一种过冷液甲烷综合系统的制作方法

1.本实用新型涉及低温推进剂加注技术领域，具体涉及一种过冷液甲烷综合系统。


背景技术：

2.随着航天技术的发展，液氧液甲烷低温推进剂已在国内外火箭型号中得到快速应用。作为低温推进剂，液甲烷具有无毒、无污染、生产贮存成本低、热值高等优势，并且甲烷燃烧主要产物是水和二氧化碳，无结焦产物，使火箭发动机可重复性更好，有望成为可回收型火箭中应用最广的推进剂。在过冷液甲烷向火箭贮箱进行加注时，为了避免过冷液甲烷结晶，液甲烷不能停止流动，因此过冷液甲烷流动方向会在进箭管路和排放管路中进行切换。在进箭管路与排放管路切换时，容易发生贮箱内液甲烷回流的隐患。
3.因此，亟需设计一种能够防止过冷液甲烷加注过程反流的综合系统。


技术实现要素：

4.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提供了一种过冷液甲烷综合系统。
5.本实用新型提供的一种过冷液甲烷综合系统至少包括：液甲烷加注系统、液甲烷进箭系统、液甲烷泄回系统和液甲烷排放系统；所述液甲烷进箭系统设有止回装置，通过管路与所述液甲烷加注系统单向连通；所述液甲烷加注系统分别能够通过管路与所述液甲烷泄回系统和所述液甲烷排放系统双向连通；其中，所述液甲烷泄回系统配置为能够将液甲烷泄回至所述液甲烷加注系统或液甲烷排放系统。
6.在一个实施例中，所述液甲烷加注系统包括液甲烷输送源单元、加注管路以及设置于所述加注管路的加注管路调节阀和加注管路截止阀；所述液甲烷输送源单元通过所述加注管路分别与所述液甲烷进箭系统、所述液甲烷泄回系统和所述液甲烷排放系统连接。
7.在一个实施例中，所述液甲烷进箭系统包括火箭甲烷贮箱、进箭管路、以及设置于所述进箭管路的进箭管路截止阀和所述止回装置；所述进箭管路一端与所述火箭甲烷贮箱连接，另一端通过所述加注管路与所述液甲烷输送源单元连接。
8.在一个实施例中，所述液甲烷泄回系统包括泄回管路和设置于所述泄回管路的泄回管路截止阀，所述泄回管路与所述进箭管路并联设置；所述泄回管路一端与所述火箭甲烷贮箱连接，另一端设有第一泄回支路和第二泄回支路；所述第一泄回支路通过所述加注管路与所述液甲烷输送源单元连接，所述第二泄回支路与所述液甲烷排放系统连接。
9.在一个实施例中，所述液甲烷排放系统包括甲烷排放处理单元、排放管路和设置于所述排放管路的排放管路截止阀和排放管路调节阀；所述排放管路一端与所述甲烷排放处理单元连接，另一端分别与所述加注管路和所述第二泄回支路连接。
10.在一个实施例中，所述液甲烷输送源单元至少包括液甲烷贮存容器和过冷器；所述过冷器一端与所述液甲烷贮存容器连接，另一端与所述加注管路连接。
11.在一个实施例中，所述加注管路调节阀设有两个，一个设置于所述液甲烷输送源单元和所述加注管路截止阀之间，另一个靠近所述液甲烷进箭系统设置。
12.在一个实施例中，所述止回装置设置于所述火箭甲烷贮箱上游的所述进箭管路上。
13.在一个实施例中，本实用新型的过冷液甲烷综合系统还包括设置在所述进箭管路的进箭管路调节阀。
14.在一个实施例中，所述排放管路调节阀设置于所述甲烷排放处理单元上游的所述排放管路上。
15.本实用新型的过冷液甲烷综合系统，通过在进箭管路设置止回装置，能够有效防止过冷液甲烷加注过程排放管路和进箭管路切换时，火箭贮箱内液甲烷反向流动进入排放管路的问题，提高了液甲烷加注量控制的可靠性，降低了系统操作人员压力，同时有效规避了液甲烷反向流动造成的过冷液甲烷结晶终止发射任务的风险。当火箭甲烷贮箱内液甲烷需要泄回泄出时，通过断开进箭管路，连通泄回管路，即可以实现进箭管路截止阀前管路排空以及液甲烷泄回泄出操作的顺利开展。
16.在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统的系统图。
19.图2是本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统的第一种结构示意图。
20.图3是本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统的第二种结构示意图。
21.图4是本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统的第三种结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
23.参见图1，本实用新型提供了一种过冷液甲烷综合系统，至少包括液甲烷加注系统1、液甲烷进箭系统2、液甲烷泄回系统3和液甲烷排放系统4。其中，液甲烷进箭系统2设有止回装置，通过管路与液甲烷加注系统1单向连通。
24.液甲烷加注系统1分别能够通过管路与液甲烷泄回系统3和液甲烷排放系统4双向连通。其中，液甲烷泄回系统3配置为能够将液甲烷泄回至液甲烷加注系统1或液甲烷排放系统4。
25.止回装置的流通方向为由液甲烷加注系统1流向液甲烷进箭系统2。鉴于液甲烷进箭系统2设有止回装置，因此，在利用甲烷加注系统1对箭上贮箱进行加注时，调节液甲烷进箭系统2使其被连通后，由液甲烷加注系统1向液甲烷进箭系统2加注的液甲烷能够正常流通。而在过冷液甲烷加注过程与排放过程进行切换时，由于延时性，易出现液甲烷进箭系统2与液甲烷排放系统4同时被连通的情况，若液甲烷进箭系统2内推进剂反向流动进入排放系统，会造成液甲烷加注系统1的管路内过冷液甲烷流量减小甚至停止流动，从而造成过冷液甲烷结晶，导致发射流程终止。因此，利用设置在液甲烷进箭系统2的止回装置，能够有效防止火箭贮箱内液甲烷反向流动至液甲烷排放系统4。
26.具体地，当需要将过冷液甲烷稳定加注到箭上贮箱时，可使液甲烷加注系统1与液甲烷进箭系统2连通，并保持液甲烷泄回系统3和液甲烷排放系统4关闭。
27.当需要将过冷加注工序切换至过冷液甲烷排放工序时，首先打开液甲烷排放系统4，同时关闭液甲烷进箭系统2，在止回装置的单向流动作用下，液甲烷进箭系统2内推进剂不会反向流动进入液甲烷排放系统4。
28.当需要将液甲烷进箭系统2的管路内液甲烷泄回泄出至液甲烷库区或排放系统时，首先保持液甲烷进箭系统2关闭，同时打开液甲烷泄回系统3，可以使液甲烷泄回系统3与液甲烷加注系统1连通，使液甲烷进箭系统2内的甲烷泄回至液甲烷加注系统1。或者，关闭液甲烷进箭系统2和液甲烷加注系统1，打开液甲烷排放系统4，使液甲烷泄回系统3与液甲烷排放系统4连通，使液甲烷进箭系统2管路内的甲烷泄回至液甲烷排放系统4。
29.本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统，通过在液甲烷进箭系统设置止回装置，能够有效防止过冷加注切换至过冷液甲烷排放过程时，火箭贮箱内液甲烷反向流动进入排放管路的问题。提高了液甲烷加注量控制的可靠性，降低了系统操作人员压力，同时有效规避了液甲烷反向流动造成的过冷液甲烷结晶终止发射任务的风险。
30.参见图2，在一个实施例中，液甲烷加注系统包括液甲烷输送源单元11、加注管路12以及设置于加注管路12的加注管路调节阀13和加注管路截止阀14。液甲烷输送源单元指在过冷液甲烷加注过程中，输出过冷液甲烷的单元。液甲烷输送源单元11通过加注管路12分别与液甲烷进箭系统2、液甲烷泄回系统3和液甲烷排放系统4连接。其中，加注管路截止阀14用于控制加注管路12的连通，加注管路调节阀13用于调节加注管路12内的介质流量，也就是控制过冷液甲烷的加注流量。
31.在一个实施例中，液甲烷进箭系统包括火箭甲烷贮箱21、进箭管路22、以及设置于进箭管路22的进箭管路截止阀23和止回装置24。进箭管路22一端与火箭甲烷贮箱21连接，另一端通过加注管路12与液甲烷输送源单元11连接。在对火箭甲烷贮箱21加注过程中，依次通过加注管路12和进箭管路22向火箭贮箱21输送过冷液甲烷。
32.其中，进箭管路截止阀23用于控制进箭管路22的连通，止回装置24用于防止火箭甲烷贮箱21内的甲烷从进箭管路22回流。止回装置24和进箭管路截止阀23可以一同替换具有止回功能的截止阀。
33.继续参见图2，在一个实施例中，液甲烷泄回系统3包括泄回管路31和设置于泄回管路31的泄回管路截止阀32，泄回管路31与进箭管路22并联设置。泄回管路31一端与火箭甲烷贮箱21连接，另一端设有第一泄回支路311和第二泄回支路312。第一泄回支路311通过加注管路12与液甲烷输送源单元11连接，第二泄回支路312与液甲烷排放系统4连接。本实
用新型实施例的过冷液甲烷综合系统，火箭甲烷贮箱内的液甲烷能够通过泄回管路分别泄回至液甲烷输送源单元或者泄出至液甲烷排放系统。
34.在一个实施例中，液甲烷排放系统4包括甲烷排放处理单元41、排放管路42和设置于排放管路42的排放管路截止阀43和排放管路调节阀44。排放管路42一端与甲烷排放处理单元41连接，另一端分别与加注管路12和第二泄回支路312连接。
35.在液甲烷排放工序中，排放管路42与加注管路12连通，通过排放管路42将加注管路12内的液甲烷排放至甲烷排放处理单元41。在液甲烷泄出工序中，排放管路42与第二泄回支路312连通，通过排放管路42将火箭甲烷贮箱21内的液甲烷泄出至甲烷排放处理单元41。
36.进一步地，火箭甲烷贮箱21设有箭上加注阀，排放管路42通过第二泄回支路312和泄回管路31与火箭甲烷贮箱21的箭上加注阀连接，进箭管路22与火箭甲烷贮箱21的箭上加注阀连接。从而，当需要对箭上加注阀前的管路进行排空时，可以关闭箭上加注阀，以防止火箭甲烷贮箱内的液甲烷排出。
37.参见图3，为了优化系统结构布局，减少管路设置，可以将泄回管路31连接在进箭管路22远离火箭甲烷贮箱21的一端。也就是说，泄回管路31与进箭管路22可以共用部分管路，从而火箭甲烷储箱21中的甲烷可以通过泄回管路31、共用的进箭管路的一部分以及排放管路42进入甲烷排放处理单元41。共用管路内的推进剂流向根据工序变化及各阀门切换而进行相应的改变。
38.或者，泄回管路31可以一端与火箭甲烷贮箱21连接，另一端连接至进箭管路截止阀23与止回装置24之间的进箭管路上。
39.本实用新型实施例的过冷液甲烷综合系统，进入过冷液甲烷加注工序之前，进箭管路截止阀23和泄回管路截止阀32处于关闭状态，排放管路截止阀43打开，排放管路调节阀44开度调整至设定值。在压差作用下，液甲烷输送源单元11输出的过冷液甲烷输送至加注管路12，将加注管路调节阀13开度调整至设定值，并打开加注管路截止阀14，过冷液甲烷通过加注管路12进入排放管路42，最后进入甲烷排放处理单元41。为了保持甲烷的顺利排放，甲烷排放处理单元位置的压力为整个系统中最低值。
40.需要说明的是，在过冷加注过程中，为了避免过冷液甲烷结晶，液甲烷不能停止流动，因此过冷液甲烷流动方向在进箭管路和排放管路中切换。即在无需进箭加注工序时，系统需要断开进箭管路，同时打开排放管路，反之过冷液甲烷进箭时，则需要关闭排放管路，连通进箭管路。
41.当过冷液甲烷流量稳定，且温度达到要求后，转换为过冷甲烷加注工序。具体地，首先使泄回管路截止阀32保持关闭状态，关闭排放管路截止阀43的同时，打开进箭管路截止阀23，过冷液甲烷的流动方向由排放管路42转换至进箭管路22，开始对火箭甲烷贮箱21进行液甲烷加注。
42.当火箭甲烷贮箱21中液甲烷加注到要求液位，系统需要停止加注工序。具体地，泄回管路截止阀32仍保持关闭状态，关闭进箭管路截止阀23的同时，打开排放管路截止阀43，过冷液甲烷的流动方向由进箭管路22转换至排放管路42，停止对火箭甲烷贮箱21进行液甲烷加注，使液甲烷输送源单元内的液甲烷通过排放管路42排放至甲烷排放处理单元。
43.进一步地，当需要对火箭甲烷贮箱21的箭上加注阀前管路进行排空，或者需要排
空箭上贮箱时，根据液甲烷泄回泄出的方向不同，可分为泄回至液甲烷输送源单元11和泄出至甲烷排放处理单元41。其中，若为泄回至液甲烷输送源单元11，则打开加注管路截止阀14和泄回管路截止阀32，并关闭排放管路截止阀43。若为泄出至甲烷排放处理单元41，则关闭加注管路截止阀14，并打开排放管路截止阀43和泄回管路截止阀32。
44.在一个实施例中，液甲烷输送源单元11至少包括液甲烷贮存容器和过冷器。过冷器一端与液甲烷贮存容器连接，另一端与加注管路连接，从而保证在过冷加注过程中，液甲烷输送源单元能够输出稳定流量的过冷液甲烷。
45.参见图4，在一个实施例中，加注管路调节阀设有两个，第一加注管路调节阀13设置于液甲烷输送源单元11和加注管路截止阀14之间的加注管路12上，第二加注管路调节阀15靠近进箭管路22设置，通过调节加注管路调节阀的阀门开度控制过冷液甲烷加注流量。
46.在一个实施例中，本实用新型的过冷液甲烷综合系统还包括进箭管路调节阀25。进箭管路调节阀25设置于止回装置24与进箭管路截止阀23之间的进箭管路上。其中止回装置24靠近火箭甲烷贮箱21设置。
47.其中，在一个实施例中，止回装置可以是单向阀或者止回阀。
48.在一个实施例中，排放管路调节阀44设置于甲烷排放处理单元41和排放管路截止阀43之间的排放管路42上。
49.本实用新型的上述实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
50.本实用新型的过冷液甲烷综合系统通过在进箭管路上设置止回装置，可以避免过冷液甲烷加注过程的排放管路和进箭管路切换过程中火箭贮箱内推进剂反向流动，提高了火箭贮箱甲烷加注量控制的可靠性，避免液甲烷燃料浪费。同时该系统也优化了加注流程，减小了系统指挥和操作人员的协同工作压力。此外，本技术实施例的系统避免了由于进箭管路中液甲烷反向流动造成的过冷液甲烷流量减小或者停止流动的问题，降低了由于过冷液甲烷结晶、过冷器冰堵而终止发射流程的风险。
51.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种过冷液甲烷综合系统，其特征在于，至少包括：液甲烷加注系统、液甲烷进箭系统、液甲烷泄回系统和液甲烷排放系统；所述液甲烷进箭系统设有止回装置，通过管路与所述液甲烷加注系统单向连通；所述液甲烷加注系统分别能够通过管路与所述液甲烷泄回系统和所述液甲烷排放系统双向连通；其中，所述液甲烷泄回系统配置为能够将液甲烷泄回至所述液甲烷加注系统或液甲烷排放系统。2.根据权利要求1所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述液甲烷加注系统包括液甲烷输送源单元、加注管路以及设置于所述加注管路的加注管路调节阀和加注管路截止阀；所述液甲烷输送源单元通过所述加注管路分别与所述液甲烷进箭系统、所述液甲烷泄回系统和所述液甲烷排放系统连接。3.根据权利要求2所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述液甲烷进箭系统包括火箭甲烷贮箱、进箭管路、以及设置于所述进箭管路的进箭管路截止阀和所述止回装置；所述进箭管路一端与所述火箭甲烷贮箱连接，另一端通过所述加注管路与所述液甲烷输送源单元连接。4.根据权利要求3所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述液甲烷泄回系统包括泄回管路和设置于所述泄回管路的泄回管路截止阀，所述泄回管路与所述进箭管路并联设置；所述泄回管路一端与所述火箭甲烷贮箱连接，另一端设有第一泄回支路和第二泄回支路；所述第一泄回支路通过所述加注管路与所述液甲烷输送源单元连接，所述第二泄回支路与所述液甲烷排放系统连接。5.根据权利要求4所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述液甲烷排放系统包括甲烷排放处理单元、排放管路和设置于所述排放管路的排放管路截止阀和排放管路调节阀；所述排放管路一端与所述甲烷排放处理单元连接，另一端分别与所述加注管路和所述第二泄回支路连接。6.根据权利要求2所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述液甲烷输送源单元至少包括液甲烷贮存容器和过冷器；所述过冷器一端与所述液甲烷贮存容器连接，另一端与所述加注管路连接。7.根据权利要求2所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述加注管路调节阀设有两个，一个设置于所述液甲烷输送源单元和所述加注管路截止阀之间的加注管路上，另一个靠近所述液甲烷进箭系统设置。8.根据权利要求3所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述止回装置设置于所述火箭甲烷贮箱上游的进箭管路上。9.根据权利要求8所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，还包括设置在所述进箭管路的进箭管路调节阀。10.根据权利要求5所述的过冷液甲烷综合系统，其特征在于，所述排放管路调节阀设置于所述甲烷排放处理单元上游的排放管路上。

技术总结
本实用新型公开了一种过冷液甲烷综合系统，至少包括：液甲烷加注系统、液甲烷进箭系统、液甲烷泄回系统和液甲烷排放系统。所述液甲烷进箭系统设有止回装置，通过管路与所述液甲烷加注系统单向连通；所述液甲烷加注系统分别能够通过管路与所述液甲烷泄回系统和所述液甲烷排放系统双向连通。本实用新型的过冷液甲烷综合系统系统，通过在液甲烷进箭系统设置止回装置，能够有效防止过冷液甲烷加注过程和排放过程切换时火箭贮箱内液甲烷反向流动。排放过程切换时火箭贮箱内液甲烷反向流动。排放过程切换时火箭贮箱内液甲烷反向流动。


技术研发人员：赵玉龙 王辉 周立 秦玲玲 郭岳 樊魁 王军政 陈铁胜
受保护的技术使用者：蓝箭航天空间科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/6/8