RU2646781C1 - Fuel tank for storing and feeding liquid components - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: tank body is made of two half-bodies (4, 5), in which the bellows are installed (6, 7). The end corrugations of the bellows are hermetically connected to covers (8, 9) provided with stroke limiters (10, 11) located in gas cavities (G1, G2) of the half-bodies (4, 5). On the other side, the corrugations are rigidly fixed on the end frames of the half-bodies, so that a cavity and an annular gap are formed therebetween to provide supply of component into the liquid cavity through a union (1). A stop (14) of bellows stroke is installed in annular clearance (6, 7) provided with holes for passage of liquid. On the bellows (6, 7), there are corrugations of larger outer diameter installed through a definite number of corrugations with fluoroplastic rings placed on their edges and sliding along the body. With supply of gas (nitrogen, helium) through unions (2) and (3) in cavity (G1) and (G2), the bellows (6) and (7) gat compressed displace liquid from the cavity. At that, only said fluoroplastic rings are in contact with the tank inner surface.

EFFECT: increased reliability due to reduced stroke of the movable part of the bellows and the area of its contact with the body, and reparability of bellows structure at the stage of its manufacture and testing.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, в частности к устройствам для хранения и подачи жидких компонентов топлива в двигательные установки космических кораблей, орбитальных станций и блоков выведения космических аппаратов.The invention relates to the field of rocket and space technology, in particular to devices for storing and supplying liquid fuel components to propulsion systems of spacecraft, orbital stations and spacecraft launch units.

Известна конструкция бака топливного космического аппарата для хранения и подачи жидких компонентов (см. патент на изобретение RU №2522763 - аналог), состоящего из герметичного корпуса с входными и выходными штуцерами и внутренней металлической диафрагмы переменной толщины, разделяющей топливный бак на газовую и жидкостную полости. Подачу компонентов топлива к потребителю производят посредством наддува газом топливного бака и выдавливания металлической диафрагмой компонентов топлива в магистрали подачи к потребителю - реактивным двигателям двигательной установки космического корабля.A known design of the tank of a fuel space vehicle for storing and supplying liquid components (see patent RU No. 2522763 for an analogue), consisting of a sealed enclosure with inlet and outlet fittings and an internal metal diaphragm of variable thickness separating the fuel tank into gas and liquid cavities. The supply of fuel components to the consumer is carried out by means of gas pressurization of the fuel tank and extrusion of the fuel components by the metal diaphragm in the supply line to the consumer — jet engines of the spacecraft propulsion system.

Недостатком вышеописанного устройства является невозможность многократной дозаправки топливного бака космического аппарата (на орбите) ввиду его недостаточной живучести из-за возникновения дополнительных напряжений (с последующим разрушением) во внутренней металлической диафрагме при ее многоразовой (полной - от крайнего - до крайнего положений) перекладке.The disadvantage of the above device is the impossibility of multiple refueling of the fuel tank of the spacecraft (in orbit) due to its insufficient survivability due to the occurrence of additional stresses (with subsequent destruction) in the internal metal diaphragm when it is reusable (full - from extreme to extreme positions).

Известно устройство для хранения и подачи жидких компонентов, установленное в топливном отсеке космического корабля (см. патент на изобретение RU №2132804 - аналог) содержащее раму с установленными на ней системой наддува и топливными баками горючего и окислителя, включающими корпус и внутреннюю эластичную мембрану. Подачу топлива осуществляют методом выдавливания, подавая давление газа от системы наддува в газовые полости топливных баков, и посредством внутренней эластичной мембраны передавливают жидкое топливо в магистрали подачи компонентов топлива потребителю.A device for storing and supplying liquid components is installed in the fuel compartment of a spacecraft (see patent for invention RU No. 2132804 - an analogue) containing a frame with a supercharging system and fuel tanks of fuel and oxidizer installed on it, including a body and an internal elastic membrane. Fuel is supplied by extrusion, supplying gas pressure from the pressurization system to the gas cavities of the fuel tanks, and liquid fuel is transferred through the elastic membrane to the fuel component supply line to the consumer.

Известно также устройство для хранения и подачи жидких компонентов (см. патент на изобретение RU №2301180 - прототип) состоящий из корпуса с размещенным в нем сильфоном, разделяющим внутреннюю емкость на жидкостную и газовую полости. Жидкостная полость снабжена штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, а газовая полость снабжена штуцером для подключения к газовым магистралям.There is also known a device for storing and supplying liquid components (see patent for invention RU No. 2301180 - prototype) consisting of a housing with a bellows placed inside it, dividing the internal container into a liquid and gas cavity. The liquid cavity is equipped with a fitting for connecting to the fuel supply lines, and the gas cavity is equipped with a fitting for connecting to the gas lines.

Недостатком известного технического устройства является то, что все гофры сильфона контактируют с внутренней поверхностью корпуса бака, что создает дополнительное сопротивление при возвратно-поступательном движении сильфона. При значительных размерах сильфона (≥∅500 мм, ход ≥1200 мм) - это дополнительный элемент ненадежности. К тому же, такая конструкция при всей своей сложности и дороговизне является абсолютно неремонтопригодной и если после сборки сильфона в процессе его испытаний перед установкой в бак выявляется негерметичность сильфона, то вся конструкция бракуется.A disadvantage of the known technical device is that all bellows corrugations are in contact with the inner surface of the tank body, which creates additional resistance during the reciprocating movement of the bellows. For large bellows (≥∅500 mm, stroke ≥1200 mm), this is an additional element of unreliability. Moreover, such a design, for all its complexity and high cost, is absolutely unrepairable, and if after assembling the bellows during its testing before installation in the tank, the leakage of the bellows is detected, then the entire structure is rejected.

Задачей предложенного технического решения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности за счет уменьшения мест контакта сильфона с корпусом, уменьшения хода каждой подвижной части сильфона при сохранении его общего хода, а также появления возможности ремонтопригодности конструкции на стадии изготовления и испытаний сильфона (до установки каждой из его половинок в свой полукорпус).The objective of the proposed technical solution is to expand operational capabilities, increase reliability by reducing the contact points of the bellows with the housing, reducing the stroke of each movable part of the bellows while maintaining its overall stroke, as well as the possibility of maintainability of the structure at the stage of manufacturing and testing of the bellows (before installing each of them halves in your half-shell).

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в баке топливном для хранения и подачи жидких компонентов, состоящем из корпуса, жидкостной полости, снабженной штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, газовой полости, снабженной штуцером для подключения к газовым магистралям, и сильфона, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух полукорпусов, причем каждый полукорпус топливного бака имеет автономную газовую полость и в каждом полукорпусе установлен сильфон, причем торцевые гофры каждого сильфона с одной стороны герметично соединены с крышкой, взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона с его ограничителем хода, размещенным в газовой полости каждого полукорпуса; а с другой стороны жестко закреплены на торцевых шпангоутах полукорпусов таким образом, что при соединении торцевых шпангоутов полукорпусов образуется полость, а между торцевыми гофрами установлен стопор хода сильфонов с выполненными в нем отверстиями, служащими для подачи жидких компонентов в жидкостную полость сильфонов, при этом на каждом сильфоне через определенное количество гофр выполнены гофры большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the fuel tank for storing and supplying liquid components, consisting of a housing, a liquid cavity equipped with a fitting for connecting to the fuel supply lines, a gas cavity equipped with a fitting for connecting to the gas lines, and a bellows characterized in that the housing is made in the form of two half-shells, each half-shell of the fuel tank has an autonomous gas cavity and a bellows is installed in each half-shell, with the end corrugations of each the bellows on one side are hermetically connected to the cover, interacting at maximum tension of the bellows with its stroke limiter, located in the gas cavity of each half-housing; and on the other hand, they are rigidly fixed to the end frames of the half-shells in such a way that a cavity is formed when the end frames of the half-bodies are connected, and a bellows stopper is installed between the end corrugations with holes made in it that serve to supply liquid components to the liquid cavity of the bellows, while on each bellows through a certain number of corrugations made corrugations of larger diameter, with fluoroplastic rings placed on them.

Предлагаемый бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-5.The proposed fuel tank for storing and supplying liquid components is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-5.

На фиг. 1 представлен разрез общего вида бака топливного.In FIG. 1 is a sectional view of a general view of a fuel tank.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез А-А бака топливного (сильфон не показан).In FIG. 2 is a cross-sectional view AA of a fuel tank (bellows not shown).

На фиг. 3 представлено сечение Б-Б бака топливного, где показаны установка стопора хода между сильфонами, а также стык полукорпусов.In FIG. 3 shows a section B-B of the fuel tank, which shows the installation of a travel stop between the bellows, as well as the joint of the half-shells.

На фиг. 4 (выносной элемент Д) представлены гофры с внешней кромкой большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами (корпус бака топливного не показан).In FIG. 4 (extension element D) presents corrugations with an outer edge of a larger diameter, with fluoroplastic rings placed on them (the fuel tank body is not shown).

На фиг. 5 (выносной элемент Е) представлена линия обреза внешней кромки при ремонте сильфона (фторопластовое кольцо и корпус бака топливного не показаны).In FIG. 5 (extension element E) shows the line of cutting of the outer edge when repairing a bellows (PTFE ring and the fuel tank body are not shown).

Бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов, показанный на фиг. 1 в полностью заправленном состоянии, состоит из корпуса, жидкостной полости Ж, снабженной штуцером 1 для подключения к магистралям подачи топлива, и двух автономных газовых полостей Г1 и Г2, снабженных штуцерами 2 и 3 для подключения к газовым магистралям.The fuel tank for storing and supplying liquid components shown in FIG. 1 in a fully charged state, consists of a housing, a liquid cavity Ж equipped with a fitting 1 for connecting to the fuel supply lines, and two autonomous gas cavities G1 and G2, equipped with fittings 2 and 3 for connecting to the gas mains.

Корпус бака топливного выполнен в виде двух полукорпусов 4 и 5, в каждом из которых установлен сильфон 6 (7), причем торцевые гофры каждого сильфона 6 (7) с одной стороны герметично соединены с крышкой 8 (9), взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона 6 (7) с его ограничителем хода 10 (11), размещенным в газовой полости каждого полукорпуса 4 (5), а с другой стороны жестко закреплены любым известным способом (например, сваркой) на торцевых шпангоутах полукорпусов 4 (5) таким образом, что между ними образуется полость 12, а между торцевыми гофрами сильфонов - кольцевой зазор 13, служащие для подачи жидкого компонента в жидкостную полость (Ж), который поступает через штуцер 1.The fuel tank body is made in the form of two half-shells 4 and 5, in each of which a bellows 6 (7) is installed, and the end corrugations of each bellows 6 (7) are hermetically connected on one side to the cover 8 (9), which interacts with the bellows 6 being stretched to the maximum (7) with its travel stop 10 (11) placed in the gas cavity of each half-shell 4 (5), and on the other hand, rigidly fixed by any known method (for example, welding) on the end frames of the half-shells 4 (5) in such a way that between they form a cavity 12, and between the end corrugations ilfonov - annular gap 13 serving to supply the liquid component into the liquid cavity (F) which enters through connection 1.

В кольцевой зазор 13 между торцевыми гофрами установлен стопор хода 14 сильфонов 6 и 7 с выполненными в нем отверстиями 15, служащими для подачи жидкого компонента в жидкостную полость (Ж) сильфонов 6 и 7. На сильфонах 6 и 7 через определенное количество гофров установлены гофры 16 с внешней кромкой большего диаметра с размещенными на них фторопластовыми кольцами 17.In the annular gap 13 between the end corrugations is installed a stopper 14 of the bellows 6 and 7 with holes 15 made therein, which serve to supply the liquid component to the fluid cavity (G) of the bellows 6 and 7. On the bellows 6 and 7, corrugations 16 are installed through a certain number of corrugations with the outer edge of a larger diameter with the fluoroplastic rings 17 placed on them.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По команде от системы управления (СУ) изделием через штуцеры 2 и 3 в газовые полости (Г1, Г2) под давлением подается газ (азот, гелий). Под воздействием перепада Рг>Рж давления (Рг - давление в газовой полости, Рж - давление в жидкостной полости) сильфоны 6 и 7 начинают сжиматься (направление сжатия показано стрелками), уменьшаясь в объеме и вытесняя из жидкостной полости (Ж) горючее (окислитель) в силовую установку космического аппарата (КА). При этом только фторопластовые кольца 17 сильфонов 6 и 7 контактируют с внутренней поверхностью корпуса бака топливного. По команде от СУ изделием перекрываются клапана на газовой магистрали и процесс подачи горючего (окислителя) прекращается. При полной выработке горючего (окислителя) крышки 8 и 9 сильфонов 5 и 6 упрутся в стопор хода 14 с разных сторон практически одновременно и дальнейшее сжатие сильфонов 5 и 6 будет невозможно. В этом случае остаток горючего (окислителя) в баке будет минимален.At the command of the control system (SU), the product through the fittings 2 and 3 into the gas cavity (G1, G2) under pressure, gas (nitrogen, helium) is supplied. Under the influence of the differential pressure Рг> Рж pressure (Рг - pressure in the gas cavity, Рж - pressure in the liquid cavity), the bellows 6 and 7 begin to compress (the direction of compression is shown by arrows), decreasing in volume and displacing fuel (oxidizer) from the liquid cavity (G) in the power plant of the spacecraft (SC). In this case, only the fluoroplastic rings 17 of the bellows 6 and 7 are in contact with the inner surface of the housing of the fuel tank. At the command of the SU, the product shuts off the valves on the gas line and the process of supplying fuel (oxidizer) is stopped. With the full development of fuel (oxidizing agent), the covers 8 and 9 of the bellows 5 and 6 will abut the stopper 14 from different sides almost simultaneously and further compression of the bellows 5 and 6 will be impossible. In this case, the remainder of the fuel (oxidizer) in the tank will be minimal.

На любом этапе, в том числе и при полной выработке горючего (окислителя), возможна дозаправка КА, которая осуществляется следующим образом: по команде от СУ изделием через штуцер 1 в полость Ж под давлением подается горючее (окислитель). Под воздействием перепада (Рг<Рж) давления сильфоны начинают увеличивать свой объем (направление движения - против стрелок). При взаимодействии крышек 8 и 9 с ограничителями хода 10 и 11 процесс дозаправки прекращается. Процесс дозаправки также может быть неоднократно повторен на любом этапе эксплуатации КА.At any stage, including the complete development of fuel (oxidizer), spacecraft refueling is possible, which is carried out as follows: on command from the product, through the nozzle 1, fuel (oxidizer) is supplied into cavity G under pressure. Under the influence of the differential (Pg <Pg) pressure, the bellows begin to increase their volume (the direction of movement is against the arrows). When lids 8 and 9 interact with travel stops 10 and 11, the refueling process stops. The refueling process can also be repeatedly repeated at any stage of the spacecraft operation.

Предложенное техническое решение позволит расширить эксплуатационные возможности и повысить надежность за счет введения фторопластовых колец на гофрах большего диаметра и, следовательно, уменьшения мест контакта сильфона с корпусом, а также уменьшения хода каждой подвижной части сильфона при сохранении его общего хода. К тому же, в процессе изготовления и испытаний сильфонов (до установки каждой из его половинок в свой полукорпус) при обнаружении негерметичности на любом этапе возможно осуществлять ремонт сильфона, срезая сварные швы по периметру гофр с внешней кромкой большего диаметра и таким образом удаляя и заменяя негерметичный сегмент.The proposed technical solution will expand operational capabilities and increase reliability by introducing fluoroplastic rings on corrugations of larger diameter and, consequently, reducing the contact points of the bellows with the body, as well as reducing the stroke of each movable part of the bellows while maintaining its overall stroke. In addition, in the process of manufacturing and testing bellows (before installing each of its halves in its own half-shell), if a leak is detected at any stage, it is possible to repair the bellows by cutting welds along the perimeter of the corrugations with an outer edge of a larger diameter and thus removing and replacing the leak segment.

Claims (1)

Бак топливный для хранения и подачи жидких компонентов, состоящий из корпуса, жидкостной полости, снабженной штуцером для подключения к магистралям подачи топлива, газовой полости, снабженной штуцером для подключения к газовым магистралям, и сильфона, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде двух полукорпусов, причем каждый полукорпус топливного бака имеет автономную газовую полость и в каждом полукорпусе установлен сильфон, причем торцевые гофры каждого сильфона с одной стороны герметично соединены с крышкой, взаимодействующей при максимальном растяжении сильфона с его ограничителем хода, размещенным в газовой полости каждого полукорпуса, а с другой стороны жестко закреплены на торцевых шпангоутах полукорпусов таким образом, что при соединении торцевых шпангоутов полукорпусов образуется полость, а между торцевыми гофрами установлен стопор хода сильфонов с выполненными в нем отверстиями, служащими для подачи жидких компонентов в жидкостную полость сильфонов, при этом на каждом сильфоне через определенное количество гофров выполнены гофры большего диаметра, с размещенными на них фторопластовыми кольцами. A fuel tank for storing and supplying liquid components, consisting of a housing, a liquid cavity equipped with a fitting for connecting to the fuel supply lines, a gas cavity equipped with a fitting for connecting to the gas lines, and a bellows, characterized in that the housing is made in the form of two half-bodies, moreover, each half-shell of the fuel tank has an autonomous gas cavity and a bellows is installed in each half-shell, and the end corrugations of each bellows are sealed on one side with a lid that interacts with and the maximum stretching of the bellows with its stroke limiter located in the gas cavity of each half-housing, and on the other hand, are rigidly fixed to the end frames of the half-bodies in such a way that a cavity is formed when the end frames of the half-bodies are connected, and the bellows stop stop is installed between the end corrugations with holes for supplying liquid components to the liquid cavity of the bellows, while on each bellows through a certain number of corrugations made corrugations of larger diameter, with fluoroplastic rings placed on them.

Images