[发明专利]自重式低温泵循环供液装置

说明书

技术领域

本发明属于空间环境模拟技术领域，具体涉及一种用于空间环境模拟器中的低温泵供液系统。

背景技术

低温泵作为大型空间环境模拟器中重要的高真空无油抽气设备，需要选择一种供液装置为障板提供所需要的液氮，依靠液氮的流动使其温度维持在120K以下。供液系统需要为低温泵的液氮障板持续不断供应一定流量和压力的液氮，按供液方式通常分为贮槽自增压循环供液系统、开式沸腾系统和自重式循环供液系统。贮槽自增压供液系统要求系统至少配置两台贮槽，一台用于供液，一台用于回收液氮，液氮可回收再使用。但是，贮槽安装在室外，决定了系统液氮管路长，冷量损失大，经济性能较低。对于开式沸腾系统，管路设计简单，但由于回液管路中的残余液氮直接排入大气，一定程度上造成液氮浪费及环境污染。

自重式循环供液系统，具有原理简单，无需采购运转设备以及复杂的管路，可靠性高、维修方便，一次性投资费用节省等优点，拥有相当大的优势。同时由于液氮的循环利用，也减少了系统的运行费用。

2003年北京卫星环境工程研究所邹定忠在低温技术学术交流会上发表的《重力供应冷却用液氮的方法及其应用》中提到“直接利用液氮重力来供应液氮的系统”，并在1989年开始尝试使用这种方法，其系统原理图如图1所示，该系统包括液氮贮槽和供送液氮用于冷却的冷却盘管，液氮贮槽位于冷却盘管上方通过重力作用液氮进行流动。

发明内容

本发明目的是在重力供应液氮的基础上，提出了一套结构合理，系统配置简单，同时实现自动化操作的自重式低温泵循环供液系统。该系统能够为4台并联运行的DN1250低温泵障板持续提供液氮，保证其温度在工作期间低于120K。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

自重式低温泵循环供液系统，包括立式液氮贮槽、低温管道、气动阀门、两组以上的并列设置的手动阀门和低温泵的液氮障板，其中，立式液氮贮槽中的液氮通过气动阀门经低温管道流入若干组并列设置的手动阀门和低温泵的液氮障板，每组包括两路并联的手动阀门和低温泵的液氮障板，位于高处的液氮贮槽处在常压状态下，液氮经过供液管道流入低温泵的液氮障板，液氮在液氮障板中吸收热量，部分汽化，变成两相流，汽液两相流从液氮障板流出后经手动阀门返回供液贮槽，气相通过贮槽上的放空阀排出室外，液相回收进贮槽参与下一次循环。

其中，低温管道为真空多层绝热管，管道分为内管和外管，中间为真空夹层，真空度不低于1.3×10^-2Pa。

其中，系统管路的工作温度范围是-196℃～+120℃，设计压力0.8MPa。

其中，液氮在供液管道和回液管道中流动时管内不同位置的压力均不同。

其中，低温泵供液系统的管道为真空多层绝热管，内外管材为304不锈钢。

其中，液氮贮槽和供液管道上分别设置有压力传感器和低温气动阀门。

其中，每个液氮障板的液氮入口处还分别设置有另外的手动阀门。

其中，每组并列设置的手动阀门和低温泵的液氮障板的液氮流出口顶部分别会合到一放空口上。

其中，液氮贮槽还设置有增压气动阀、卸压气动阀、排液气动阀、补液气动阀。

增压气动阀安装在液氮贮槽的增压管道上，作用在增加液氮贮槽的压力。增压气动阀打开时，液氮贮槽中的液氮通过增压气动阀流入自身配置的汽化器汽化成氮气后再返回液氮贮槽从而使液氮贮槽的压力上升，待压力上升到指定压力后再关闭增压气动阀。

卸压气动阀安装在液氮贮槽的放空管道上，作用在降低液氮贮槽的压力。卸压气动阀打开时，液氮贮槽中的氮气通过放空管路排出从而使液氮贮槽的压力下降，待压力下降到指定压力后再关闭卸压气动阀。

排液气动阀安装在液氮贮槽的排液管道上，作用在于向其他需要液氮的设备供应液氮。排液气动阀打开时，液氮贮槽中的液氮通过排液管路排出液氮贮槽；待液氮不使用时再关闭排液气动阀。

补液气动阀安装在液氮贮槽的补液管道上，当液氮贮槽的液位下降到指定值时，补液气动阀打开，液氮通过补液阀门流入到液氮贮槽中从而向液氮贮槽补液。

本发明的自重式低温泵循环供液技术，具有原理简单，应用广泛，可靠性高、维修方便，一次性投资费用节省等优点，拥有相当大的优势，本发明技术具有以下改进效果：

(1)实现了液氮贮槽的自动补液功能和压力、液位监控功能；

(2)实现了4台并联低温泵的障板自动供液，使其温度维持在120K以下；