[发明专利]一种氢氧火箭液氢贮箱置换方法

说明书

本发明公开了一种氢氧火箭液氢贮箱的置换方法，采用氢气作为置换介质。所述置换系统由加注阀、上排液阀、上加注阀、下排液阀、下加注阀、吹除电磁阀、放气阀、增压阀、液氢贮箱组成，同时配有吹除系统和气封系统，以降低排放管路氧的含量。针对液氢贮箱容积大、内部结构复杂的特点，采用“上进下出”的置换方法，有效减少了置换次数和置换时间，大幅度降低了试验成本。该方法适用于大型地面液氢贮罐和发射场箭上液氢贮箱的置换。

技术领域

本发明为一种氢氧火箭液氢贮箱的置换方法，用于氢氧运载火箭的动力试验或者用于靶场发射，属于运载火箭地面工程应用领域。

背景技术

氢氧运载火箭在动力系统试验液氢加注前，需要对液氢贮箱进行置换，使贮箱中的氧气、水蒸气、氮气等杂质气体含量降低到试验要求所规定的指标范围内。某型号运载火箭液氢贮箱容积378m³，与其它模块运载火箭相比，除容积较大以外，其内部结构相对复杂，内部安装冷氦气瓶、氦引射预冷系统、循环泵预冷系统、液位测量系统等设备。而为了提高运载能力，火箭贮箱的设计采用薄壁结构，因此只能采用正压置换方法。传统正压置换方法有两种：连续性置换和非连续置换，均采用氦气作为置换介质。在实际操作过程中，存在着不足之处：

(1)由于某型号运载火箭液氢贮箱容积较大，对置换介质氦气的需求量较多，而氦气在我国资源贮量少、含量较底、提取成本高，大量的使用氦气作为介质，造成试验成本大幅度增加。

(2)连续性置换消耗气体介质较多，而非连续性置换用气量小，但操作复杂，填充压力、保压时间、充放气口的位置、放气终止压力等均对非连续置换效果产生影响。

因此，需要设计一种用于液氢贮箱既能减少置换时间和置换次数，又能降低试验成本的置换方法。

发明内容

本发明的技术解决问题：本发明提供了一种液氢贮箱的置换方法，该方法可以减少置换时间、置换次数，同时，采用氢气介质代替氦气介质进行液氢贮箱置换，大幅度降低试验成本，可应用于大型地面液氢贮罐和发射场箭上液氢贮箱的置换。

本发明的技术解决方案：本发明创新采用氢气置换液氢贮箱方法，代替氦气置换的传统方案。由于氢气是一种易燃易爆气体，为了确保置换过程的安全性，采取以下方法进行控制：

(1)液氢贮箱置换前，做气密性试验，确保液氢贮箱及连接管路的密封性，防止液氢贮箱在置换过程中因泄漏引起着火和爆炸。

(2)在氢气置换前，对液氢贮箱做氮气置换，使液氢贮箱H₂O含量小于等于100ppm，O₂含量小于30ppm。此外，在氢气置换时，控制向液氢贮箱填充氢气的流速，使流速不大于252m/s，防止液氢贮箱中氧含量或者局部氧含量较大，充气速度较快，气体高速流动与管路摩擦产生静电引起着火和爆炸。

(3)为避免氢气置换时，因排放管路中氧含量较高，流速较高，摩擦产生静电引起着火和爆炸，在排放氢气前，先用氮气吹除排放管路，在两次置换期间对排放管路进行氮气封。

(4)液氢贮箱氢气置换后，如长时间停放，对液氢贮箱进行终期氦气置换，使贮箱内氢含量小于4％，防止长时间停放，氢气状态的贮箱因雷电等意外因素产生危险。

针对箭上液氢贮箱容积大、内部结构复杂的特点，为了减少置换次数和置换时间，采取的置换方法有：

(1)液氢贮箱置换时，尽量增加内部气体流动，适当提高入口气体速度，但不超过0.2马赫为宜，选取增压口作为液氢贮箱氢气置换入口。

(2)用氢气置换氮气时，先从位置较低的放气口放气，再从位置较高口放气，确保与贮箱连接的管路至少一次放气，以确保盲腔管路气体的置换。