[发明专利]一种高压超临界氦贮罐

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压超临界氦贮罐，特别涉及一种可贮存高压力超临界态氦的贮罐，用于运载火箭及深空运载器的超临界氦增压系统，属于航天推进剂增压技术领域。

背景技术

超临界氦增压系统属于液体贮存汽化增压的一种，由于采用了高密度的超临界氦作为贮存介质，可以有效减少增压系统的重量、提升运载能力。随着重型运载火箭及深空探测器的发展，超临界氦增压系统高效、可靠、安全等优点也日益明显。

超临界氦贮罐是超临界氦增压系统的核心部件，在具有高强度、高绝热、良好的振动环境适应性的前提下，还需要尽可能的实现轻质化设计，技术含量较高且具有广阔的潜在应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种高压超临界氦贮罐，该氦贮罐具有轻质化、高可靠性、高绝热性能的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种高压超临界氦贮罐，包括内壳、外壳、绝热层、加注管路、供应管路、加注阀、供应阀、增压管路、排出管路、排气阀、高压安全阀、压力传感器、抽空管路、真空计、抽空阀、低压安全阀、液位计、消能器、温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6；

内壳和外壳通过支撑结构固定连接，内壳和外壳之间有夹层，夹层内抽真空，内壳的外表面上包覆有绝热层；

加注管路用于在预冷和加注阶段向内壳内加注工质，加注管路上有加注阀；

供应管路用于在工作阶段排出内壳中的液氦，液氦经加热后送至推进剂贮箱进行增压，供应管路上有供应阀；

加注管路和供应管路在外壳中可合并，以减少漏热；

增压管路用于在工作阶段内向内壳中补充常温氦气，使内壳中的液氦保持在超临界状态，为了避免常温氦气直接冲击液氦，在增压管路的末端设置有消能器；

排出管路用于在预冷和加注阶段排出内壳中的气体，在排出管路上并联有排气阀、高压安全阀和压力传感器；高压安全阀的作用是防止内壳内工质压力过高；

抽空管路用于对内壳和外壳之间的夹层抽真空，在抽空管路上并联有真空计、抽空阀和低压安全阀，低压安全阀的作用是当内壳破裂时，防止由于工质流入夹层中升温导致的夹层内压力过高；

液位计用于在预冷和加注阶段监测内壳中工质液位，可采用触点式液位计或压差式液位计；

温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6用于监测内壳中工质的温度分布，一般沿内壳的中心轴均匀分布；

所述的加注管路、供应管路、增压管路和排出管路均采用盘绕内壳的方式增加在夹层中的长度，以增加热阻、减少漏热；

所述的绝热层可采用玻璃纤维绝热纸、镀铝低温薄膜或铝箔，或是由其中至少两种组分层叠而成；

所述的内壳为钛合金材料；

所述的外壳根据使用压力不同可采用钛合金或铝合金；

所述的外壳的内表面进行抛光或镀覆处理，镀覆处理时的镀层采用金、银或者铜等具有高反射率的材料；

所述的内壳和外壳之间的支撑结构为上下支撑柱或三点式支撑；支撑架构的材料为玻璃纤维、Kel-F或者钛合金等具有低导热率的材料，支撑架构的横断面应为T型或圆环形以减少热传导面积。

有益效果

本发明提出的高压超临界氦贮罐结构采用球形双层真空结构，在保证结构强度的同时将贮罐内液氦与外界之间的热传导、热辐射及对流换热降至最低程度。经计算，这种结构的贮罐在3MPa的工作压力下可以将日蒸发量控制在1.5%（常温环境下）以内，满足绝大部分运载火箭及探测器的待发要求。

本发明提出的高压超临界氦贮罐结构已经过地面试验验证，并作为核心部件应用于超临界氦增压技术大型地面试验中。试验表明，贮罐安全可靠、绝热性能良好，且具有进一步优化的潜力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

一种高压超临界氦贮罐，包括内壳1、外壳2、绝热层3、加注管路4、供应管路5、加注阀6、供应阀7、增压管路8、排出管路9、排气阀10、高压安全阀11、压力传感器12、抽空管路13、真空计14、抽空阀15、低压安全阀16、液位计17、消能器18、温度传感器T1、温度传感器T2、温度传感器T3、温度传感器T4、温度传感器T5和温度传感器T6；