一种多用途便携式液态氧化亚氮加注系统及使用方法与流程

本发明属于加注系统，特别涉及一种多用途便携式液态氧化亚氮加注系统及使用方法。

背景技术：

1、随着环境保护的加强，航天领域的工程师们迫切需求一种绿色推剂来代替现有的肼类有毒推进剂。氧化亚氮作为一种绿色无毒推进剂，因其饱和压力高，可采用自增压方式供应推进剂，且绝热分解温度较高，可作为单组元和双组元发动机的推进剂，其具有无毒、相容性好、操作方便等优点，受到了国内外工程师的青睐，是未来航天领域主流的推进剂之一，未来会形成大量的以氧化亚氮为推进剂的航天发动机、燃气发生器等动力产品，因此开发适用于氧化亚氮推进剂的试验设备、加注系统等研制保障设备，对氧化亚氮动力产品的研制意义重大。

2、推进剂加注系统是火箭发射场及航天发动机地面热试车试验场主要的保障设备之一，通过加注系统将推进剂注入试验用的非标储罐中，储罐中的推进剂会根据需要被供给至动力产品内输出能量。调研现有的加注系统方面相关专利发现：有毒的肼类推进剂加注系统结构简单，但仅能加注单一状态(气态或液态)的推进剂；低温液氧液氢推进剂加注系统保温性优良，但系统结构过于复杂，便携性较差；常温燃料类推进剂的加注系统耐酸碱能力较差，由于氧化亚氮具有一定的弱酸性，使用时存在泄漏风险，因此需要一种专门为氧化亚氮一类低绝对温度、高饱和蒸汽压且具有一定酸碱性的介质所用的加注系统。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题是提供一种多用途便携式液态氧化亚氮加注系统，具备多相态氧化亚氮推进剂加注能力，解决了现有系统仅能加注单一状态(气态或液态)的推进剂以及现有系统结构复杂，便携性较差、耐酸碱能力较差的问题。

2、本发明采用的技术方案是：一种多用途便携式液态氧化亚氮加注系统，包括输入系统、增压装置和输出系统以及真空处理系统，所述输入系统包括两条管路系统，一条是液态氧化亚氮输入管路，另一条是泵用工艺气输入管路，所述液态氧化亚氮输入管路的起始端连接气瓶，管路上依次安装有无油过滤器、加注系统总阀门、禁油压力/温度数显表，管路末端连接到增压装置上；所述泵用工艺气输入管路的起始端连接泵用工艺气输出接口，管路上依次安装有过滤器、泵用工艺气控制阀、压力数显表、泵用节流阀，管路末端连接到增压装置上；所述输出系统总路的始端连接于增压装置上，所述输出系统总路末端分成三条支路管路系统，一条支路上装有泄压阀，一条是液态氧化亚氮贮箱管路，另一条是气态氧化亚氮贮箱管路，所述液态氧化亚氮贮箱管路上依次安装有液路加注控制阀、液介质流量计、液介质禁油压力/温度数显表、液介质加注服务阀、液介质加排阀，路末端连接到液态贮箱上；所述气态氧化亚氮贮箱管路上依次安装有气路加注控制阀、蒸发器、气介质流量计、气介质禁油压力/温度数显表、气介质加注服务阀、气介质加排阀，路末端连接到气态贮箱上；所述真空处理系统包括抽真空模块和抽真空模块控制阀，所述真空处理系统通过管路分别与气态贮箱和液态贮箱连接。

3、优选的，所述输出系统总路上安装有压力反馈阀，所述压力反馈阀用于抑制倒流情况，无人值守时当输入系统的介质耗光而出现介质倒流的情况时压力反馈阀因下游压力大于上游压力而自动关闭。

4、优选的，所述输出系统总路上安装有禁油安全阀，当加注过程中出现超压情况，禁油安全阀自动打开对加注系统进行泄压。

5、优选的，所述液态氧化亚氮输入管路起始端为两个并联的分支管路，一个是小容量输入端，包括放置于气瓶翻转车上的40l氧化亚氮气瓶，气瓶出口通过气瓶输入接头连接到液态氧化亚氮输入管路上，另一个是大容量输入端，包括杜瓦瓶，杜瓦瓶出口通过杜瓦瓶输入接头连接到液态氧化亚氮输入管路上。

6、优选的，所述加注系统管路及管路上各个结构之间的密封结构采用金属硬密封，非金属密封副材料选用聚四氟乙烯和耐酸性胶料。

7、优选的，所述增压装置为氧化亚氮专用增压泵。

8、使用一种多用途便携式液态氧化亚氮加注系统加注氧化亚氮推进剂的操作方法为：

9、步骤1、加注前的检查：检查加注系统，保证加注系统气密良好，各阀门处于关闭状态；

10、步骤2、输入系统的选择：根据氧化亚氮加注需求，选择合适的液态氧化亚氮输入源

11、步骤2.1、当加注量较小时，选择小容量输入端进行加注，置放气瓶时先通过气瓶翻转车将气瓶倒置，保证气瓶中的液态氧化亚氮从出口流出，然后连接气瓶输入接头，打开气瓶的通断阀门；

12、步骤2.2、当加注量较大时，选择大容量输入端进行加注，连接杜瓦瓶输入接头，打开杜瓦瓶通断阀门；

13、步骤3、泵用工艺气的输入：接入规定压力的泵用工艺气，工艺气通过过滤器进行过滤，输送至泵用工艺气控制阀前，打开泵用工艺气控制阀，观察压力数显表是否为规定压力，调节泵用节流阀，选择符合标准的氧化亚氮专用增压泵泵给速度；

14、步骤4、贮箱的真空处理：将液态贮箱、气态贮箱与真空处理系统连接，打开抽真空模块控制阀，对液态贮箱和气态贮箱进行抽真空，液态贮箱、气态贮箱满足压力要求后，关闭抽真空模块控制阀；

15、步骤5、输入：打开加注系统总阀门，液体氧化亚氮流入氧化亚氮专用增压泵，通过禁油压力/温度数显表监控流入氧化亚氮专用增压泵的压力和温度，液体氧化亚氮通过氧化亚氮专用增压泵进行增压至规定压力；

16、步骤6、氧化亚氮相态的选择：根据使用需要，选择加注液态氧化亚氮或气态氧化亚氮；

17、步骤6.1、加注液态氧化亚氮：保持泄压阀、气路加注控制阀关闭，打开液路加注控制阀，增压后的氧化亚氮流经液介质流量计、液介质禁油压力/温度数显表、液介质加注服务阀和液介质加排阀进入液态贮箱；加注过程中，通过液介质流量计监控液体氧化亚氮的流量和标定加注量，通过液介质禁油压力/温度数显表监控液体氧化亚氮的温度和压力，通过液介质加注服务阀与液介质加排阀的快速插拔功能实现液态贮箱与加注系统的连接，加注完毕后，断开液介质加注服务阀和液介质加排阀，关闭氧化亚氮专用增压泵，关闭加注系统总阀门，打开泄压阀，泄出管路内残余的液态氧化亚氮，关闭液路加注控制阀，关闭泄压阀，关闭气瓶或杜瓦瓶的通断阀门，断开气瓶输入接头或杜瓦瓶输入接头；

18、步骤6.2、加注气态氧化亚氮：保持泄压阀、液路加注控制阀关闭，打开气路加注控制阀，增压后的氧化亚氮流经蒸发器、气介质流量计、气介质禁油压力/温度数显表进入气介质加注服务阀；加注过程中，通过气介质流量计监控气体氧化亚氮的流量和标定加注量，通过气介质禁油压力/温度数显表监控气体氧化亚氮的温度和压力，通过气介质加注服务阀与气介质加排阀的快速插拔功能实现气态贮箱与加注系统的连接，加注完毕后，断开气介质加注服务阀和气介质加排阀，关闭氧化亚氮专用增压泵，关闭加注系统总阀门，打开泄压阀，泄出管路内残余的气态氧化亚氮，关闭气路加注控制阀，关闭泄压阀，关闭气瓶或杜瓦瓶的通断阀门，断开气瓶输入接头或杜瓦瓶输入接头。

19、优选的，所述操作过程中当液态氧化亚氮输入系统的气瓶或杜瓦瓶中推进剂在无人值守的情况下消耗干净后压力反馈阀自动因下游压力大于上游压力而关闭。

20、优选的，所述操作过程中当加注过程中有超压情况，禁油安全阀自动打开，对加注系统进行泄压。

21、本发明的有益效果是：本发明结构紧凑，体积小巧，具有以下优点：

22、(1)本发明的液态氧化亚氮输入源不仅可以连接大容量杜瓦瓶，在加注量较小的情况下，也可使用倒置状态的40l标准气瓶，气瓶倒置采用常规的气瓶翻转车即可，该技术关键点可以根据需要对贮箱进行加注，降低加注过程中的推进剂多耗量，降低成本。

23、(2)考虑无人值守时，当输入源的介质耗光时易出现介质倒流的情况，本发明采用压力反馈阀抑制倒流情况，防止因倒流产生的安全风险。

24、(3)本发明具备多相态氧化亚氮推进剂加注能力。因气态氧化亚氮和液态氧化亚氮均可作为氧化剂使用，因此使用者可根据需要，通过本发明进行气态和液态氧化亚氮的加注操作。

25、(4)本发明采用流量计对氧化亚氮的加注速度和加注量进行监控，相比常规的称重法，本发明对加注参数的控制更加精确。

26、(5)考虑到氧化亚氮具有弱氧化性，本发明的密封结构均采用金属硬密封，非金属密封副材料选用聚四氟乙烯，耐酸性胶料。