[发明专利]一种液氢温区高压氦气的获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种液氢温区高压氦气的获取方法，主要用于氢氧火箭低温贮箱冷氦增压系统地面试验，可模拟火箭液氢贮箱中低温高压氦气获取和使用过程的特性，属于低温火箭贮箱增压输送系统试验技术。

背景技术

我国CZ-XX系列运载火箭X子级发动机采用液氢液氧作为推进剂，其液氧箱气枕压力采用冷氦压调器控制。由于冷氦压调器结构复杂、加工及全面检测难度大、存在一定的故障隐患，因而其难以适应该系列火箭高密度发射需求。随着低温高压冷氦电磁阀技术的日益成熟，研制了一套由电磁阀和孔板组合的冷氦增压系统，以取代冷氦压调器。为调整新增压系统相关参数并充分验证其可靠性，需要开展全面的研制及验证试验，因此，有效的模拟火箭上液氢温区高压氦气气源状态及使用过程特性是该项目试验的关键技术之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是：采用易于实现的办法，达到箭上低温高压氦气制备的目的，提高地面试验的安全性，并降低试验成本。

本发明的技术方案是：一种液氢温区高压氦气的获取方法，所运用的装置由氦气入口管路、液氮换热器、低温手动阀、氦气出口管路、低温电磁阀、上集气环、钛瓶、下集气环、液氢杜瓦组成，如图1所示。常温高压氦气经液氮换热器降温至液氮温区后，经过低温手动阀门和上集气环进入浸泡于液氢中的钛瓶内，瓶内氦气通过钛瓶壁面与液氢换热，经过一段时间的充气与热交换，瓶内氦气温度最低可达21K，压力可达21MPa，之后可通过氦气出口管路和低温电磁阀为用户提供低温气体，在对外提供气体过程中，钛瓶内气体温度进一步降低，当流量在60g/s、瓶内压力降低至6MPa时，氦气温度可低至15K。钛瓶上、下均设置开口，通径为8mm，上口与上集气环联接，下口与下集气环连接，当某1个或数个钛瓶的开口之一在充放气过程中由于异物堵塞使口径变小、或完全封堵，气体可以通过该气瓶的另一开口，进行充放气，提高了试验系统的冗余程度和可靠性。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明使用真空粉末绝热的液氢杜瓦浸泡高压钛瓶，且在杜瓦内加注完液氢后，为钛瓶充装经液氮换热器降温后的氦气，可减少由于容器漏热和氦气降温引起的液氢蒸发，一天内接连开展两次试验而无需进行液氢补加，从而减少了液氢的消耗，且第一次试验结束时瓶内剩余的氦气在第二次试验中可继续使用，减少了氦气的消耗，节约试验经费。

(2)本发明中，由于操作程序优化，冷氦钛瓶可重复充放气及常温-低温循环使用18次，并确保钛瓶安全，提高了钛瓶的使用效率，节约了试验成本。

(3)本发明中钛瓶上、下均设置开口，通径为8mm，上口与上集气环联接，下口与下集气环连接，当某1个或数个钛瓶的开口之一在充放气过程中由于异物堵塞，使口径变小或完全封堵，气体可以通过该气瓶的另一开口进行充放气，提高了试验系统的冗余程度和可靠性。

(4)本发明中通过钛瓶壁面换热，氦气温度降低至液氢饱和温度后，通过放气可使钛瓶内气体温度进一步降低，当氦气流量为60g/s、压力由21MPa将至6MPa时，瓶氦气温度可低至15K。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图中：1.氦气入口管路、2.液氮换热器、3.低温手动阀、4.氦气出口管路、5.低温电磁阀、6.上集气环、7.钛瓶、8.下集气环、9.液氢杜瓦。

具体实施方式

如图1所示，本发明所使用的装置，主要由氦气入口管路1、液氮换热器2、低温手动阀3、氦气出口管路4、低温电磁阀5、上集气环6、钛瓶7、下集气环8、液氢杜瓦9组成。本发明的液氢温区氦气制备过程为，首先打开低温手动阀3，常温高压氦气经过氦气入口管路1、液氮换热器2、上集气环6进入钛瓶7，增压至5MPa，然后关闭低温手动阀3，对液氮换热器2、液氢杜瓦9分别加注液氮和液氢，接着打开低温手动阀3继续为钛瓶7充气，至压力略高于21MPa后关闭低温手动阀3，使钛瓶7及其内氦气静置浸泡于液氢中，随着热交换进行，钛瓶7内氦气温度和压力都将降低，重复充气和静置过程，直至钛瓶7内氦气压力稳定在21MPa不再有明显下降趋势，此时液氢温区21MPa氦气已制备完成，可打开低温电磁阀5，通过氦气出口管路4为用户提供低温氦气。当所需氦气温度低于21K时，可在21MPa氦气制备完成后，先打开低温电磁阀5进行放气，氦气温度降低至所需值时，即可使用。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。