有高强度、高绝热、良好的振动环境适应性的前提下，还需要尽可能的实现轻质化设计，技术含量较高且具有广阔的潜在应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提出一种高压超临界氦贮罐，该氦贮罐具有轻质化、高可靠性、高绝热性能的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种高压超临界氦贮罐，包括内壳、外壳、绝热层、加注管路、供应管路、加注阀、供应阀、增压管路、排出管路、排气阀、高压安全阀、压力传感器、抽空管路、真空计、抽空阀、低压安全阀、液位计、消能器、温度传感器Tl、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6 ；内壳和外壳通过支撑结构固定连接，内壳和外壳之间有夹层,夹层内抽真空，内壳的外表面上包覆有绝热层；加注管路用于在预冷和加注阶段向内壳内加注工质，加注管路上有加注阀；供应管路用于在工作阶段排出内壳中的液氦，液氦经加热后送至推进剂贮箱进行增压，供应管路上有供应阀；加注管路和供应管路在外壳中可合并，以减少漏热；增压管路用于在工作阶段内向内壳中补充常温氦气，使内壳中的液氦保持在超临界状态，为了避免常温氦气直接冲击液氦，在增压管路的末端设置有消能器；排出管路用于在预冷和加注阶段排出内壳中的气体，在排出管路上并联有排气阀、高压安全阀和压力传感器；高压安全阀的作用是防止内壳内工质压力过高；抽空管路用于对内壳和外壳之间的夹层抽真空，在抽空管路上并联有真空计、抽空阀和低压安全阀，低压安全阀的作用是当内壳破裂时，防止由于工质流入夹层中升温导致的夹层内压力过高；液位计用于在预冷和加注阶段监测内壳中工质液位，可采用触点式液位计或压差式液位计；温度传感器Tl、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6用于监测内壳中工质的温度分布,一般沿内壳的中心轴均勻分布；所述的加注管路、供应管路、增压管路和排出管路均采用盘绕内壳的方式增加在夹层中的长度，以增加热阻、减少漏热；所述的绝热层可采用玻璃纤维绝热纸、镀铝低温薄膜或铝箔，或是由其中至少两种组分层叠而成；所述的内壳为钛合金材料；所述的外壳根据使用压力不同可采用钛合金或铝合金；所述的外壳的内表面进行抛光或镀覆处理，镀覆处理时的镀层采用金、银或者铜等具有闻反射率的材料；所述的内壳和外壳之间的支撑结构为上下支撑柱或三点式支撑；支撑架构的材料为玻璃纤维、Kel-F或者钛合金等具有低导热率的材料，支撑架构的横断面应为T型或圆环形以减少热传导面积。有益效果本专利技术提出的高压超临界氦贮罐结构采用球形双层真空结构，在保证结构强度的同时将贮罐内液氦与外界之间的热传导、热辐射及对流换热降至最低程度。经计算，这种结构的贮罐在3MPa的工作压力下可以将日蒸发量控制在1.5% (常温环境下)以内，满足绝大部分运载火箭及探测器的待发要求。本专利技术提出的高压超临界氦贮罐结构已经过地面试验验证，并作为核心部件应用于超临界氦增压技术大型地面试验中。试验表明，贮罐安全可靠、绝热性能良好，且具有进一步优化的潜力。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例一种高压超临界氦贮罐，包括内壳1、外壳2、绝热层3、加注管路4、供应管路5、加注阀6、供应阀7、增压管路8、排出管路9、排气阀10、高压安全阀11、压力传感器12、抽空管路13、真空计14、抽空阀15、低压安全阀16、液位计17、消能器18、温度传感器Tl、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6 ；内壳I和外壳2通过支撑结构固定连接，内壳I和外壳2之间有夹层，夹层内抽真空，内壳I的外表面上包覆有绝热层3 ；加注管路4用于在预冷和加注阶段向内壳I内加注工质，加注管路4上有加注阀6 ；供应管路5用于在工作阶段排出内壳I中的液氦，液氦经加热后送至推进剂贮箱进行增压，供应管路5上有供应阀7 ；加注管路4和供应管路5在外壳2中可合并，以减少漏热；增压管路8用于在工作阶段内向内壳I中补充常温氦气，使内壳I中的液氦保持在超临界状态，为了避免常温氦气直接冲击液氦，在增压管路8的末端设置有消能器18 ；排出管路9用于在预冷和加注阶段排出内壳I中的气体，在排出管路9上并联有排气阀10、高压安全阀11和压力传感器12 ;高压安全阀11的作用是防止内壳I内工质压力过高，高压安全阀11的打开压力为2.5MPa ；抽空管路13用于对内壳I和外壳2之间的夹层抽真空，在抽空管路13上并联有真空计14、抽空阀15和低压安全阀16，低压安全阀16的作用是当内壳I破裂时，防止由于工质流入夹层中升温导致的夹层内压力过高，低压安全阀16的打开压力约0.2MPa ；液位计17用于在预冷和加注阶段监测内壳I中工质液位，可采用触点式液位计或压差式液位计；温度传感器Tl、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6用于监测内壳I中工质的温度分布，一般沿内壳I的中心轴均匀分布。所述的加注管路4、供应管路5、增压管路8和排出管路9均采用盘绕内壳I的方式增加在夹层中的长度，以增加热阻、减少漏热；所述的绝热层3采用玻璃纤维绝热纸和镀铝低温薄膜层叠而成；所述的内壳I为钛合金材料，内径为600mm，有效容积为113L ；所述的外壳2采用钛合金，内径为700mm ;所述的外壳2的内表面进行镀覆处理，镀层采用金；所述的内壳I和外壳2之间的支撑结构为三点式支撑；支撑架构的材料为玻璃纤维，支撑架构的横断面应为圆环形。工作过程:打开加注阀6和排气阀10，通过加注管路4向内壳I中注入液氮进行预冷，并通过排出管路9排出气化的氮气；预冷12个小时后，关闭加注阀6，通过增压管路8向内壳I中充入高纯氮气将内壳I中残余液氮排出；排出完成后关闭排气阀10，通过增压管路8向内壳I中充入高纯氦气至0.15MPa (表压)，然后打开排气阀10排出内壳I中气体，重复此置换过程5次；完成氦气与氮气的置换后，打开加注阀6，通过加注管路4向内壳I中加注液氦，同时通过液位计17及温度传感器Tl?T6监测内壳I中液位及温度分布；加注至105L时关闭加注阀6和排气阀10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压超临界氦贮罐，其特征在于：包括内壳（1）、外壳（2）、绝热层（3）、加注管路（4）、供应管路（5）、加注阀（6）、供应阀（7）、增压管路（8）、排出管路（9）、排气阀（10）、高压安全阀（11）、压力传感器（12）、抽空管路（13）、真空计（14）、抽空阀（15）、低压安全阀（16）、液位计（17）、温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6；内壳（1）和外壳（2）通过支撑结构固定连接，内壳（1）和外壳（2）之间有夹层，夹层内抽真空，内壳（1）的外表面上包覆有绝热层（3）；加注管路（4）用于在预冷和加注阶段向内壳（1）内加注工质，加注管路（4）上有加注阀（6）；供应管路（5）用于在工作阶段排出内壳（1）中的液氦，供应管路（5）上有供应阀（7）；增压管路（8）用于在工作阶段内向内壳（1）中补充常温氦气；排出管路（9）用于在预冷和加注阶段排出内壳（1）中的气体，在排出管路（9）上并联有排气阀（10）、高压安全阀（11）和压力传感器（12）；抽空管路（13）用于对内壳（1）和外壳（2）之间的夹层抽真空，在抽空管路（13）上并联有真空计（14）、抽空阀（15）和低压安全阀（16）；液位计（17）用于在预冷和加注阶段监测内壳（1）中工质液位；温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6用于监测内壳（1）中工质的温度分布。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：满满，张立强，帅彤，周浩洋，王洪锐，许光，覃乐，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：