[發明專利]一種氫氧火箭液氫貯箱置換方法

有效

• 申請號: 201610955358.9
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106567992B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 宋晶晶;孫德;王海峰;王燕娜;趙洪波;楊思鋒;王森
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所
• 主分類號: F17C7/00
• 分類號: F17C7/00;F17C13/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明公開了一種氫氧火箭液氫貯箱的置換方法，采用氫氣作為置換介質。所述置換系統由加注閥、上排液閥、上加注閥、下排液閥、下加注閥、吹除電磁閥、放氣閥、增壓閥、液氫貯箱組成，同時配有吹除系統和氣封系統，以降低排放管路氧的含量。針對液氫貯箱容積大、內部結構復雜的特點，采用“上進下出”的置換方法，有效減少了置換次數和置換時間，大幅度降低了試驗成本。該方法適用于大型地面液氫貯罐和發射場箭上液氫貯箱的置換。

技術領域

本發明為一種氫氧火箭液氫貯箱的置換方法，用于氫氧運載火箭的動力試驗或者用于靶場發射，屬于運載火箭地面工程應用領域。

背景技術

氫氧運載火箭在動力系統試驗液氫加注前，需要對液氫貯箱進行置換，使貯箱中的氧氣、水蒸氣、氮氣等雜質氣體含量降低到試驗要求所規定的指標范圍內。某型號運載火箭液氫貯箱容積378m³，與其它模塊運載火箭相比，除容積較大以外，其內部結構相對復雜，內部安裝冷氦氣瓶、氦引射預冷系統、循環泵預冷系統、液位測量系統等設備。而為了提高運載能力，火箭貯箱的設計采用薄壁結構，因此只能采用正壓置換方法。傳統正壓置換方法有兩種：連續性置換和非連續置換，均采用氦氣作為置換介質。在實際操作過程中，存在著不足之處：

(1)由于某型號運載火箭液氫貯箱容積較大，對置換介質氦氣的需求量較多，而氦氣在我國資源貯量少、含量較底、提取成本高，大量的使用氦氣作為介質，造成試驗成本大幅度增加。

(2)連續性置換消耗氣體介質較多，而非連續性置換用氣量小，但操作復雜，填充壓力、保壓時間、充放氣口的位置、放氣終止壓力等均對非連續置換效果產生影響。

因此，需要設計一種用于液氫貯箱既能減少置換時間和置換次數，又能降低試驗成本的置換方法。

發明內容

本發明的技術解決問題：本發明提供了一種液氫貯箱的置換方法，該方法可以減少置換時間、置換次數，同時，采用氫氣介質代替氦氣介質進行液氫貯箱置換，大幅度降低試驗成本，可應用于大型地面液氫貯罐和發射場箭上液氫貯箱的置換。

本發明的技術解決方案：本發明創新采用氫氣置換液氫貯箱方法，代替氦氣置換的傳統方案。由于氫氣是一種易燃易爆氣體，為了確保置換過程的安全性，采取以下方法進行控制：

(1)液氫貯箱置換前，做氣密性試驗，確保液氫貯箱及連接管路的密封性，防止液氫貯箱在置換過程中因泄漏引起著火和爆炸。

(2)在氫氣置換前，對液氫貯箱做氮氣置換，使液氫貯箱H₂O含量小于等于100ppm，O₂含量小于30ppm。此外，在氫氣置換時，控制向液氫貯箱填充氫氣的流速，使流速不大于252m/s，防止液氫貯箱中氧含量或者局部氧含量較大，充氣速度較快，氣體高速流動與管路摩擦產生靜電引起著火和爆炸。

(3)為避免氫氣置換時，因排放管路中氧含量較高，流速較高，摩擦產生靜電引起著火和爆炸，在排放氫氣前，先用氮氣吹除排放管路，在兩次置換期間對排放管路進行氮氣封。

(4)液氫貯箱氫氣置換后，如長時間停放，對液氫貯箱進行終期氦氣置換，使貯箱內氫含量小于4％，防止長時間停放，氫氣狀態的貯箱因雷電等意外因素產生危險。

針對箭上液氫貯箱容積大、內部結構復雜的特點，為了減少置換次數和置換時間，采取的置換方法有：

(1)液氫貯箱置換時，盡量增加內部氣體流動，適當提高入口氣體速度，但不超過0.2馬赫為宜，選取增壓口作為液氫貯箱氫氣置換入口。

(2)用氫氣置換氮氣時，先從位置較低的放氣口放氣，再從位置較高口放氣，確保與貯箱連接的管路至少一次放氣，以確保盲腔管路氣體的置換。