一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统以及甲烷大流量全过冷加注方法与流程

本发明属于运载火箭甲烷低温加注领域，涉及一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统以及甲烷全过冷加注方法，尤其涉及一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统以及甲烷大流量全过冷加注方法。

背景技术：

1、甲烷推进剂、液氧推进剂是火箭主要的推进剂，甲烷和液氧过冷可以提高火箭的整体性能，然而当液氧、甲烷加注流量达到5m3/min～10m3/min，依据全过冷要求，需要的过冷器体积较大，进而造成了建设和改造成本高的问题。

2、因此，如何找到一种更加适宜加注系统，以更加经济、高效的方式低温加注运载火箭，已成为业内诸多一线研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统以及甲烷全过冷加注方法。本发明提供的甲烷全过冷加注系统，是一种新的低温推进剂过冷方法，采用较小过冷器，通过小流量回流调温，再开始大流量加注。而且采用的设备简单，可操作和稳定性强，更加适于工业化生产的推广和应用。

2、本发明提供了一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统，包括：

3、液氮容器；

4、与所述液氮容器的第一液相出口相连的第一换热器；

5、所述第一换热器的出口与所述液氮容器的气相进口相连；

6、与所述液氮容器的第二液相出口相连的第一热交换装置；

7、甲烷贮罐a；

8、与所述甲烷贮罐a的第一液相出口相连的第二换热器；

9、所述第二换热器的出口与所述甲烷贮罐a的气相进口相连；

10、与所述甲烷贮罐a的第二液相进出口相连的第一热交换装置；

11、与所述第一热交换装置相连的甲烷贮罐b；

12、与所述甲烷贮罐b相连的甲烷加贮装置。

13、优选的，所述液氮容器的第一液相出口与第一换热器之间设置有调节阀jl2；

14、所述液氮容器的第二液相出口与所述第一热交换装置的冷介质进口相连接；

15、所述液氮容器的第二液相出口与所述第一热交换装置的冷介质进口之间设置有截止阀jf4和截止阀jf6；

16、所述第一热交换装置的冷介质出口设置有截止阀jf13；

17、所述甲烷贮罐a的第一液相出口与第二换热器之间设置有调节阀jl1。

18、优选的，所述第一热交换装置的热介质进口与所述甲烷贮罐a的第二液相进出口相连接；

19、所述第一热交换装置的热介质进口与所述甲烷贮罐a的第二液相进出口之间设置有截止阀jf1和截止阀jf9；

20、所述第一热交换装置的热介质出口与所述甲烷贮罐b的第二液相进出口相连接；

21、所述第一热交换装置的热介质出口与所述甲烷贮罐b的第二液相进出口之间设置有截止阀jf7。

22、优选的，所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口相连接；

23、所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口之间设置有截止阀jf10、截止阀jf11和截止阀jf15；

24、所述甲烷贮罐a的第二液相进出口通过截止阀的开闭实现进口和出口的切换；

25、所述甲烷贮罐b的第二液相进出口通过截止阀的开闭实现进口和出口的切换。

26、优选的，所述甲烷全过冷加注系统还包括第三换热器；

27、所述甲烷贮罐b的第一液相出口与所述第三换热器的进口相连接；

28、所述第三换热器的出口与所述甲烷贮罐b的气相进口相连；

29、所述甲烷贮罐b的第一液相出口与所述第三换热器的进口之间设置有调节阀jl3。

30、优选的，所述甲烷全过冷加注系统还包括第二热交换装置；

31、所述液氮容器的第二液相出口与所述第二热交换装置的冷介质进口相连接；

32、所述液氮容器的第二液相出口与所述第二热交换装置的冷介质进口之间设置有截止阀jf4和截止阀jf5；

33、所述第二热交换装置的冷介质出口设置有截止阀jf14。

34、优选的，所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述第二热交换装置的热介质进口相连接；

35、所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述第二热交换装置的热介质进口之间设置有截止阀jf8和截止阀jf3；

36、所述甲烷贮罐a的第二液相进出口与所述第二热交换装置的热介质出口相连接；

37、所述甲烷贮罐a的第二液相进出口与所述第二热交换装置的热介质出口之间设置有截止阀jf2。

38、优选的，所述甲烷贮罐a的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口相连接；

39、所述甲烷贮罐a的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口之间设置有截止阀jf12、截止阀jf13和截止阀jf15；

40、所述甲烷贮罐a和甲烷贮罐b通过截止阀实现互相倒罐。

41、本发明还提供了一种用于液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注方法，包括以下步骤：

42、1)分别对液氮贮罐和甲烷贮罐a进行增压后，将液氮和甲烷送入第一换热装置中进行换热，得到过冷甲烷，然后送入甲烷贮罐b中；

43、2)将甲烷贮罐b中的过冷甲烷加注到液氧甲烷火箭加注系统的甲烷贮箱中，实现甲烷全过冷加注。

44、优选的，所述第一换热装置包括板翅式换热器；

45、所述增压的方式包括通过换热的方式实现贮罐自身的气相增压液相；

46、所述换热具体为，先将液氮送入第一换热装置中达到指定液位，再将甲烷通入第一换热装置中进行换热；

47、所述第一换热装置的冷却量为1～2m3/min；

48、所述过冷甲烷通过的全过冷量为5～10m3/min。

49、本发明提供了一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统，还提供了一种甲烷全过冷加注方法。与现有技术相比，在液氧甲烷火箭加注系统中，采用本发明提供的加注系统以及大流量甲烷全过冷方法，通过回流降温的方式，能有效的实现甲烷大流量全过冷，而且通过回流降温的方式，能降低甲烷加注系统建设成本。

50、本发明提供的大流量甲烷全过冷方法，是一种新的低温推进剂过冷方法，采用较小过冷器，通过小流量回流调温，再开始大流量加注，采用冷却量为1m3/min～2m3/min的过冷器，过冷后的甲烷通过增压泵加注到贮箱里，使得全过冷量可达到5m3/min～10m3/min，实现了甲烷大流量全过冷加注。

技术特征：

1.一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述液氮容器的第一液相出口与第一换热器之间设置有调节阀jl2；

3.根据权利要求1所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述第一热交换装置的热介质进口与所述甲烷贮罐a的第二液相进出口相连接；

4.根据权利要求1所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口相连接；

5.根据权利要求1所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述甲烷全过冷加注系统还包括第三换热器；

6.根据权利要求1所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述甲烷全过冷加注系统还包括第二热交换装置；

7.根据权利要求6所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述甲烷贮罐b的第二液相进出口与所述第二热交换装置的热介质进口相连接；

8.根据权利要求6所述的甲烷全过冷加注系统，其特征在于，所述甲烷贮罐a的第二液相进出口与所述甲烷加贮装置的进口相连接；

9.一种用于液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的甲烷全过冷加注方法，其特征在于，所述第一换热装置包括板翅式换热器；

技术总结本发明提供了一种液氧甲烷火箭加注系统中的甲烷全过冷加注系统，还提供了一种甲烷全过冷加注方法。在液氧甲烷火箭加注系统中，采用本发明提供的加注系统，通过回流降温的方式，能有效的实现甲烷大流量全过冷，而且通过回流降温的方式，能降低甲烷加注系统建设成本。本发明采用较小过冷器，通过小流量回流调温，再开始大流量加注，采用冷却量为1～2m3/min的过冷器，过冷后的甲烷通过增压泵加注到贮箱里，使得全过冷量可达到5～10m3/min，实现了甲烷大流量全过冷加注。技术研发人员：王学科,杨天梁,郝春哲,何艳,王舒皓,李佳超,田刚,荆慧强,项大林,刘忠明受保护的技术使用者：海南国际商业航天发射有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19