Области применения криогенных жидкостей в РК технике

В ракетно-космической технике (РКТ) применяются в жидком состоянии, как компоненты топлив ЖРД: кислород, водород и метан, а в жидком и газообразном состояниях: азот и гелий, как хладоносители и инертные технические газы.

Жидкий кислород используется в первую очередь как сильнейший окислитель в паре с углеводородными горючими и жидким водородом, как компонент топлива ЖРД в ракетах “Союз”, ”Зенит”, ”Энергия”, ”Атлас-Центавр”, ”Сатурн-5” и других. По окислительным свойствам он уступает только озону и фтору. Системы заправки жидким кислородом входят в состав стартовых комплексов и реже в состав технических комплексов. Широкое использование жидкого кислорода обусловлено его доступностью, дешевизной производства из атмосферного воздуха и нетоксичностью. Кроме того, жидкий кислород используется в системах жизнеобеспечения космических аппаратов и в бортовых электрохимических генераторах,

Жидкий азот также легко доступен, как и кислород, получается при разделении воздуха, инертен и нетоксичен.

Области применения жидкого азота:

1. В криотермовакуумных установках, предназначенных для имитации космического пространства с целью испытаний КА и другой космической техники, установлены теплопоглощающие экраны, по которым циркулирует жидкий азот и холодный газообразный гелий. Экраны вместе с различными вакуумными насосами обеспечивают получение высокого

и сверхвысокого вакуума 10^-3…10^-8Па. Объем вакуумных камер достигает 100000м³, расход недогретого жидкого азота до 10⁶кг/ч, а объём хранилища-2000м³.

2. В вакуумных установках для испытаний КА и других изделий на герметичность жидкий азот используется в азотных ловушках для защиты вакуумных камер от масляных загрязнений из механических форвакуумных насосов с масляным уплотнением.

3. В некоторых СЗ КА азотные ловушки используются для защиты вакуумных насосов от агрессивных и токсичных паров КТ.

4. В системах нейтрализации НДМГ и АТ кипящий азот используется как хладагент для конденсации и вымораживания их паров.

5. Жидкий азот удобно использовать в роли хладагента для охлаждения и термостатирования криогенного оборудования с другими криопродуктами: кислородом, метаном, водородом и гелием. В системах заправки охлаждённым кислородом азот используется в теплообменнике для охлаждения кислорода на несколько градусов, так как температура кипения азота на 13К ниже, чем температура кипения кислорода (у О₂ Т_КИП ≈ 90К, а у N₂ Т_КИП ≈ 77К). В системах заправки жидким водородом жидкий и газообразный азот необходимы для предварительного захолаживания резервуаров, трубопроводов, арматуры и замещения воздуха на азот перед заполнением их водородом, так как контакт водорода с воздухом взрывоопасен. Кроме того газообразный азот используется: в качестве активного потока в газовых эжекторах при охлаждении жидкого кислорода и водорода методом вакуумирования парового пространства в резервуарах; для разбавления дренажируемых паров водорода до безопасной концентрации.

В резервуарах хранения жидкого гелия, кипящий азот выполняет функцию промежуточного жидкого экрана, снимает на себя большую часть внешнего теплопритока и более чем на два порядка снижает потери гелия на испарение.

Еще более широкое применение газообразный азот получил в системах заправки высококипящими компонентами топлива:

─для наддува ёмкостей с гидразинными, углеводородными горючими и азотным тетраоксидом;

─для продувки жидкостных ракетных двигателей перед запуском с целью создания инертной газовой среды и предотвращения преждевременного воспламенения горючего;

─для продувки заправочных коммуникаций после работы с НДМГ, АТ, водородом и метаном, для слива остатков КТ, осушки и предотвращения образования взрывоопасных смесей с воздухом;

─для создания сухой газовой среды в приборных отсеках РН и в электрошкафах заправочного оборудования;

─для заправки баллонов бортовых пневмосистем;

─для заправки баллонов ресиверной системы газоснабжения, откуда азот расходуется на управление клапанами с пневмоприводом СЗ и на цели пожаротушения;

─в качестве активного потока в газовых эжекторах при охлаждении жидкого кислорода и водорода методом вакуумирования газового пространства в резервуарах;

─для разбавления дренажируемых паров водорода до безопасной концентрации.

В РКК “Энергия-Буран” криогенный комплекс включает в себя хранилище жидкого азота из трёх сферических резервуаров по 1400м³ каждый. Этого азота хватало на обеспечение одного старта РН.

Азот, как технологический газ, удобно и выгодно хранить в жидком виде. Его объём при этом уменьшается в 800 раз. Для отдельных потребителей газообразного азота используются подвижные газификаторные установки, имеющие резервуар с жидким азотом, плунжерный насос высокого давления и испаритель-газификатор. Насос обеспечивает заполнение баллонов до 400атм.

Жидкий водород является одним из самых эффективных криогенных горючих и используется в паре с кислородом в верхних ступенях носителя, в разгонных блоках, а так же в бортовых электрохимических генераторах (ЭХГ), преобразующих энергию химической реакции соединения кислорода с водородом непосредственно в электрическую. Водород является экологически чистым горючим материалом. При сгорании он не загрязняет окружающую среду. Недостатками его являются: малая плотность, необходимость создания сложного оборудования для ожижения и хранения, взрывоопасность при контакте с окислителем, в том числе и с воздухом.

Метан получают из природного газа. Он широко используется как горючее в автомобилях и сырьё в химической промышленности, в том числе для получения фреонов. Возможно его использование в РКТ.

Гелий в жидком виде используется для охлаждения и криостатирования различных сверхпроводящих устройств. В газообразном виде он применяется в криосорбционных насосах криотермовакуумных установок, в газовых холодильных машинах для конденсирования паров кислорода и азота при хранении их без потерь.

Дата добавления: 2015-10-28