[发明专利]一种用于大尺寸多节液氦热沉的液氦输送系统及转级方法

说明书

技术领域

本发明属于真空科学技术领域，本发明涉及一种用于大尺寸多节液氦热沉的液氦输送系统及液氦热沉由液氮向液氦转级的方法，应用于发动机真空羽流试验研究中。

背景技术

真空羽流效应试验系统主要用于航天姿、轨控发动机羽流试验研究，可对电推进发动机或化学推进发动机的真空羽流效应进行模拟试验，为了有效模拟发动机在真空深冷环境中的工作状态，发动机羽流试验时对舱内环境真空要求非常苛刻，如极低的背景环境温度（零下260度以下）、超高的环境真空度（1.0E-6Pa）。为满足上述真空深冷的试验需求，需要在舱内布置大量液氦热沉，同时往液氦热沉通入超低温液氦制冷，这就需要配置符合羽流试验需求的液氦输送系统。

液氦输送系统的主要作用是为舱内液氦热沉提供液氦制冷，使液氦热沉温度低于10K并保持液氦热沉温度均匀，用于吸附舱内液氮热沉无法吸附的气体，保持舱内极高的真空度和极低的低温环境，用于模拟发动机工作时羽流真实的太空环境。

目前，除了真空羽流效应试验系统外，国内还没有专门用于研究发动机羽流试验的大型真空环境模拟试验设备，且传统的低温模拟都靠液氮制冷来实现，最低温度只能达到液氮温区（77K），无法吸附发动机羽流气体（氮气、氧气、氢气等），也就无法保证高的环境真空度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种用于大尺寸多节液氦热沉的液氦输送系统及转级方法，解决了发动机羽流试验时对环境真空的需求。

本发明提供的一种用于大尺寸多节液氦热沉的液氦输送系统，包括：热沉系统、液氮供应系统、氮气供应系统、氦气供应系统和液氦供应系统。

热沉系统包括大门液氦热沉、舱体前部液氦热沉、舱体后部液氦热沉、封头液氦热沉、羽流吸附泵、大门液氮热沉、舱体前部液氮热沉、舱体后部液氮热沉和封头液氮热沉；大门液氮热沉、大门液氦热沉、舱体前部液氮热沉、舱体后部液氮热沉、封头液氦热沉与封头液氮热沉依次由前至后设置；舱体前部液氦热沉设置在舱体前部液氮热沉内部，舱体后部液氦热沉设置在舱体后部液氮热沉内部；羽流吸附泵设置在舱体后部液氦热沉内部，用来吸附羽流气体。

液氮供应系统包括向液氮热沉提供液氮制冷的液氮输液系统，以及初期向液氦热沉和羽流吸附泵提供液氮预冷的液氮输液系统。

向液氦热沉和羽流吸附泵提供液氮预冷的液氮输液系统包括：液氮贮槽A、第一液氮调节阀、第二液氮调节阀、第三液氮调节阀、第四液氮调节阀、第五液氮调节阀及连接管路。第一液氮调节阀、第二液氮调节阀、第三液氮调节阀、第四液氮调节阀和第五液氮调节阀被集成在液氮冷箱中，液氮冷箱内部采用珍珠岩绝热。液氮贮槽A通过三通管路并行连接第一液氮调节阀、第二液氮调节阀、第三液氮调节阀、第四液氮调节阀和第五液氮调节阀，第一液氮调节阀通过管路最终与大门液氦热沉的入口连接，第二液氮调节阀通过管路最终与舱体前部液氦热沉的入口连接，第三液氮调节阀通过管路最终与舱体后部液氦热沉的入口连接，第四液氮调节阀通过管路最终与封头液氦热沉的入口连接，第五液氮调节阀通过管路最终与羽流吸附泵的入口相连。

向液氮热沉提供液氮制冷的液氮输液系统包括液氮贮槽B、第一液氮手阀、第二液氮手阀、第三液氮手阀、第四液氮手阀及连接管路，液氮贮槽B左侧通过管路连接第一液氮手阀，最终与大门液氮热沉的入口相连；液氮贮槽B右侧通过三通管路并行连接第二液氮手阀、第三液氮手阀和第四液氮手阀，第二液氮手阀通过管路最终与舱体前部液氮热沉的入口连接，第三液氮手阀通过管路最终与舱体后部液氮热沉的入口相连，第四液氮手阀通过管路最终与封头液氮热沉的入口相连。

液氦供应系统向液氦热沉提供液氦制冷，包括液氦槽车、第一液氦手阀、第一液氦调节阀、第二液氦调节阀、第三液氦调节阀、第四液氦调节阀、第五液氦调节阀及连接管路。第一液氦调节阀、第二液氦调节阀、第三液氦调节阀、第四液氦调节阀和第五液氦调节阀被集成在液氦冷箱中，液氦冷箱外壁采用双层不锈钢，中间抽真空。液氦槽车通过第一液氦手阀分别并行连接第一液氦调节阀、第二液氦调节阀、第三液氦调节阀、第四液氦调节阀和第五液氦调节阀。第一液氦调节阀通过管路最终与大门液氦热沉的入口连接，第二液氦调节阀通过管路最终与舱体前部液氦热沉的入口连接，第三液氦调节阀通过管路最终与舱体后部液氦热沉的入口连接，第四液氦调节阀通过管路最终与封头液氦热沉的入口连接，第五液氦调节阀通过管路最终与羽流吸附泵的入口相连。第一液氦手阀用于控制液氦槽车的出液量。