一種用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注的中轉(zhuǎn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注的中轉(zhuǎn)裝置，屬于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)的高純氙氣加注試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，適用于所有采用高純氙氣作為工質(zhì)的電推進(jìn)系統(tǒng)的加注。
【背景技術(shù)】
[0002]以氙氣作為工質(zhì)的霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)和離子電推進(jìn)系統(tǒng)在衛(wèi)星發(fā)射前需進(jìn)行氙氣加注，采用氙氣作為工質(zhì)的電推進(jìn)系統(tǒng)，其性能直接受氙氣純度的影響，對加注后的氙氣純度有著苛刻的要求:要求加注到推進(jìn)系統(tǒng)的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm，而氙氣源的純度僅為99.9995% ο所以如何在大容量氙氣加注過程中確保氙氣純度以及系統(tǒng)壓力、溫度、加注量等滿足要求，保證加注過程中氙處于氣態(tài)或超臨界態(tài)，是電推進(jìn)系統(tǒng)、尤其是長壽命電推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用的一大難題。
[0003]國外從上世紀(jì)90年代后期就開始了對高純氙氣加注技術(shù)的研究，投入了巨大的人力和物力，進(jìn)行了大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，通過多年的技術(shù)積累，在高純氙氣加注以及中轉(zhuǎn)裝置的研制方面已具備了較強(qiáng)的技術(shù)能力。國內(nèi)由于高純氙氣加注技術(shù)尚處空白，在中轉(zhuǎn)裝置研制方面沒有文獻(xiàn)可以參考。
[0004]衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注中轉(zhuǎn)裝置是在電推進(jìn)系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用的過程中摸索和總結(jié)的成果，國內(nèi)沒有相關(guān)的文獻(xiàn)和資料可以借鑒，國外也極少公開紕漏類似裝置的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注的中轉(zhuǎn)裝置，解決了氙氣加注的關(guān)鍵問題，能夠有效用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)的氙氣加注任務(wù)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注的中轉(zhuǎn)裝置，包括直筒、法蘭、液氮管路、裝置出口、電加熱管、上封頭、保溫層、溫度傳感器、下封頭和裝置進(jìn)口，所述直筒為上、下兩端開口的中空圓柱型結(jié)構(gòu)，其上端與上封頭連接，下端與下封頭連接，法蘭與上封頭之間固定并密封連接，形成封閉腔體，用于防止裝置中的氙氣泄漏；
[0008]下封頭上設(shè)置有裝置進(jìn)口，法蘭上設(shè)置有裝置出口，置于封閉腔體內(nèi)的液氮管路為盤管結(jié)構(gòu)，液氮管路的兩個(gè)端口穿出法蘭；置于封閉腔體內(nèi)的電加熱管為U型結(jié)構(gòu)，電加熱管的兩個(gè)端口穿出法蘭；溫度傳感器置于直筒外表面，以監(jiān)測裝置散熱情況；封閉腔體外部包裹有保溫層，以防止工作過程中熱量外散。
[0009]所述保溫層材質(zhì)為深冷三聚酯泡沫，層數(shù)至少三層，每層厚度為4mm?6mm。
[0010]所述下封頭為半球形結(jié)構(gòu)。
[0011]所述法蘭與上封頭之間通過金屬密封圈進(jìn)行密封連接，密封圈、法蘭及上封頭相互接觸部位粗糙度不大于0.8。
[0012]所述液氮管路為環(huán)形盤管結(jié)構(gòu)，其直徑為直筒內(nèi)徑的一半。
[0013]所述液氮管路的盤管相鄰兩圈間距為2mm?5mm。
[0014]U型電加熱管置于液氮管路圍繞的空間中，二者徑向間距為5mm?10mmo
[0015]直筒與上封頭和下封頭間通過I級焊縫焊接，法蘭與上封頭進(jìn)行螺接。
[0016]封閉腔體在溫度為_196°C?100°C、壓強(qiáng)為15MPa范圍內(nèi)可完成對電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注。
[0017]封閉腔體需確保液氮管路及電加熱管至少實(shí)現(xiàn)50次循環(huán)工作，使得加注到推進(jìn)系統(tǒng)的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019](1)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)大加注量的氙氣加注任務(wù)，解決了加注過程中的關(guān)鍵問題，通過對氙氣降溫、升溫實(shí)現(xiàn)加注過程，為靜態(tài)加注方法，加注過程中不會(huì)產(chǎn)生多余物，同時(shí)噪音低。
[0020](2)本發(fā)明采用裝置內(nèi)部直接加熱、降溫的方法，可顯著提高工作效率，大大減少氙氣加注的工作時(shí)間。
[0021](3)本發(fā)明在氙氣源的純度為99.9995%情況下，要求加注到推進(jìn)系統(tǒng)的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm，以使在大容量氙氣加注過程中確保氙氣純度以及系統(tǒng)壓力、溫度、加注量等滿足要求。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明加注系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0025]現(xiàn)有技術(shù)中，采用外部加熱、降溫的方法實(shí)現(xiàn)氣體加注，一般采用高低溫箱等溫控裝置實(shí)現(xiàn)加熱、降溫，但該方法工作效率低，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，加注1kg氙氣大約需要1小時(shí)，所以一般只用于加注量非常小的工況，而內(nèi)部直接加熱、降溫的方法對氙氣純度要求很高，要高于99.995%，同時(shí)對中轉(zhuǎn)裝置的承溫、承壓以及為達(dá)到噸級加注量而反復(fù)加注的使用次數(shù)都提出苛刻的要求。
[0026]為此，設(shè)計(jì)一種用于衛(wèi)星電推進(jìn)系統(tǒng)氙氣加注的中轉(zhuǎn)裝置，包括直筒1、法蘭2、密封圈5、液氮管路6、裝置出口 7、電加熱管8、上封頭9、保溫層10、溫度傳感器11、下封頭12和裝置進(jìn)口 13，所述直筒1為上、下兩端開口的中空圓柱型結(jié)構(gòu)，其上端與上封頭9連接，下端與下封頭12連接；法蘭2與上封頭9固連，密封圈5置于法蘭2與上封頭9之間，密封圈5選擇金屬材料，為節(jié)約成本，可選擇不銹鋼材料，同時(shí)保證密封圈5、法蘭2及上封頭9相互接觸部位粗糙度不大于0.8，用于防止裝置中的氙氣泄漏；直筒1與上封頭9和下封頭12間通過I級焊縫焊接，法蘭2與上封頭9進(jìn)行螺接，形成封閉腔體。
[0027]下封頭12設(shè)計(jì)成圓弧形，優(yōu)選為半球形，以利于抗壓要求，在中間位置設(shè)置有裝置進(jìn)口 13，法蘭2中間位置設(shè)置有裝置出口 7，置于裝置腔體內(nèi)的液氮管路6為環(huán)形盤管結(jié)構(gòu)，其盤管相鄰兩圈間距為2mm?5mm，其直徑設(shè)計(jì)成直筒1內(nèi)徑的一半，液氮管路6下邊緣距下封頭12內(nèi)壁最小距離為4mm，以使封閉腔體冷卻均勻，同時(shí)對直筒1不發(fā)生任何破壞性影響，以提高加注的效率。
[0028]液氮管路6的兩個(gè)端口穿出法蘭2 ;置于裝置腔體內(nèi)的電加熱管8為U型結(jié)構(gòu)，U型電加熱管8置于液氮管路6圍繞的空