ВОЗДУШНО-АЗОТНАЯ КОМПРЕССОРНАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО СТАРТОВОГО КОМПЛЕКСА
AIR-NITROGEN COMPRESSOR STATION FOR SPACE ROCKET LAUNCHING COMPLEX

Изобретение относится к воздушно-азотным компрессорным станциям и может быть использовано преимущественно в ракетно-космических стартовых комплексах для обеспечения потребителей сжатыми газами, а также в силовых пневмоавтоматических системах (Аграновский М.К., Вылюднов М.Е. и др. Силовые пневмоавтоматические системы. Под редакцией член-корр. АН СССР В.П. Бармина. М., 1965, с.3, глава II), испытательных стендах ракетных и авиационных двигательных установок и в химической промышленности.
Известна многокомпрессорная установка для производства сжатого воздуха (Авторское свидетельство СССР № 1492836 от 1990, МПК: F04B 41/06, F04B 35/00, 1990), содержащая компрессоры, соединенные с единой магистралью нагнетания линиями высокого давления, в каждой из которых установлен автомат давления и маслоотделитель, и челночные клапаны, установленные на линиях связи автоматов давления с клапанами автоматического слива конденсата из маслоотделителей.
Достоинством этой установки является обеспечение автоматического слива конденсата из маслоотделителей.
Недостатком является то, что отсутствуют коллектор и емкость для сбора конденсата из маслоотделителей.
Известна также воздушно-азотная компрессорная станция 8Г311, эксплуатирующаяся в составе стартовых комплексов типа 17П32 для пуска ракетоносителей (РН) типа «Союз» и «Союз-2» (Техническое описание и инструкция по эксплуатации компрессорной станции 8Г311, ФГУП «КБОМ». М., 1975), принципиальная схема которой приведена на фиг. 1.
Компрессорная станция содержит четыре технологические линии подачи газов, в каждой из которых последовательно установлены компрессор 1, влагомаслоотделитель 2 и блок сушки 3. На всасывании компрессора установлены запорные вентили 4, соединенные с окружающей средой, и запорные вентили 5, соединенные с трубопроводом 6 подачи газообразного азота от систем азотоснабжения. Технологические линии через запорные вентили 7 соединены с ресиверами для хранения сжатого воздуха 8, а через запорный вентиль 9 с ресиверами для хранения сжатого азота 10. Из ресиверов 8 и 10 сжатые газы подаются через пневмощит выдачи 11 потребителям. Вода для охлаждения влагомаслоотделителей 2 подается от системы оборотного водоснабжения.
Достоинством станции является то, что ресиверы для хранения сжатых газов заполняются заблаговременно, до установки РН на пусковое устройство. Количество ресиверов рассчитано для обеспечения всех потребностей потребителей сжатых газов в период подготовки штатного пуска РН.
Однако в случае длительной задержки (более двух часов) пуска запаса сжатых газов недостаточно для обеспечения потребностей потребителей и поэтому включаются в работу все четыре технологические линии. Потребность в сжатом воздухе в два - три раза больше, чем в сжатом азоте и при стоянке более двух часов его не хватает, что приводит к необходимости слива компонентов топлива из баков РН и переносу пуска.
Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является воздушно-азотная компрессорная станция по варианту 2 патента РФ № 2410570 (RU 2410570, С1, МПК F04D 27/00, 17.08.2009 - прототип), которая принимается за прототип.
Принципиальная схема станции приведена на фиг. 2.
Станция содержит четыре технологические линии подачи воздуха и азота, в каждой из которых последовательно установлены запорные вентили на всасывании компрессора 1, компрессор 1, влагомаслоотделитель 2 и блок осушки 3, ресиверы для хранения сжатого воздуха 4 и азота 5, систему оборотного водоснабжения, пневмощит 6 выдачи сжатого воздуха и азота, приемный пневмощит 7, соединенный с одной стороны с передвижными воздушными компрессорными установками 8, а с другой стороны - со щитом выдачи сжатого воздуха потребителям и с ресиверами для хранения сжатого воздуха.
Достоинством прототипа является то, что при задержках пуска РН включаются передвижные компрессорные установки, которые позволяют существенно увеличить время задержки пуска РН путем одновременной подачи воздуха потребителям при работающих стационарных компрессорах как в обход щита выдачи воздуха через вентиль 9, так и через вентиль 10, ресиверы 4 и щит выдачи воздуха 6, однако прототип имеет следующие недостатки.
В сжатом воздухе, подаваемом от стационарных компрессоров через влагомаслоотделители и блоки осушки, содержание паров масла не превышает 3 мг/м , а температура точки росы не выше минус 55° С, что является необходимым требованием для сжатого воздуха, подаваемого в РН и некоторым другим потребителям. В составе передвижных компрессорных установок влаговодомаслоотделители с водяным охлаждением и адсорбционные блоки осушки воздуха отсутствуют, поэтому содержание паров масла в сжатом воздухе может превышать 3 мг/м , а температура точки росы на 20-25° С ниже температуры точки росы окружающей среды, что не позволяет подавать этот воздух в РН, поэтому для подачи воздуха в РН продолжают использовать воздух требуемой кондиции только от стационарных компрессоров, что позволяет увеличить время стоянки заправленного РН не более, чем на 4-5 часов.
Другим недостатком прототипа является то, что в процессе эксплуатации системы оборотного водоснабжения уменьшается величина расхода охлаждающей воды через каждый влагомаслоотделитель ввиду увеличения гидравлического сопротивления влагомаслоотделителей вследствие загрязнения их внутренних поверхностей технической водой системы оборотного водоснабжения.
При уменьшении расхода воды через влагомаслоотделители повышается температура сжатого воздуха, что приводит к увеличению содержания в нем паров масла и ухудшению условий осушки воздуха от паров воды в блоках осушки.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности использования технологического оборудования для получения требуемой кондиционности сжатых газов по содержанию паров масла и воды, обеспечению требуемого времени подачи газов в РН и другим потребителям при задержке пуска РН, улучшение условий эксплуатации влагомаслоотделителей за счет своевременной их очистки от загрязнений, что позволяет создать надежную, эффективную и экономичную воздушно-азотную компрессорную станцию для ракетно-космического стартового комплекса, обеспечивающую его кондиционными сжатыми газами в процессе штатной подготовки к пуску РН и при задержках пуска на неограниченное время во время стоянки на пусковом устройстве заправленного низкокипящими компонентами топлива РН.
Указанные технические результаты достигаются благодаря тому, что воздушно-азотная компрессорная станция для ракетно-космического стартового комплекса, содержащая технологические линии подачи воздуха и азота, в каждой из которых последовательно установлены запорные вентили, компрессор, влагомаслоотделитель и блок осушки, ресиверы для хранения сжатого воздуха и азота, систему оборотного водоснабжения влагомаслоотделителей, систему электроснабжения, пневмощит подачи сжатого воздуха и азота потребителям, приемный пневмощит, передвижные воздушные компрессорные установки, коллектор сбора водомасляной эмульсии из влагомаслоотделителей и сливную емкость, снабжена дополнительным обратными клапанами, установленными на технологических линиях подачи воздуха и азота после компрессоров, запорными вентилями на трубопроводах, соединяющих технологические линии после обратных клапанов до входа во влагомаслоотделители с приемным пневмощитом и трубопроводе, соединяющем коллектор, объединяющий технологические линии после блоков осушки, с пневмощитом выдачи сжатого воздуха и азота потребителям и измерителями скорости охлаждающей воды, установленными на трубопроводе выхода охлаждающей воды из влагомаслоотделителей и связанными электрическими кабелями с пультом управления системы электроснабжения.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом на фиг. 3. В состав станции входят четыре технологические линии подачи воздуха и азота, в каждой из которых последовательно установлены компрессор 1, обратный клапан 2, влагомаслоотделитель 3 и блок осушки 4, а на входе в компрессор - запорный вентиль 5, соединяющий его с окружающей средой, и запорный вентиль 6, соединяющей компрессор с системой азотоснабжения.
Технологические линии после блоков осушки объединены коллектором, который через запорные вентили 7 соединен с ресиверами для хранения сжатого воздуха 8, через запорный вентиль 9 - с ресиверами для хранения сжатого азота 10, а через запорный вентиль 11 - с пневмощитом выдачи сжатого воздуха и азота потребителям 12. Из ресиверов 8 и 10 сжатый воздух и азот по отдельным трубопроводам также подается к пневмощиту выдачи 12.
В состав станции также входит система оборотного водоснабжения, снабжающая охлажденной водой влагомаслоотделители, система электроснабжения электродвигателей компрессоров 1, передвижные воздушные компрессорные установки 13 (количество которых определяется потребностям потребителей сжатого воздуха), соединенные гибкими трубопроводами 14 с приемными пневмощитом 15, из которого сжатый воздух через запорные вентили 16 поступает в технологические линии между обратными клапанами 2 и влагомаслоотделителями 3.
Коллектор 17 предназначен для сбора водомасляной эмульсии из вла гомаслоотделителей 3 и подачи ее в сливную емкость 18, соединенную с окружающей средой трубопроводом 19, снабженную уровнемером 20 и запорным вентилем 21, предназначенным для слива водомасляной эмульсии в канализацию. На сливной емкости имеется люк 22 для чистки внутренней поверхности емкости после слива водомасляной эмульсии. На трубопроводах слива охлаждающей воды из влагомаслоотделителей установлены измерители скорости воды 23.
Воздушно-азотная компрессорная станция работает следующим образом. До установки РН на пусковое устройство с пульта управления системы электроснабжения включают систему оборотного водоснабжения и компрессоры четырех технологических линий: два для заполнения ресиверов 8 кондиционным сжатым воздухом через запорные вентили 5, а два других для заполнения ресиверов 10 кондиционным сжатым азотом через запорные вентили 6. После заполнения ресиверов 8 и 10 до давления 40 МПа технологические линии выключают.
С момента установки РН на пусковое устройство начинают подачу сжатого воздуха и азота потребителям через пневмощит выдачи 12, включают все технологические линии для подпитки ресиверов 8 и 10 и продолжают выдачу воздуха через пневмощит 12, в который сжатый воздух может подаваться через запорный вентиль 7 из ресивера 8 или минуя ресивер 8 через запорный вентиль 11 до момента пуска РН.
В случае задержки пуска РН давление воздуха в ресивере 8 продолжает уменьшаться ниже допустимой величины, поэтому включают в работу воздушные передвижные установки 13, которые через гибкие трубопроводы 14, приемный пневмощит 15 и запорные вентили 16 обеспечивают дополнительный расход воздуха, который подается потребителям через запорные вентили 7 и ресиверы 8 или через запорный вентиль 11 непосредственно к пневмощиту выдачи 12. При этом весь подаваемый воздух проходит через влагомасло отделители 3 и блоки осушки 4, т.е. все потребители и РН получают конди ционный воздух с содержанием паров масла менее 3 мг/м и температурой точки росы не выше минус 55° С. Возможна также параллельная подача сжатого воздуха из ресивера 8 и непосредственно через щит выдачи 12 при открытом запорном вентиле 11.
В процессе всех режимов подачи сжатых газов производится контроль скорости охлаждающей воды на выходе из влагомаслоотделителей 3 при помощи измерителей скорости воды 23, которые в случае уменьшения скорости воды ниже допустимой величины сигнализируют об этом на пульт управления системы электроснабжения и оператор системы выключает соответствующий компрессор 1 или перекрывает соответствующий запорный вентиль 16 при подаче в эту линию сжатого воздуха от передвижных воздушных компрессорных установок 13 с целью исключения возможности снижения кондиционности сжатого воздуха, выдаваемого потребителям. Обслуживающий персонал заменяет загрязненный теплообменник влагомаслоотделителя, после чего эту технологическую линию вновь включают в работу. Таким образом обеспечивается необходимая длительность работы компрессорной станции при длительных задержках пуска РН (до нескольких часов или даже суток) с гарантированной подачей потребителям сжатого воздуха требуемой кондиционности по содержанию паров масла и воды.
После пуска РН производят заполнение ресиверов 8 и 10 до давления 40 МПа с использованием как стационарных компрессоров 1, так и передвижных воздушных компрессорных установок 13, а также производят очистку внутренних поверхностей теплообменников влагомаслоотделителей, замененных в процессе работы станции. После проведения указанных работ компрессорная станция становится готова к повторному использованию.
Предлагаемая воздушно-азотная компрессорная станция для ракетно-космических стартовых комплексов может быть использована как при модернизации компрессорных станций существующих стартовых комплексов для РН «Союз», «Союз-2», «Протон-М», «Зенит», так и для вновь создаваемых стартовых комплексов для РН «Ангара», а также для перспективных стартовых комплексов на космодроме «Восточный».