一种用于火箭发动机舱、箱间段仪器舱的防结露送风系统

技术领域

本发明涉及火箭发射技术领域，具体涉及一种用于火箭发动机舱、箱间段仪器舱的防结露送风系统。

背景技术

火箭低温推进剂加注时，温度极低，燃料箱与其临近的仪器舱或发动机舱之间的温差大，极易产生凝露甚至结冰现象，给仪器舱和发动机舱内设备和电缆的安全稳定运行带来巨大隐患。根据国内外研究成果，一般采用压缩空气和氮气吹除系统来维持仪器舱和发动机舱内的温湿度，使仪器舱和发动机舱内的温湿度满足使用需求。

常规火箭推进剂夏季加注时的温度只有几摄氏度，加注后燃料箱温度低，容易产生凝露，影响仪器舱和发动机舱内设备和电缆的使用安全。此时，采用上述压缩空气和氮气吹除系统虽然能维持仪器舱和发动机舱内的热环境，但增加了系统负担，同时降低了系统可靠性；而为常规推进剂加注单独设置一套压缩空气和氮气吹除系统，则增加地面设施设备系统的复杂性和投资，经济效能不佳。

基于此，在火箭发射前，为维持箱间段仪器舱和发动机舱内热环境满足使用需求，开发一种运行稳定、安全可靠、维护方便、经济节能的防结露送风系统具有重大意义。

发明内容

有鉴于此，基于发射场的技术条件，针对常规火箭推进剂加注时发动机舱、箱间段仪器舱内的热环境要求，本发明提供了一种用于火箭发动机舱、箱间段仪器舱的防结露送风系统，能够有效满足运行稳定、安全可靠、维护方便、经济节能的需求。

本发明的技术方案为：一种用于火箭发动机舱、箱间段仪器舱的防结露送风系统，包括：新风管路单元、全新风空气处理机组单元、加压风机单元、送风管路单元和控制单元；其中，全新风空气处理机组单元和加压风机单元均采用N+1的冗余备份方式，且数量一一对应，N为计算所需的机组数量；

所述全新风空气处理机组单元和加压风机单元均安装在空调机房内，在控制单元的控制下，新风管路单元将室外新风送至全新风空气处理机组单元，全新风空气处理机组单元根据火箭推进剂加注系统提出的温度要求，将室外新风处理至设定状态点后，再通过加压风机单元加压后经过送风管路单元送至对接口，与航天部门的活动末端装置对接，最后送入发动机舱和箱间段仪器舱内；其中，送风管路单元根据火箭发动机舱、箱间段仪器舱的标高和送风口位置，设置两个以上对接口；室外新风的设定状态点为干球温度设置在15～25℃，露点温度低于加注后箭体燃料储箱外表面温度。

优选地，N为1，全新风空气处理机组单元包括：全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ，加压风机单元包括：加压风机Ⅰ和加压风机Ⅱ；

所述全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ结构相同，其由壳体和设置在壳体中的九个功能段组成；九个功能段在壳体内部沿着气流方向的分布方式为：进风初效过滤段、中间段Ⅰ、表冷段、风机段、加热段、中间段Ⅱ、中效过滤段和出风段；其中，进风初效过滤段内设初效过滤器，过滤效率等级为G4级，采用板式过滤器或袋式过滤器；表冷段内设表冷器，其采用直接蒸发式冷却盘管或水冷式表面冷却器，当采用水冷式表面冷却器时，其后设挡水板；风机段内设送风机，其风压等于新风管路单元的阻力与对应机组内部阻力之和，并留10％～20％裕量；加热段内设加热器，采用电加热器或直接蒸发式加热盘管或表面式换热器，当采用表面式换热器时，在热媒为热水的情况下，表面式换热器之后设不锈钢挡水板，在热媒为高温蒸汽的情况下，表面式换热器的底部设不锈钢凝水盘；中效过滤段内设中效过滤器，过滤效率等级为F7级，采用板式过滤器或袋式过滤器；中间段Ⅰ、中间段Ⅱ和出风段均为空段。

优选地，所述初效过滤器前后均设压差传感器Ⅰ，所测压差Ⅰ大于设定值时，报警；中效过滤器前后均设压差传感器Ⅱ，所测压差Ⅱ大于设定值时，报警；送风机前后均设压差传感器Ⅲ，所测压差Ⅲ等于0时，报警；所述加压风机Ⅰ和加压风机Ⅱ的前后均设压差传感器Ⅳ，所测压差Ⅳ等于0时，报警。

优选地，所述直接蒸发式冷却盘管、水冷式表面冷却器、直接蒸发式加热盘管和表面式换热器均采用铜管穿铝片结构，且保证在1.6MPa试验压力下无渗漏。

优选地，所述电加热器与送风机联锁，送风机不开，电加热器不能启动，电加热器停止运行，送风机延时停机，送风机设置送风温度上限报警和保护；同时，电加热器的功率分级投入，末级连续可调，加热元件采用不锈钢材质。

优选地，所述壳体由骨架、箱体面板、内板、内底板和外底板组成，骨架的材质采用铝合金型材，中间填充保温材料；箱体面板采用厚度为0.5mm的彩钢板；内板采用厚度为0.5mm的镀锌钢板，中间填充聚氨脂发泡，厚度为50mm；非人行检修区域的内底板采用厚度为1.5mm彩钢板，人行检修区域的内底板采用厚度为2.0mm的镀锌钢板；外底板采用厚度为1.5mm的镀锌钢板。

优选地，所述新风管路单元包括：新风管道以及设置在新风管道上的电动密闭阀Ⅲ和电动密闭阀Ⅰ，且新风管道的出口与全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ的进风口连通，新风管道的进口为防雨百叶风口，可拆卸连接有初效过滤网；电动密闭阀Ⅲ和电动密闭阀Ⅰ分别设置在新风管道的进口之后和出口之前。

优选地，所述送风管路单元包括：送风管道以及设置在送风管道上的电动密闭阀Ⅱ、风量传感器Ⅰ、风量传感器Ⅱ、防爆型电动密闭调节阀、风管活接头及密闭阀和手动密闭阀；

所述送风管道的进口与全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ的出风口连通，出口为对接口；送风管道包括：全新风空气处理机组Ⅰ和加压风机Ⅰ直接的连接管道Ⅰ、全新风空气处理机组Ⅱ和加压风机Ⅱ之间的连接管道Ⅱ、送风立管、加压风机Ⅰ和送风立管之间的连接管道Ⅲ、加压风机Ⅱ和送风立管之间的连接管道Ⅳ以及若干个水平支管；其中，水平支管与对接口数量一致；

所述风量传感器Ⅰ设置于空调机房内的送风立管上；

每个水平支管上设风量传感器Ⅱ和防爆型电动密闭调节阀，用于根据火箭型号控制对应对接口的开闭并调节风量；其中，根据风量传感器Ⅱ所测风量调节防爆型电动密闭调节阀的开度；

所述水平支管在发射塔的固定平台与回转平台相接处设风管活接头及密闭阀；

每个对接口设手动密闭阀。

优选地，所述全新风空气处理机组Ⅰ和加压风机Ⅰ所在支路上的电动密闭阀Ⅰ和电动密闭阀Ⅱ与全新风空气处理机组Ⅰ和加压风机Ⅰ联锁，同开同关；全新风空气处理机组Ⅱ和加压风机Ⅱ所在支路上的电动密闭阀Ⅰ和电动密闭阀Ⅱ与全新风空气处理机组Ⅱ和加压风机Ⅱ联锁，同开同关。

优选地，所述水平支管的标高与火箭发动机舱和箱间段仪器舱的标高一致；根据火箭发动机舱和箱间段仪器舱所需风量，按照4～6m/s的风速确定水平支管的管径；所述水平支管的数量等于火箭发动机舱和箱间段仪器舱的风口数量。

有益效果：

1、本发明提供的防结露送风系统，通过新风管路单元、全新风空气处理机组单元、送风管路单元和控制单元的相互配合，在火箭发射前，能够有效维持箱间段仪器舱和发动机舱内热环境的使用需求，且有效满足运行稳定、安全可靠、维护方便、经济节能的需求；同时，考虑到送风管路单元的管程长、末端阻力大，但所需风量较小，一般的风机难以匹配，因此采用加压风机单元接力。

2、本发明中全新风空气处理机组单元和加压风机单元计算所需的机组均采用一组，并分别设置一组作为备份机组，以保障系统可靠性；同时，全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ的具体结构设计，能够将送入其中的室外新风处理至合适的状态点，从而送入发动机舱和箱间段仪器舱后，能够有效满足舱内热环境的任务需求，有效防止火箭发动机舱、箱间段仪器舱的结露。

3、本发明的防结露送风系统在初效过滤器、中效过滤器、送风机、加压风机Ⅰ和加压风机Ⅱ前后均对应设置了压差传感器，有利于实时监测整个系统的压力变化，并能够在发生压力异常情况下及时报警，从而有利于进一步保证系统运行稳定、安全可靠、维护方便和经济节能。

4、本发明中新风管路单元的具体设计，既能够通过控制单元实时控制将室外新风送入全新风空气处理机组Ⅰ和全新风空气处理机组Ⅱ，又能够有效保证新风管路单元内部的洁净度。

5、本发明中送风管路单元的具体设计，综合考虑了控制单元的实时控制、风量监测、风量调节、对接口的开闭控制和回转平台的开合控制等多方面功能的协调配合。

附图说明

图1为本发明的防结露送风系统的效果图。

图2为本发明中全新风空气处理机组Ⅰ(或全新风空气处理机组Ⅱ)的主视图。

图3为本发明中全新风空气处理机组Ⅰ(或全新风空气处理机组Ⅱ)的俯视图。

图4为回转平台关闭时风管活接头及密闭阀的示意图。

图5为回转平台敞开时风管活接头及密闭阀的示意图。

其中，1a、全新风空气处理机组Ⅰ；1b、全新风空气处理机组Ⅱ；2a、加压风机Ⅰ；2b、加压风机Ⅱ；3、送风立管；4、风量传感器Ⅰ；5、水平支管；6、对接口；7、风管活接头及密闭阀；8、防爆型电动密闭调节阀；9、电动密闭阀Ⅰ；10、电动密闭阀Ⅱ；11、电动密闭阀Ⅲ；12、防雨百叶风口；13、风量传感器Ⅱ；14、进风口；15、出风口；16、检修门；17、初效过滤器；18、表冷器；19、挡水板；20、送风机；21、加热器；22、中效过滤器；23、手动密闭阀；24、密闭风阀；25、风阀连杆；26、机械式顶杆传动机构；27、风阀开关顶杆；28、活接头密封垫圈；29、活接头密闭法兰盘；30、旋转轴；31、不锈钢丝网。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种用于火箭发动机舱、箱间段仪器舱的防结露送风系统，能够有效满足运行稳定、安全可靠、维护方便、经济节能的需求。

如图1所示，该防结露送风系统包括：新风管路单元、全新风空气处理机组单元、加压风机单元、送风管路单元和控制单元；其中，全新风空气处理机组单元和加压风机单元均采用N+1的冗余备份方式，且数量一一对应，N为计算所需的机组数量，以确保任务时能为火箭提供满足需求的低露点新风，本实施例中，N为1，全新风空气处理机组单元包括：全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b，加压风机单元包括：加压风机Ⅰ2a和加压风机Ⅱ2b；

全新风空气处理机组单元和加压风机单元均安装在空调机房内，且空调机房建设在发射塔架上或发射塔架附属配楼上，同时，空调机房的具体位置尽量考虑缩短送风管路单元的管程，以减小系统阻力；

在控制单元的控制下，新风管路单元将室外新风分别送至全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b根据火箭推进剂加注系统提出的温度要求，将室外新风处理至合适的状态点(干球温度15～25℃，露点温度低于加注后箭体燃料储箱外表面温度，一般控制在8℃以下)后，分别通过加压风机Ⅰ2a和加压风机Ⅱ2b加压后经过送风管路单元送至对接口6，与航天部门的活动末端装置(外部装置)对接，最后送入发动机舱和箱间段仪器舱内，确保舱内热环境满足任务需求；其中，送风管路单元根据火箭发动机舱、箱间段仪器舱的标高和送风口位置，设置多个对接口6。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b结构相同，如图2和图3所示，其由壳体和设置在壳体中的九个功能段组成；所述壳体由骨架、箱体面板、内板、内底板和外底板组成，壳体内部沿着气流方向，分别设置进风初效过滤段、中间段Ⅰ、表冷段、风机段、加热段、中间段Ⅱ、中效过滤段和出风段；其中，进风初效过滤段内设初效过滤器17，过滤效率等级为G4级，可以为板式过滤器或袋式过滤器；中间段Ⅰ和中间段Ⅱ均为空段，主要起均匀气流的作用；表冷段内设表冷器18，表冷器18可以为直接蒸发式冷却盘管(带室外机)或水冷式表面冷却器，当采用水冷式表面冷却器时，其后设挡水板19(避免水进入下一个功能段)，挡水板19采用不锈钢材质；风机段内设送风机20，送风机20采用叶片效率高、噪声低的风机，风压等于新风管路单元的阻力与对应机组内部阻力之和，并留10％～20％裕量(或冗余)；加热段内设加热器21，可以为电加热器或直接蒸发型热泵或表面式换热器，当采用表面式换热器时，在热媒为热水的情况下，表面式换热器之后设不锈钢挡水板，在热媒为高温蒸汽的情况下，表面式换热器的底部设不锈钢凝水盘；中效过滤段内设中效过滤器22，过滤效率等级为F7级，可以为板式过滤器或袋式过滤器；出风段也为空段，既能够起均匀气流作用，又能够通过风管与加压风机Ⅰ2a或加压风机Ⅱ2b连接，即起连接的作用。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的初效过滤器17前后均设压差传感器Ⅰ，所测压差Ⅰ：ΔP1≥设定值时，报警；全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的中效过滤器22前后均设压差传感器Ⅱ，所测压差Ⅱ：ΔP2≥设定值时，报警；全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的送风机20前后均设压差传感器Ⅲ，所测压差Ⅲ：ΔP3＝0时，报警；加压风机Ⅰ2a和加压风机Ⅱ2b的前后均设压差传感器Ⅳ，所测压差Ⅳ：ΔP4＝0时，报警。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的表冷段均设置调节装置Ⅰ，能根据表冷段后的温度自动调节该段的制冷量；全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的加热段均设置调节装置Ⅱ，能根据加热段后的温度自动调节该段的加热量。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的进风初效过滤段、中效过滤段、风机段和加热段均设检修门16，且检修门16的门板均为双层结构，聚氨脂发泡一次成型，能够有效防冷桥。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和/或全新风空气处理机组Ⅱ1b的表冷器18采用直接蒸发式冷却盘管或水冷式表面冷却器以及加热器21采用直接蒸发式加热盘管或表面式换热器时，直接蒸发式冷却盘管、水冷式表面冷却器、直接蒸发式加热盘管和表面式换热器均采用铜管穿铝片结构(增强耐腐蚀性)，且保证在1.6MPa试验压力下应无渗漏(以便于提高系统耐压能力)。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和/或全新风空气处理机组Ⅱ1b的加热器21采用电加热器时，电加热器与送风机20联锁，送风机20不开，电加热器不能启动，电加热器停止运行，送风机20需延时停机，送风机20设置送风温度上限报警和保护，即达到上限温度时，电加热器停止工作；同时，电加热器的功率可根据送风温度需求分级投入，其中末级采用可控硅连续调节(以便于节能)，加热元件采用不锈钢材质(提高使用寿命)。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的骨架的材质均采用铝合金型材，中间填充保温材料，确保全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b均不产生冷桥。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的箱体面板均采用厚度为0.5mm的彩钢板(有利于增强耐腐蚀性)；内板均采用厚度为0.5mm的镀锌钢板；中间填充聚氨脂发泡，厚度为50mm；非人行检修区域的内底板采用厚度为1.5mm彩钢板；人行检修区域的内底板采用厚度为2.0mm的镀锌钢板；外底板采用厚度为1.5mm的镀锌钢板；全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的整体设计充分考虑防冷桥。

本实施例中，加压风机Ⅰ2a和加压风机Ⅱ2b均采用低噪声高风压的风机。

本实施例中，新风管路单元和送风管路单元的风管均采用镀锌钢板材质，风管的厚度为1.0～1.2mm，以便于适应加压风机Ⅰ2a和加压风机Ⅱ2b之后的高压系统。

本实施例中，送风管路单元的风管保温层采用难燃或不燃材料的保温材料，保温层外包镀锌钢板或铝板保护层，厚度不小于0.5mm。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a或全新风空气处理机组Ⅱ1b的处理风量的确定：计算该发射塔架服务的所有型号火箭对防结露送风风量的需求，取最大值。

本实施例中，加压风机Ⅰ2a的处理风量与对应的全新风空气处理机组Ⅰ1a适配(风量相当)，加压风机Ⅱ2b的处理风量与对应的全新风空气处理机组Ⅱ1b适配(风量相当)，风压等于整个送风管路单元与外部活动末端装置的压力损失之和，并留10％～20％的冗余。

本实施例中，对接口6为圆形接口，其口径根据箭体上发动机舱、箱间段仪器舱开孔大小确定，一般为φ100～φ250。

本实施例中，新风管路单元包括：新风管道以及设置在新风管道上的电动密闭阀Ⅲ11和电动密闭阀Ⅰ9，且新风管道的出口与全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的进风口14连通，新风管道的进口为防雨百叶风口12，自带初效过滤网，可拆卸清洗；电动密闭阀Ⅲ11和电动密闭阀Ⅰ9分别设置在新风管道的进口之后和出口之前。

本实施例中，送风管路单元包括：送风管道以及设置在送风管道上的电动密闭阀Ⅱ10、风量传感器Ⅰ4、风量传感器Ⅱ13、防爆型电动密闭调节阀8、风管活接头及密闭阀7和手动密闭阀23；其中，送风管道的进口与全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的出风口15连通，出口为对接口6；送风管道包括：全新风空气处理机组Ⅰ1a和加压风机Ⅰ2a直接的连接管道Ⅰ、全新风空气处理机组Ⅱ1b和加压风机Ⅱ2b之间的连接管道Ⅱ、送风立管3、加压风机Ⅰ2a和送风立管3之间的连接管道Ⅲ、加压风机Ⅱ2b和送风立管3之间的连接管道Ⅳ以及若干个水平支管5(与对接口6数量一致)；

空调机房内的送风立管3上设风量传感器Ⅰ4；

每个水平支管5上设风量传感器Ⅱ13和防爆型电动密闭调节阀8，以便根据火箭型号控制对应对接口6的开闭并调节风量；其中，防爆型电动密闭调节阀8的开度可根据风量传感器Ⅱ13所测风量进行调节，即风量传感器Ⅱ13测出的风量少于预设风量，开度加大，风量传感器Ⅱ13测出的风量大于预设风量，开度减小；

水平支管5在发射塔的固定平台与回转平台相接处设风管活接头及密闭阀7，风管活接头保证回转平台顺利开合，密闭阀保证送风管路单元的洁净度；

每个对接口6设手动密闭阀23，以保证送风管路单元每个对接口6对应的水平支管5的洁净度，即在火箭发射的间隔时间内，手动密闭阀23关闭，以保持水平支管5的洁净度；送风管路单元工作时，根据火箭型号打开相应水平支管5上的防爆型电动密闭调节阀8和对接口6处的手动密闭阀23为火箭发动机舱、箱间段仪器舱送风；其中，手动密闭阀23尽量采用全开阻力小的阀门，减小整个系统的阻力，最终实现节能目的。

本实施例中，全新风空气处理机组Ⅰ1a和加压风机Ⅰ2a所在支路上的电动密闭阀Ⅰ9和电动密闭阀Ⅱ10与全新风空气处理机组Ⅰ1a和加压风机Ⅰ2a联锁，同开同关；全新风空气处理机组Ⅱ1b和加压风机Ⅱ2b所在支路上的电动密闭阀Ⅰ9和电动密闭阀Ⅱ10与全新风空气处理机组Ⅱ1b和加压风机Ⅱ2b联锁，同开同关。

本实施例中，如图4所示，闭塔(回转平台向固定平台转动以便于抱火箭)时，回转平台沿其旋转轴30向内旋转，推动风阀开关顶杆27通过机械式顶杆传动机构26(加复位弹簧)带动风阀连杆25，将密闭风阀24顶开至全开位置；如图5所示，开塔时，回转平台沿其旋转轴30向外旋转，施加于风阀开关顶杆27的压力释放，机械式顶杆传动机构26的复位弹簧恢复，通过机械式顶杆传动机构26带动风阀连杆25自然关闭密闭风阀24。

本实施例中，风管活接头及密闭阀7的主体材质采用不锈钢；风管活接头两侧紧贴活接头密闭法兰盘29处焊接有不锈钢丝网31，用于防止开塔期间，虫鸟误入驻留影响送风管路单元的洁净度；其中，不锈钢丝网31的目数为2，丝径为1.5mm，孔径为12mm；活接头密闭法兰盘29采用厚度为10mm的整体不锈钢钢板加工而成，确保其结构牢固；两个活接头密闭法兰盘29之间设置的活接头密封垫圈28采用厚度为20mm的闭孔海绵，为保证密闭性能，闭孔海绵采用插缝衔接。

本实施例中，送风管路单元中的水平支管5的标高、管径和数量的确定：水平支管5的标高与火箭发动机舱和箱间段仪器舱的标高尽量一致；根据火箭发动机舱和箱间段仪器舱所需风量，按照4～6m/s的风速确定水平支管5的管径；送风管路单元末端对接口6的数量等于火箭发动机舱和箱间段仪器舱的风口数量。

本实施例中，控制单元由设在空调机房中的控制柜和设在空调集控室的控制台及其工业控制网组成；该控制单元采用集散控制方式，既可在集控室的控制台上进行集中管理、分级控制，又可在空调机房中对全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b进行本地控制，兼顾手动与自动、集中与就地控制，并能远程控制；同时，该控制单元能够自动记录全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b的运行时间，方便用户在全新风空气处理机组Ⅰ1a和全新风空气处理机组Ⅱ1b之间进行合理选择运行(优先运行累计运行时间短的机组)。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。