一种火箭可燃推进剂加注平台及加注方法与流程

1.本发明涉及火箭低温可燃推进剂加注技术领域，具体涉及一种火箭可燃推进剂加注平台及加注方法。


背景技术：

2.航天火箭的发射周期存在不确定性,而发射场地一般比较偏远，不适宜长期留守，且环境恶劣，设备常年暴露在自然环境中，也容易导致设备的老化甚至故障，因此设备维护难度很大。目前对于氧化推进剂的加注平台已有相关产品，但是对于易燃易爆的低温推进剂模块化设计加注平台仍是空白。
3.因此，需要设计一种可移动且便于运输及安装的加注平台，满足低温易燃易爆介质的远程加注，保证加注过程安全性的前提下以降低对各设备的维护难度。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于低温易燃易爆介质的加注系统模块化设计存在易燃、易爆等风险，现有加注设备常年暴露在自然环境中，容易导致设备的老化甚至故障，维护存在较大困难，从而提供一种火箭可燃推进剂加注平台及加注方法。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
6.一种火箭可燃推进剂加注平台，至少包括：本体，呈箱式结构；燃料输送单元，设置在所述本体内，所述燃料输送单元的入口端适于与外部的燃料源相连，所述燃料输送单元的出口端适于与火箭的加料口相连；氮气供气单元，设置在所述本体内，所述氮气供气单元的入口端适于与外部的氮气源相连，所述氮气供气单元的出口端与所述燃料输送单元对应设置，适于提供燃料加注过程所需的置换用气。
7.进一步地，所述燃料输送单元包括燃料输送管路，所述燃料输送管路的一端适于与外部的燃料源相连，另一端适于与火箭的加料口相连；所述燃料输送管路上间隔设置有第一切断阀与调节阀，所述燃料输送管路位于所述第一切断阀与所述调节阀之间的管体上设置有第一置换接口；所述氮气供气单元包括第一置换管路，所述第一置换管路的一端适于与外部的氮气源相连，另一端与所述第一置换接口相连。
8.进一步地，所述燃料输送单元还包括泄出管路，所述燃料输送管路位于所述第一切断阀与所述调节阀之间的管体上设置有泄出接口，所述泄出管路的一端与所述泄出接口相连，另一端适于与外部的排放设施相连；所述泄出管路上设置有第二切断阀。
9.进一步地，所述燃料输送单元还包括取样管路，所述燃料输送管路位于所述第一切断阀与所述调节阀之间的管体上设置有取样接口，所述取样管路的一端与所述取样接口相连，另一端适于与外部的取样设备相连。
10.进一步地，所述燃料输送单元还包括高点放气管路，一端与所述泄出管路相连，另一端适于与加注外线管路的放气口相连通；其中，所述高点放气管路与所述泄出管路的连接口位于所述第二切断阀远离所述泄出接口的一侧。
11.进一步地，所述氮气供气单元还包括第二置换管路，所述泄出管路的管体上设置有第二置换接口，所述第二置换接口位于所述第二切断阀远离所述泄出接口的一侧；所述第二置换管路的一端适于与外部的氮气源相连，另一端与所述第二置换接口相连。
12.进一步地，所述燃料输送管路包括多个燃料输出支管，不同的所述燃料输出支管适于与火箭上不同级的相同燃料的加料口相连；每个所述燃料输出支管上均设置有所述第一切断阀、调节阀以及所述第一置换接口；对应的，所述第一置换管路包括多个第一置换支管，所述第一置换支管与所述燃料输出支管一一对应设置。
13.进一步地，所述氮气供气单元还包括阀门控制气体管路，所述阀门控制气体管路的一端适于与外部的氮气源相连，另一端与所述第一切断阀及所述调节阀相连，适于提供所述第一切断阀及所述调节阀切换工作状态所需的气体。
14.一种火箭可燃推进剂加注方法，包括如下步骤：使第一置换管路、第二置换管路以及阀门控制气体管路内充满氮气，并将气压调至目标值；检查第一切断阀、第二切断阀以及调节阀的动作是否正常，由第一置换管路或第二置换管路为燃料输送单元供气，以测试设备的气密性；通过第一置换管路或第二置换管路对燃料输送管路与泄出管路内的气体进行置换；通过取样管路对燃料输送管路内的气体进行取样化验；化验合格后进行燃料加注。
15.进一步地，所述化验合格后进行燃料加注具体包括：小流量预冷，打开燃料输送管路上的第一切断阀，并通过调节阀调节加注流量，关注加注温度，如果外线管路有局部高点，存在不满流情况，对相应的高点放气进行预冷；预冷完成后，通过调节阀调节加注流量，控制加注速度，开始正式加注；加注完成后，通过泄出管路，将燃料输送管路内的多余燃料泄出至外部的排放设施；泄出完成后，将燃料输送管路上第一切断阀至火箭之间的管路置换为氮气状态。
16.本发明技术方案，具有如下优点：
17.本发明提供的火箭加注平台，本体呈箱式结构，燃料输送单元与氮气供气单元均集成撬装在本体内，以便于移动、运输以及安装，避免设备常年暴露在自然环境中，从而防止设备老化及发生故障，有利于降低设备的维护难度及维护成本。并且，设置有氮气供气单元，可以提供燃料加注过程所需的置换用气，降低低温易燃易爆介质的加注系统模块化设计存在易燃、易爆的风险。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例中的火箭加注平台的结构示意图；
20.图2为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中第一切断阀处的放大示意图；
21.图3为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中第一置换接口处的大示意图；
22.图4为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中氮气消防环的示意图；
23.图5为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注方法的流程示意图。
24.1、第一置换管路；
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2、第二置换管路；
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3、阀门控制气体管路；
25.4、燃料输送管路；
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5、泄出管路；
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6、取样管路；
26.7、高点放气管路；
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8、电磁阀箱；
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9、第一切断阀；
27.10、第二切断阀；
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11、调节阀；
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12、第一置换接口；
28.13、第二置换接口；
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14、泄出接口；
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15、取样接口；
29.16、氮气供气单元；
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17、燃料输送单元；
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18、氮气消防环；
30.19、小孔。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.图1为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台的结构示意图；图2为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中第一切断阀处的放大示意图；图3为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中第一置换接口处的大示意图；如图1、图2以及图3所示，本实施例提供一种火箭可燃推进剂加注平台，至少包括：本体，呈箱式结构；例如，本体可以为集装箱形式，方便转移运输。例如，本体的材质可以为不锈钢，或由其他不可燃材料制成。整个本体具备简易封闭功能，本体的外表面可以进行防腐防锈处理。本体内腔的尺寸满足各设备在保温后有足够的操作空间。本体可以配备平开门，需要操作时打开，操作完成后，关闭平开门，平开门可以设置插销等限位件，避免平开门打开后被风吹动。
36.本体的四面及顶面均可以打开，方便内部检修和避免可燃气体积聚。例如，可以在本体内部安装通风设备。例如，本体可以具有接地端子。
37.燃料输送单元17，设置在本体内，燃料输送单元17的入口端适于与外部的燃料源相连，例如，外部的燃料源可以为外部管道、装有燃料的槽车或者其他低温容器。例如，燃料可以为低温的可燃液体推进剂。燃料输送单元17的出口端可以通过外线管路与火箭的加料口相连。
38.氮气供气单元16，设置在本体内，氮气供气单元16的入口端适于与外部的氮气源相连，例如，外部的氮气源可以为外部管道、氮气管束或者氮气瓶组。氮气供气单元16的出口端与燃料输送单元17对应设置，适于提供燃料加注过程所需的置换用气。氮气供气单元16的出口还可以包括可燃推挤剂加注及排放过程需要其它各类吹除气和消防用气支路。本实施例提供的火箭可燃推进剂加注平台，本体呈箱式结构，燃料输送单元17与氮气供气单元16均集成撬装在本体内，以便于移动、运输以及安装，避免设备常年暴露在自然环境中，从而防止设备老化及发生故障，有利于降低设备的维护难度及维护成本。
39.其中，燃料输送单元17包括燃料输送管路4，燃料输送管路4的一端与外部的燃料源相连，另一端通过外线管路与火箭的加料口相连，外线管路的尺寸与燃料输送管路4的尺寸适配。
40.其中，每个燃料输送管路4可以包括两个及以上的燃料输出支管，优选的，该燃料输送管路4包括两个燃料输出支管。不同的燃料输出支管与火箭上不同级的相同燃料的加料口相连；每个燃料输出支管上可以均设置一个第一切断阀9、调节阀11以及第一置换接口12；对应的，第一置换管路1包括两个第一置换支管，第一置换支管与燃料输出支管一一对应设置。
41.其中，可以根据火箭各级贮箱的加注流量、加注高度等技术参数进行管道规格设计。
42.其中，燃料输送管路4上间隔设置有第一切断阀9与调节阀11，例如，第一切断阀9更靠近燃料输送管路4的入口端，调节阀11更靠近燃料输送管路4的出口端。燃料输送管路4位于第一切断阀9与调节阀11之间的管体上设置有第一置换接口12；氮气供气单元16包括第一置换管路1，第一置换管路1的一端与外部的氮气源相连，另一端与第一置换接口12相连。
43.其中，燃料输送单元17还包括泄出管路5，其中，每一个燃料输出支管上均对应连接有一个泄出管路5。燃料输送支管位于第一切断阀9与调节阀11之间的管体上设置有泄出接口14，泄出管路5的一端与泄出接口14相连，另一端与外部的排放设施相连；并且，泄出管路5上设置有第二切断阀10。
44.其中，燃料输送单元17还包括取样管路6，每一个燃料输出支管上均对应连接有一个取样管路6。燃料输送支管位于第一切断阀9与调节阀11之间的管体上设置有取样接口15，取样管路6的一端与取样接口15相连，另一端与外部的取样设备相连。
45.其中，每一个泄出管路5均对应连接有一个高点放气管路7，高点放气管路7的一端与泄出管路5相连，另一端与相应燃料输出支管所连接的加注外线管路的放气口相连通；其中，高点放气管路7与泄出管路5的连接口位于第二切断阀10远离泄出接口14的一侧。
46.其中，高点放气管道主要用于外线管路的高点放气。低温推进剂加注的外线管路在铺设过程中，局部高点气阻会导致推进剂加注不通畅，此时需要对高点进行放气，保证低温推进剂在管道中为满流状态。也可以作为加注补加前的管道预冷放气使用。
47.其中，氮气供气单元16还包括第二置换管路2，每个第二置换管路2可以有多个第二置换支管，每个泄出管路5均对应连接一个第二置换支管。泄出管路5的管体上设置有第二置换接口13，第二置换接口13位于第二切断阀10远离泄出接口14的一侧；每个第二置换支管的一端与外部的氮气源相连，另一端与第二置换接口13相连。
48.其中，每个燃料输送支管、第一置换支管、第二置换支管、泄出管路5、取样管路6、高点放气管路7以及阀门控制气体管路3上均可以根据需要设置过滤器、温度传感器、压力传感器、气动阀、手动阀、减压阀、压力表、单向阀、气动调节阀11以及电磁阀等器件，以提高整个加注平台的可靠性。
49.其中，氮气供气单元16还包括阀门控制气体管路3，阀门控制气体管路3也可以包括多个阀门控制气体支管，来适配整个加注平台的设计。
50.每个阀门控制气体支管的一端与外部的氮气源相连，另一端与第一切断阀9及调节阀11相连，适于提供第一切断阀9及调节阀11切换工作状态所需的气体。当然，出现在整个加注平台中的其他气动阀门也可以采用各阀门控制气支路进行控制。
51.例如，可以设置电磁阀箱8，电磁阀箱8内设置有电磁阀以及多个集气管。当氮气供气各支路压力调节完毕后，第一置换支路、第二置换支路以及阀门控制气体支路均接入电磁阀箱8的各集气管。集气管的后端再分若干支路，分别为各阀门提供工艺控制气，或为各吹扫点提供吹扫置换用气，各支路分别由电磁阀控制。其中，电磁阀箱8的电磁阀均为符合介质防爆等级要求的防爆电磁阀。电磁阀接线及端口等均满足相应的防爆要求。
52.其中，该加注平台还包括安全监测单元，包括可燃气体浓度探头、压力传感器、温度传感器、阀位状态反馈及其相应的线缆及接头等，主要监测设备内部的可燃气体浓度、各工艺设备的运行参数，例如，压力、温度等。各监测数据要实时采集并传输至指挥间内，确保及时了解系统状态。各监测设备及接线均满足相应的防爆要求。其中，加注平台预留有相应的接线插头，接线插头可以配置防尘盖。
53.其中，该加注平台还包括各控制单元及其相应的线缆及接头，用于实现对电磁阀箱8的远程控制、对加注平台本体元件，例如，照明、风机的控制。同理，各控制单元也与指挥间实现信号连接，可通过指挥间对其进行实时监测和控制。各电气控制相关的设备及接线均满足相应的防爆要求，强电信号和弱电信号可以分开接线，避免产生干扰。其中，加注平台预留有相应的接线插头，接线插头可以配置防尘盖。
54.其中，燃料输送支管、泄出管路5、高点放气管路7上均可以进行绝热处理，例如，采用真空管道或者堆积绝热形式。各管路、阀门及相关电器设备均需要具有相应等级的防爆功能。
55.图4为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注平台中氮气消防环的示意图；如图4所示，其中，本体的内部可以设置有氮气消防装置，包括可燃气体浓度探头、氮气消防环18以及防爆轴流风机；其中，可燃气体浓度探头的位置可以根据需要设置，防爆轴流风机可以加速本体内部的气体流动。氮气消防环18可以由不锈钢管道弯绕为环形，氮气消防环的内侧为直径1mm-2mm均匀布置的小孔19，氮气消防环18布置在撬内，包围易泄露低温介质。氮气消防环18与氮气源的氮气灭火支路相连。
56.当本体内部有可燃液体泄露时，撬内可燃气体浓度将迅速升高，可燃气体浓度探头会将可燃气体浓度指标传输至控制间。此时通过远程控制台打开相应的氮气灭火支路，消防氮气可进入本体，迅速释放氮气，此时打开防爆轴流风机，可降低本体内的可燃气体浓度和氧浓度，防止本体内起火或爆炸。
57.图5为本发明实施例中的火箭可燃推进剂加注方法的流程示意图，如图5所示，另一个实施例中提供一种火箭可燃推进剂加注方法，包括如下步骤：首先通过氮气供气单元
16送气，使第一置换管路1、第二置换管路2以及阀门控制气体管路3内充满氮气，并将气压调至目标值，以满足使用要求；之后，检查各手动阀门、气动阀门，例如，第一切断阀9、第二切断阀10以及调节阀11的动作是否正常，检测测控通道与现场设备是否匹配，由第一置换管路1或第二置换管路2为燃料输送单元供气，检查氮气供气单元16、燃料输送单元在最高工作压力状态下设备的气密性；通过第一置换管路1或第二置换管路2对燃料输送管路4与泄出管路5内的气体进行置换；通过取样管路6对燃料输送管路4内的气体进行取样化验；化验合格后，可以通过远程控制进行燃料加注；在特殊情况也可通过加注平台对燃料进行泄出。
58.其中，化验合格后进行燃料加注具体包括：小流量预冷，打开燃料输送管路4上的第一切断阀9，并通过调节阀11调节加注流量，关注加注温度，如果外线管路有局部高点，存在不满流情况，对相应的高点放气进行预冷，放气后的可燃低温气/液体集中进入泄出管道；高点放气也可以完成加注管道的预冷便于后续补加；预冷完成后，通过调节阀11调节加注流量，控制加注速度，开始正式加注；加注完成后，通过泄出管路5，将燃料输送管路4内的多余燃料泄出至外部的排放设施；泄出完成后，将燃料输送管路4上第一切断阀9至火箭之间的管路置换为氮气状态，从而避免火箭发射时引燃管道。
59.综上，本技术中的加注平台可用于易燃易爆介质的加注需求，且具有可移动便于安装运输的特性，满足火箭不同子级同时加注的需求。
60.本技术中的加注平台具有远程控制功能，加注过程中确保人机隔离，大大缩短了发射前人员撤离的时间。
61.本技术中的加注平台内部设备具有防爆功能，遇到可燃液体泄漏等故障时，能够通过自身系统迅速监测并及时释放惰性气体，降低可燃气体浓度，防止进一步发生的安全故障。
62.本技术中的加注平台具有远程加注、泄出功能，具有惰性气体吹扫及置换功能，采用集中排放模式，确保可燃推进剂的加注、泄出安全性。
63.本技术中的加注平台可在集中排放管道有明火出现时，通过远程控制氮气灭火吹除氮气，可迅速阻隔可燃气/液体与空气接触，达到灭火或防止回火的目的。
64.本技术中的加注平台撬体内部有可燃液体泄露时，撬内可燃气体浓度将迅速升高，通过远程控制台打开相应的氮气灭火支路，可迅速释放氮气，配合防爆轴流风机，可降低撬内的可燃气体浓度和氧浓度，防止撬内起火或爆炸。
65.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。