小低温推进剂液相20内的温度分层，使液相温度分布更加均匀;渐扩管9的作用是降低节流后流体出口的速度，防止温度较低的气体或气液两相流体被真空栗I直接抽走；管道ab、管道ah、管道Cd、管道ef、管道gj、管道ij为高真空多层绝热低温液体管道，防止热量进入低温推进剂内；管道km为光滑不锈钢管道，作用是将节流后管内的冷量传递给低温推进剂液相20，使低温贮罐内低温推进剂温度降低；
[0029]所述的减压抽空组件包括管道no，管道η端伸入低温推进剂气相16，管道ο端与外罐19外的加热装置3入口相连，加热装置3出口与第四阀门2入口通过管道pq相连，阀门2出口与真空栗I入口通过管道rs相连，真空栗I出口通过管道tu和大气相通，加热装置3为一个以上并联的加热网，使抽出的气体温度加热至常温，再流过真空栗I，防止真空栗I损坏;第四阀门2为低真空电磁压差充气阀，真空栗I为旋片真空变频栗，其设置有水预冷系统，防止真空栗I损耗。
[0030]所述低温推进剂为液氢、液氧或液态甲烷。
[0031]所述内罐18、外罐19材料为不锈钢。
[0032]所述节流组件视具体的低温推进剂、实际工况选择多套并联使用，增加节流制冷的冷量。
[0033]所述减压抽空组件视具体的低温推进剂、实际工况选择多套并联使用，增加气体排出量。
[0034]本发明的工作原理是:
[0035]内罐18、外罐19之间的隔热，视具体的低温推进剂、实际工况而选择堆积绝热、高真空绝热、真空粉末绝热或高真空多层绝热，防止外界热量侵入低温推进剂内，造成抽空负荷增加，过冷时间延长。
[0036]低温推进剂过冷之前，先打开阀门15，通过移动交通工具将温度处于沸点状态的低温推进剂加注于内罐18内；然后接通加热装置3，启动真空栗1，传感器13将压力信号反馈到人工智能控制器内，通过PID算法控制真空栗I抽速；由于真空栗I不断地往外抽气，使内罐18内气相16压力减小，对应的低温推进剂饱和温度降低，此时，原本气液界面17处热力平衡状态将被打破，气液界面17处开始气化，气化吸热使低温推进剂温度降低到此压力对应的饱和温度时，系统重新进入热力平衡状态，故控制低温贮罐内气相区压力就可实现低温推进剂致冷的目的，该过程叫做减压抽空致冷;与此同时，如果低温推进剂液相20靠自身重力能达到节流装置8需求压力，则关闭阀门4，打开阀门6，如果未能达到节流装置8前端的需求压力时，则需要打开阀门4，关闭阀门6，通过栗5提供压头，达到节流装置8的需求压力。忽略管道km上的压力损失，此时节流装置8压力为内罐18内的气相压力。根据焦耳-汤姆逊效应可知，连续流动的高压流体，在绝热且不对外作功的情况下通过节流阀急剧膨胀到低压时，会引起温度发生变化，故在此通过控制节流装置8两端的压力，使低温推进剂流过节流装置8时，进入致冷区，达到温度降低的目的，并通过管道km和翅片10换热将低温推进剂液相20的热量带走，此过程叫做绝热节流致冷;本发明将减压抽空致冷和绝热节流致冷过程结合在一起，起到了低温推进剂快速过冷的效果，同时通过控制真空栗I的抽速和翅片10的数量，达到了减弱贮罐振动和低温推进剂液相热分层的作用。
[0037]以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种低温推进剂快速过冷装置，包括装有低温推进剂的贮罐组件，低温推进剂在贮罐组件形成气相(16)、气液界面(17)和液相(20)，气相(16)内设有挡板组件，挡板组件下方设有节流组件，挡板组件上方设有减压抽空组件，其特征在于: 所述贮罐组件包括内罐(18)与外罐(19)，内罐(18)与外罐(19)通过一个以上并联的支撑杆(21)相连，管道w穿过内罐(18)与外罐(19)，《端伸入低温推进剂液相(20)底部，V端和第五阀门(15)出口相连，第五阀门(15)入口和大气相通，内罐(18)与固定在外罐(19)上的第六阀门(14)、传感器(13)相连； 所诉挡板组件包括气相(16)内设置的挡板(11)，挡板(11)通过吊杆(12)连接在内罐(18)的内壁上; 所述的节流组件包括管道ab，管道ab的a端侵入低温推进剂液相(20)，b端与第一阀门(4)入口相连，第一阀门(4)出口与栗(5)入口通过管道Cd相连，栗(5)出口与第二阀门(7)入口通过管道ef相连，第二阀门(7)出口通过管道gj和节流装置(8)入口相连，节流装置(8)入口通过管道i j和第三阀门(6)出口连接，阀门(6)入口与管道ah的h端相连，节流装置(8)出口与渐扩管(9)入口通过管道km相连，翅片(10)连接于管道km的外壁面上； 所述的减压抽空组件包括管道no，管道η端伸入低温推进剂气相(16)，管道ο端与外罐(19)外的加热装置(3)入口相连，加热装置(3)出口与第四阀门(2)入口通过管道pq相连，阀门(2)出口与真空栗(I)入口通过管道rs相连，真空栗(I)出口通过管道tu和大气相通。2.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述低温推进剂为液氢、液氧或液态甲烷。3.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述第一阀门(4)为低温截止阀，第三阀门(6)和第二阀门(7)为低温调节阀，第五阀门(15)为低温截止阀，第六阀门(14)为安全排放阀，第四阀门(2)为低真空电磁压差充气阀。4.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述栗(5)为低温离心栗;真空栗(I)为旋片真空变频栗，其设置有水预冷系统，防止真空栗(I)损耗。5.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述节流装置(8)为节流阀。6.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述翅片(10)为铝合金制环形翅片。7.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述管道ab、管道ah、管道Cd、管道ef、管道gj、管道ij、管道vw为高真空多层绝热低温液体管道，管道km、管道no、管道pq、管道rs、管道tu为光滑不锈钢管道。8.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述加热装置(3)为一个以上并联的加热网。9.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述内罐(18)和外罐(19)材料为不锈钢。10.根据权利要求1所述的一种低温推进剂快速过冷装置，其特征在于:所述传感器(13)为压力传感器。
【专利摘要】一种低温推进剂快速过冷装置，包括装有低温推进剂的贮罐组件，低温推进剂在贮罐组件形成气相、气液界面和液相，气相内设有挡板组件，挡板组件下方设有节流组件，挡板组件上方设有减压抽空组件，将减压抽空致冷和绝热节流致冷过程结合在一起，起到了低温推进剂快速过冷的效果，本发明可以将低温推进剂过冷时间大大减少，缩短每发任务准备周期，且可将过冷温度降至近三相点温度，甚至出现浆体液体，为大型运载火箭或重型运载火箭密集、高效的发射提供地面保障和技术支持。
【IPC分类】F25B40/02
【公开号】CN105627638
【申请号】CN201511004824
【发明人】厉彦忠, 谢福寿, 朱康, 王鑫宝, 马原
【申请人】西安交通大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月29日