Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统及其控制策略

本发明属于动力系统控制，具体涉及li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，还涉及li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统的控制策略。

背景技术：

1、现有的li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统主要包括的部件为：挤代装置、热管反应器、蒸发器、冷凝器、微型涡轮机、发电机、集液器和泵等。一般启动过程为：锂常温储存在锅炉反应器中，发出点火指令后，挤代装置水箱的截止阀打开，水箱开始向蒸汽发生器8供水，并且启动药柱开始燃烧，反应产生的高温将锂加热到一定温度变为熔融态。存储在氧化剂储箱的六氟化硫氧化剂通过调节器进入锅炉反应器，与熔融态金属锂快速反应放出大量的热量，产生的部分能量将反应器壁螺旋管中的水工质加热成过热蒸汽，部分能量将锂逐渐加热到工作温度，产生的过热蒸汽进入涡轮机开始工作。在这一过程中，锅炉反应器的温度可能上升较慢，会导致螺旋管内的水不能及时蒸发，锅炉反应器出口处会有液态水进入到涡轮机中，无法推动涡轮机做功，导致系统启动失败，并且挤代装置截止阀的打开和关闭时间、氧化剂开始供应时间及流量和启动药柱点火时间等均会对系统正常启动产生较大影响。总之，li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统的启动过程存在较多问题，会严重影响动力系统的安全启动和安全可靠持续工作。

2、现有的li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统的稳定运行控制调节已经较为成熟，但对启动过程的控制和调节研究较少，且试验调控所需成本昂贵。与动力系统稳定工作不同的是，启动过程更加复杂，如果锅炉反应器的温度上升较慢，会导致螺旋管内的水不能及时蒸发，锅炉反应器出口处会有液态水进入到涡轮机中，使得涡轮机无法输出轴功，导致系统启动失败，因此对于启动过程控制逻辑正确与否直接决定动力系统能否安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，解决了现有的系统启动过程复杂、启动控制不稳定的问题。

2、本发明的另一目的是提供li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，能够实现动力系统的安全启动且能够可靠持续工作。

3、本发明所采用的第一个技术方案是，li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，包括蒸汽发生器，蒸汽发生器内连接锅炉反应器，锅炉反应器内放置锂块，锅炉反应器通过阀门控制结构连接内置sf_6的氧化剂储舱，锅炉反应器内连接启动药柱，蒸汽发生器入口处通过管道连接供水结构，出口处通过管道连接至正对涡轮机叶片处，锅炉反应器外壁连接温度传感器，温度传感器、启动药柱、阀门控制结构、供水结构均连接启动控制模块，涡轮机同轴连接负载。

4、本发明的特点还在于：

5、供水结构包括挤代装置水箱，挤代装置水箱连接高压气瓶，挤代装置水箱出口处通过水管a连接蒸汽发生器入口处，水管a上连接挤代装置水箱截止阀，蒸汽发生器入口处还依次连接水管b、供水泵、水管c、集液器、水管d、冷凝器、水管e，水管e连接涡轮机底部，涡轮机与供水泵通过减速器连接，水管c上连接集液器截止阀，集液器截止阀、挤代装置水箱截止阀均连接启动控制模块。

6、集液器底部通过水管f连接蒸汽发生器入口处，水管f上连接溢流阀，溢流阀连接启动控制模块。

7、阀门控制结构包括氧化剂管道，氧化剂管道一端连接氧化剂储舱，另一端连接氧化剂喷嘴，氧化剂喷嘴连接锅炉反应器，氧化剂管道上连接氧化剂储舱截止阀、氧化剂流量调节阀，氧化剂储舱截止阀、氧化剂流量调节阀均连接启动控制模块。

8、启动控制模块包括启动电池，启动电池连接控制组件，控制组件连接温度传感器、启动药柱、阀门控制结构、供水结构。

9、蒸汽发生器内包含螺旋管，通过螺旋管连接供水结构，螺旋管另一端即为蒸汽发生器的出口。

10、本发明所采用的第二个技术方案是，li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，使用li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，包括：

11、通过启动控制模块使启动药柱点火，产生高温高压燃气，使燃烧室内锂块融化，通过温度传感器检测，当锅炉反应器外壁温度达到li/sf_6反应温度时，通过启动控制模块开启阀门控制结构，使氧化剂储舱内的sf_6进入燃烧室，与燃烧室内的熔融态锂反应并释放大量的热量，当温度超过500℃时，启动控制模块控制供水结构向蒸汽发生器的入口处供水，在蒸汽发生器出口处输出水蒸气，进入涡轮机做功。

12、启动控制模块控制供水结构向蒸汽发生器的入口处供水具体过程为：供水启动时，通过启动控制模块关闭集液器截止阀，开启挤代装置水箱截止阀，通过高压气瓶向挤代装置水箱中施压，将挤代装置水箱中的水挤压至蒸汽发生器内，当蒸汽发生器出口处产生水蒸气，进入涡轮机做功，同时启动供水泵，打开集液器截止阀，将集液器中水输送至蒸汽发生器，高压气瓶内压力降低，当挤代装置水箱内压力低于挤代装置水箱截止阀打开压力，自动关闭挤代装置水箱截止阀。

13、集液器底部通过水管f连接蒸汽发生器入口处，水管f上连接溢流阀，溢流阀连接启动控制模块；启动供水泵后，通过启动控制模块开启溢流阀。

14、本发明有益效果是：

15、本发明li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，通过温度传感器进行温度监控，通过多个截止阀实现不同管路的压力调节，通过启动过程温度/压力的调控，使系统安全启动并进行安全可靠的持续工作。

16、按照本发明li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，通过启动控制模块控制阀门开关，能够实现循环动力系统的安全启动并进行安全可靠的持续工作，且便于人为进行远程控制。

技术特征：

1.li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，包括蒸汽发生器(8)，所述蒸汽发生器(8)内连接锅炉反应器(18)，所述锅炉反应器(18)内放置锂块(21)，所述锅炉反应器(18)通过阀门控制结构连接内置sf_6的氧化剂储舱(3)，所述锅炉反应器(18)内连接启动药柱(19)，所述蒸汽发生器(8)入口处通过管道连接供水结构，出口处通过管道连接至正对涡轮机(9)叶片处，所述锅炉反应器(18)外壁连接温度传感器(17)，温度传感器(17)、启动药柱(19)、阀门控制结构、供水结构均连接启动控制模块，所述涡轮机(9)同轴连接负载(10)。

2.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，所述供水结构包括挤代装置水箱(5)，所述挤代装置水箱(5)连接高压气瓶(4)，所述挤代装置水箱(5)出口处通过水管a连接蒸汽发生器(8)入口处，所述水管a上连接挤代装置水箱截止阀(7)，所述蒸汽发生器(8)入口处还依次连接水管b、供水泵(14)、水管c、集液器(12)、水管d、冷凝器(11)、水管e，所述水管e连接涡轮机(9)底部，所述涡轮机(9)与供水泵(14)通过减速器连接，所述水管c上连接集液器截止阀(13)，所述集液器截止阀(13)、挤代装置水箱截止阀(7)均连接启动控制模块。

3.根据权利要求2所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，所述集液器(12)底部通过水管f连接蒸汽发生器(8)入口处，所述水管f上连接溢流阀(15)，所述溢流阀(15)连接启动控制模块。

4.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，所述阀门控制结构包括氧化剂管道，所述氧化剂管道一端连接氧化剂储舱(3)，另一端连接氧化剂喷嘴(16)，所述氧化剂喷嘴(16)连接锅炉反应器(18)，所述氧化剂管道上连接氧化剂储舱截止阀(6)、氧化剂流量调节阀(20)，所述氧化剂储舱截止阀(6)、氧化剂流量调节阀(20)均连接启动控制模块。

5.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，所述启动控制模块包括启动电池(1)，所述启动电池(1)连接控制组件(2)，所述控制组件(2)连接温度传感器(17)、启动药柱(19)、阀门控制结构、供水结构。

6.根据权利要求1所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，其特征在于，所述蒸汽发生器(8)内包含螺旋管，通过所述螺旋管连接供水结构，螺旋管另一端即为蒸汽发生器(8)的出口。

7.li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，其特征在于，使用权利要求2所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统，包括：

8.根据权利要求7所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，其特征在于，所述启动控制模块控制供水结构向蒸汽发生器(8)的入口处供水具体过程为：供水启动时，通过启动控制模块关闭集液器截止阀(13)，开启挤代装置水箱截止阀(7)，通过高压气瓶(4)向挤代装置水箱(5)中施压，将挤代装置水箱(5)中的水挤压至蒸汽发生器(8)内，当蒸汽发生器(8)出口处产生水蒸气，进入涡轮机(9)做功，同时启动供水泵(14)，打开集液器截止阀(13)，将集液器(12)中水输送至蒸汽发生器(8)，高压气瓶(4)内压力降低，当挤代装置水箱(5)内压力低于挤代装置水箱截止阀(7)打开压力，自动关闭挤代装置水箱截止阀(7)。

9.根据权利要求8所述li/sf_6金属燃料闭式循环动力系统控制策略，其特征在于，所述集液器(12)底部通过水管f连接蒸汽发生器(8)入口处，所述水管f上连接溢流阀(15)，所述溢流阀(15)连接启动控制模块；启动供水泵(14)后，通过启动控制模块开启溢流阀(15)。

技术总结
本发明公开了Li/SF_6金属燃料闭式循环动力系统，包括内连接锅炉反应器的蒸汽发生器，锅炉反应器内放置锂块，锅炉反应器通过阀门连接内置SF_6的氧化剂储舱，锅炉反应器内连接启动药柱，蒸汽发生器入口处通过管道连接供水结构，出口处通过管道连接至正对涡轮机，锅炉反应器外壁连接温度传感器，温度传感器、启动药柱、阀门控制结构、供水结构均连接启动控制模块。通过温度传感器进行温度监控，通过多个截止阀实现不同管路的压力调节，通过启动过程温度/压力的调控，使系统安全、稳定启动。本发明控制策略，通过启动控制模块控制阀门开关，能够实现循环动力系统的安全启动并进行安全可靠的持续工作，且便于人为进行远程控制。

技术研发人员：秦侃,张宇航,党建军,罗凯,李代金,黄闯
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21