початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2270788

ЄМНІСТЬ ДЛЯ КРІОГЕННИХ ПАЛИВ

Ім'я винахідника: Семенов В'ячеслав Львович (RU); Клеянкін Генріх Олексійович (RU); Дударєва Ніна Миколаївна (RU); Щекарева Ірина Геннадіївна
Ім'я патентовласника: Федеральне державне унітарне підприємство "Центральний інститут авіаційного моторобудування ім. П.І. Баранова"
Адреса для листування: 111116, Москва, вул. Авиамоторная, 2, ФГУП "ЦИАМ ім. П.І. Баранова", Відділ Інтелектуальної власності
Дата початку дії патенту: 2004.08.23

Винахід відноситься до паливних систем транспортних, зокрема, авіаційно-космічних засобів, а саме до бортовим ємностей для зберігання і подачі криогенного палива, наприклад водню. Пропонована ємність містить герметичний захисний кожух, внутрішній посудину з теплоізоляцією, трубопроводи заправки, дренажу - наддуву і подачі палива, а й забірний пристрій. Внутрішній посудину кріпиться до захисного кожуха на двох опорах, що містять особливо тонкостінні тіла обертання, наприклад, конічної форми з теплозахисними кільцевими проставкамі і екранно-вакуумної теплоізоляцією. Одне з тонкостінних тіл обертання пов'язаний із втулкою, телескопически пов'язаної з циліндром, прикріпленим до внутрішнього судині. Цим забезпечується відносне переміщення внутрішнього судини і захисного кожуха. У кращому варіанті забірний пристрій містить жорстко з'єднані один з одним запірні клапани, сполучені трубопроводами забору палива з порожнинами близько відповідних днищ внутрішнього судини. Ці клапани управляються електропневматичної системою. Технічним результатом винаходу є забезпечення тривалого бездренажного зберігання криогенного палива під час стоянки транспортного засобу, а й безперервного забору палива при знакозмінних прискореннях під час руху.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пропозиція відноситься до системи топлівопітанія транспортних засобів, а саме до бортовим ємностей для зберігання і подачі криогенного палива, наприклад водню при використанні його як енергоносій в транспортних засобах.

Серйозною перешкодою в розробці бортових ємностей для рідкого водню є низька температура кипіння (21 К), висока плинність, пожежо- та вибухонебезпечність. Відомі бортові ємності для рідкого водню ракет-носіїв Сатурн-5 США, "Енергія" Росія, "Аріан-5" Європа [1, 2, 3], в ракетних двигунах яких рідкий водень використовується як пальне компонента палива. Ці ємності представляють собою циліндричні судини з еліптичними днищами. Вони мали досить великі діаметри і довжини і були виготовлені з металу з теплоізоляцією з міцного синтетичного матеріалу, нанесеного на зовнішню поверхню судини.

Недоліком зазначених бортових ємностей є те, що через великі теплопритоков в них не забезпечується бездренажное зберігання водню. Заправка водню в ці ємності проводиться до моменту старту ракети. У цей момент закривається дренажний клапан і відкривається клапан подачі водню з бортовий ємності в ракетні двигуни, які працюють в процесі всього польоту до відділення ступені. Забір водню в таких ємностях проводиться тільки від нижнього днища, так як прискорення ракети при виведенні космічного об'єкта завжди позитивно. Тому ємності такого типу не можуть використовуватися, наприклад, в літаках або автомобілях, де можливі гальмування або тривалі стоянки, для яких потрібно бездренажное зберігання водню.

Найбільш близьким технічним рішенням, обраним за прототип, є ємність для криогенного палива за патентом США №6634519, яка містить герметичний захисний кожух, внутрішній посудину з теплоізоляцією, трубопроводи заправки, дренажу-наддуву і подачі палива, а й забірний пристрій. Внутрішній посудину має циліндричну форму з еліптичними днищами. Стінки внутрішнього судини не мають жорсткої зв'язку зі стінками захисного кожуха. Центрування стінок внутрішнього судини і захисного кожуха здійснюється по шару теплоізоляції. Така конструкція бортовий ємності має істотний недолік, пов'язаний з підвищеними теплоприпливи до стінок внутрішнього судини через багатошарову теплоізоляцію, і, як наслідок цього, час бездренажного зберігання криогенного палива в цій ємності трохи.

Крім цього, відсутність жорсткого зв'язку між внутрішнім посудиною і зовнішнім кожухом не дає можливості експлуатувати цю ємність в транспортних засобах при великих знакозмінних прискореннях і віброперегрузках під час руху. Температурні деформації внутрішнього судини будуть приводити до відшарування теплоізоляції після нечисленних заправок і випорожнень внутрішнього судини.

Пропонована ємність відрізняється від прототипу тим, що внутрішній посудину кріпиться до захисного кожуха на двох опорах, що містять особливо тонкостінні тіла обертання, наприклад, конічної форми з теплозахисними кільцевими проставкамі і екранно-вакуумної теплоізоляцією, причому в одній з опор тонкостінне тіло обертання, закріплене на кожусі, пов'язаний із втулкою, телескопически пов'язаної з циліндром, прикріпленим до внутрішнього судини, що забезпечує відносне переміщення внутрішнього судини і захисного кожуха.

Пропонована ємність і відрізняється тим, що забірний пристрій містить жорстко з'єднані запірні клапани, сполучені з порожнинами біля кожного днища внутрішнього судини і керовані електропневматичної системою.

Завданням даної пропозиції є створення ємності для криогенного палива з тривалим періодом бездренажного зберігання його на борту транспортного засобу і з постійним парканом криогенного палива з ємності незалежно від його перетікань уздовж внутрішнього судини при знакозмінних прискореннях під час руху транспортного засобу.

Технічний результат, що дозволяє істотно знизити теплопритоки до криогенному палива і збільшити час бездренажного зберігання, досягається тим, що ємність для кріогенних палив містить герметичний захисний кожух, внутрішній посудину з теплоізоляцією, трубопроводи заправки, дренажу-наддуву і подачі палива, а й забірний пристрій, при це внутрішній посудину кріпиться до захисного кожуха на двох опорах, що містять особливо тонкостінні тіла обертання, наприклад, конічної форми з теплозахисними кільцевими проставкамі і екранно-вакуумної теплоізоляцією, причому в одній з опор тонкостінне тіло обертання, закріплене на кожусі, пов'язаний із втулкою, телескопически пов'язаної з циліндром, прикріпленим до внутрішнього судини, що забезпечує відносне переміщення внутрішнього судини і захисного кожуха. Технічний результат і досягається тим, що забірний пристрій містить жорстко з'єднані запірні клапани, сполучені з порожнинами біля кожного днища внутрішнього судини і керовані електропневматичної системою.

На фіг.1 зображено поздовжній розріз бортовий ємності для зберігання і подачі криогенного палива.

На фіг.2 показаний поздовжній розріз двохпозиційного забірного пристрою з елементами
бортової системи управління.

На фіг.3 зображена ліва нерухома опора внутрішнього судини. На фіг.4 зображена права
рухома опора внутрішнього судини.

Бортова ємність складається з захисного кожуха 1, внутрішнього судини 2 з екранно-вакуумної теплоізоляцією 3, трубопроводу 4 дренажу-наддуву, трубопроводу 5 подачі палива від двохпозиційного забірного пристрою 6, рухомий опори 7 у вигляді циліндра 8, телескопически входить в циліндричну втулку 9, закріплену на кінці тонкостенного тіла обертання 10, нерухомої опори 11 з тонкостінних тілом обертання 12. на захисному кожусі 1 встановлений штуцер 13 трубопроводу для подачі командного тиску гелію в двопозиційне забірний пристрій 6, штуцер 14 трубопроводу заправки криогенного палива і пускоотсечной клапан 15. у внутрішньому посудині встановлений і рівнемір 16 для контролю рівня палива під час заправки.

Двопозиційне забірний пристрій 6 (фіг.2) має два запірних клапана: клапан 17 для забору криогенного палива від лівого днища і клапан 18 для забору криогенного палива від правого днища. Обидва клапана жорстко пов'язані між собою через циліндричний хвостовик клапана 17 і центруються в напрямних корпусу 19, який забезпечений ущільнювачів сідлами, виконаними з полікарбонату. Клапан 17 розміщений всередині кожуха 20 і герметично з'єднаний з ним через сильфон 21, внутрішня порожнина якого пов'язана зі штуцером 13 подачі командного тиску гелію. У вихідному положенні клапан 17 притиснутий до сідла корпусу 19 пружиною 22. Клапан 18 розміщений в кожусі 23, забезпеченому забірної трубкою, опущеною вниз. При подачі тиску наддуву у внутрішній посудину 2 (фіг.1) через трубопровід 4 клапан 17 відкривається, а клапан 18 закривається. Після цього зміна місць забору кріотопліва здійснюється подачею або скиданням тиску гелію в сильфонну порожнину від бортового Електропневмоклапан 24 за сигналами бортового акселерометра 25. При цьому один з запірних клапанів (17 або 18) відкривається, а інший закривається.

Тонкостінні тіла обертання 10, 12 забезпечені теплоізоляційними кільцевими проставкамі 26, 27, 28, 29, 30 і екранно-вакуумної теплоізоляцією (фіг.3 і фіг.4).

Процес експлуатації ємності на борту транспортного засобу складається з чотирьох операцій:

- Технологічної підготовки ємності до заправних операцій.

- Заправки криогенного палива.

- Зберігання криогенного палива у внутрішньому посудині.

- Видачі криогенного палива споживачу.

В процесі заправки криогенного палива трубопровід заправника приєднується до штуцера 14 трубопроводу заправки і кріогенне паливо подається в нижню частину внутрішнього судини 2. При цьому одночасно відкривається бортовий клапан дренажу (не показаний) на трубопроводі 4. Заповнення внутрішнього судини контролюється по рівнемірів 16 і за сигналами термоелектричних датчиків (не показані), встановлених на поверхні стінки внутрішнього судини 2.

Після закінчення заправки бортові клапани заправки і дренажу закриваються, і кріогенне паливо знаходиться всередині ємності до моменту використання його в двигуні.

При включенні двигуна відкривається пускоотсечной клапан 15 і клапан наддуву ємності (не показаний). При цьому в посудині встановлюється заданий тиск, і кріогенне паливо через клапан 15 подається споживачеві.

В процесі заправки ємності криогенним паливом температура стінок змінюється як мінімум на 250 °, що призводить до термічного звуження в поздовжньому і диаметральном напрямках. У поздовжньому напрямку зміна довжини судини компенсується переміщенням циліндра 8 у втулці 9. У диаметральном напрямку розмір внутрішнього судини змінюється вільно, так як екранно-вакуумна теплоізоляція еластична, а з кожухом в цьому напрямку внутрішній посудину не стикається.

Екранно-вакуумна теплоізоляція стінки і днищ внутрішнього судини, глибокий вакуум всередині захисного кожуха та теплоразделітельние пристрою в опорах до мінімуму знижують теплопритоки до стінок внутрішнього судини, що забезпечує тривалий бездренажное зберігання криогенного палива, наприклад, під час стоянки транспортного засобу або при русі з вимкненим двигуном .

Двопозиційне забірний пристрій 6, кероване електропневматичної системою з клапаном 24, який пов'язаний з акселерометром осьових прискорень 25, забезпечує подачу криогенного палива до двигуна при знакозмінних прискореннях, що викликають перетікання палива всередині судини.

Кілька екземплярів даної конструкції були виготовлені і показали хороші результати при випробуваннях.

ВИКОРИСТОВУВАНА ЛІТЕРАТУРА

1. JASehlke "ZRE Rokitdyne J-2", Astronauties, 1962, vol.7, №2, p.41, 98.

2. ABBeiley, RGGruddace, WARicketson "The application of liquid hydrogen for rokot therd stage of satellite". Journal of the British Interplanetary Society, 1961, vol.18, №5-6, h.203-224.

3. Ariane 5, Cryospase, проспект фірми Аероспасьяль (Aerospatiale), Франція. 2001.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Ємність для кріогенних палив, що містить герметичний захисний кожух, внутрішній посудину з теплоізоляцією, трубопроводи заправки, дренажу-наддуву і подачі палива, а й забірний пристрій, що відрізняється тим, що внутрішній посудину кріпиться до захисного кожуха на двох опорах, що містять особливо тонкостінні тіла обертання , наприклад, конічної форми, забезпечені теплозахисні кільцевими проставкамі і екранно-вакуумної теплоізоляцією, причому в одній з опор вказане тонкостінне тіло обертання, закріплене на кожусі, пов'язаний із втулкою, телескопически пов'язаної з циліндром, прикріпленим до внутрішнього судини, забезпечуючи відносне переміщення внутрішнього судини і захисного кожуха.

2. Ємність по п.1, що відрізняється тим, що забірний пристрій містить жорстко з'єднані один з одним запірні клапани, сполучені з відповідними їм порожнинами близько днищ внутрішнього судини і керовані електропневматичної системою.

Версія для друку
Дата публікації 28.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів