[发明专利]用于大抽速深冷系统的液氦外流程系统设计

说明书

【技术领域】

本发明涉及用于模拟真空深冷环境所必需的低温外流程系统设计。本发明特别用于模拟大抽速超高真空深冷环境所必需的液氦外流程系统设计。

【背景技术】

为了保证各种航天器能成功地发射，可靠地运行及圆满地完成各种预定的任务及顺利地返回地面，必须建立地面热真空环境模拟试验设备，而低温液体外流程输送系统则是地面真空环境模拟试验设备的重要组成部分。

目前，国内外的热真空环境模拟试验设备大都采用液氮外流程进行制冷，用以模拟太空的冷黑环境，但对于要求有大放气量、大抽速的系统，能够模拟的真空度不高，只能模拟100km以下的环境压力。随着中国航天迅猛的发展，大放气量载人航天的需要，火箭发动机羽流试验的需求，采用液氮外流程进行制冷已经无法达到要求，这就要求必须采用液氦外流程进行制冷，其可模拟100km以上的环境压力，更接近于真实的真空深冷环境。液氦系统可使真空容器内部静态真空度达到10^-6～10^-7Pa，比现有液氮系统所能达到的静态真空度高出1～2个数量级。

对于有大放气量的大抽速深冷系统来说，液氦用量非常大，如北航研制的大型羽流试验系统，其液氦热沉面积200m²，为减轻热胀冷缩影响，将液氦热沉沿着舱体轴向分为4段，每次试验消耗的液氦量为5～6m³，试验时间5～6个小时。根据市场调查，液氦资源稀缺，需从美国进口，进口后被分装在500L的液氦罐中，且国内500L的液氦罐数量众多，运输也方便，且液氦罐租用费用不高，不用自己购买液氦罐，节省费用。根据市场调研结果，考虑运输方便，针对500L液氦罐设计了液氦外流程系统。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种简单、可靠、实用的用于模拟超高真空深冷环境的液氦外流程系统设计。本发明要解决的问题是，系统采用开式方法提供液氦制冷；每路液氦热沉管路液氦流量均可调；系统设备简单；一次性投资小；试验过程中可以方便地补充液氦或切换液氦罐而不影响试验进行；液氦系统长时间正常工作时，除补充液氦或切换液氦罐外，可自动运行，无需人工调节；液氦系统在液氦热沉管路出口处设有安全阀，供管路压力过高时放气用。

图1所示的用于大抽速深冷系统的液氦外流程系统设计，包括热沉(1、2、3、4、5、6、7、9)、快速接头(8)、液位计(11)、温度计(10)、500L液氦罐(12)、氦气瓶(13)、流量计(14)、低温液氮阀(V1)、低温液氮阀(V2)、低温液氦调节阀(V3)、常温气氦手阀(V4)、低温液氦调节阀(V5)、常温气氦手阀(V6)、低温液氦调节阀(V7)、常温气氦手阀(V8)、低温液氦调节阀(V9)、常温气氦手阀(V10)、常温气氦减压阀(V11)、液氦管路安全阀(V12)、总放空阀(V13)、液氦管路安全阀(V14)、真空杜瓦管道.用快速接头连接液氦外流程系统和地面真空环境模拟试验舱，以使液氦管路与舱内的热沉管路相通.液氦从舱体下部流进、上部流出.

图2所示的快速接头连接方式为承插结构，包括活动法兰(1)、密封圈(2)、固定法兰(3)、阻尼套(4)、真空层(5)、热沉管路(6)、杜瓦插管(7)。

本发明的用于深冷系统的一种简单液氦外流程系统供应方法具有的优点和积极效果在于：(1)采用了开式方法提供液氦制冷，成本低，设备简单，使用方便；(2)采用500L液氦罐供液，运输方便，租用价格低廉；(3)液氦热沉管路出口处设有安全阀，可保证系统运行的安全；(4)液氦系统工作前，先利用廉价液氮预冷，避免了昂贵液氦的浪费；(5)采用快速接头切换液氮供应管路和液氦供应管路，使液氮和液氦实现了物理隔离，避免切换过程中液氦冷漏现象的出现；(6)试验过程中可以方便地补充液氦或切换液氦罐而不影响试验进行；(7)液氮、液氦排放管路公用，使阀门部件数量减少，节约成本；(8)每路液氦热沉管路液氦流量均可调节，保证热沉降温的均匀性，可有效减小液氦用量；(9)液氦热沉出口处管路上安装有温度计，用以监控每路热沉出口处流体的温度；(10)该方法具有较为广泛的应用范围，通用性强。可以应用于各种用于深冷系统的低温液体外流程系统的供给。

【附图说明】

图1是开式液氦外流程系统原理图

图2是快速接头(承插结构)

【具体实施方法】

下面结合附图用实施例来进一步说明本发明。