УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВОДА ПАРОВ ЖИДКОГО КИСЛОРОДА ОТ БАКА ОКИСЛИТЕЛЯ БОКОВОГО БЛОКА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ
DEVICE TO DISCHARGE LIQUID OXYGEN VAPORS FROM CARRIER ROCKET SIDE BLOCK OXIDISER TANK

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано при заправке жидкими криогенными компонентами ракетного топлива, такими, как жидкий кислород, преимущественно топливных баков первой ступени ракетно-космической системы.
В настоящее время подготовка к пуску ракет-носителей типа «Союз» на российских космодромах производится под открытым небом. Во время заправки дренаж образующихся паров жидкого кислорода производят в атмосферу, но в пределах стартового сооружения, то есть пары жидкого кислорода, испаряющиеся с поверхности заправленных баков РН, уносятся ветром или просто рассеиваются в воздухе. Поскольку криогенные компоненты ракетного топлива представляют собой опасные для здоровья человека сжиженные взрыво- и пожароопасные газы с очень низкой температурой кипения, при заправке ими баков РН должны соблюдаться требования, обеспечивающие безаварийность и безопасность заправки.
При создании нового ракетно-космического комплекса (РКК) возникла необходимость проводить подготовку изделия к пуску в закрытом помещении, - в так называемой мобильной башне обслуживания (МБО), - вплоть до самого пуска.
Известно устройство криогенной установки (авт. свид. №1433147, опубликованное 10.10.2005 г., 7 F25J 3/04), содержащее отвод, снабженный дроссельным клапаном и подсоединенный к линии сброса паров в атмосферу.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является устройство отвода в дренаж паров жидкого кислорода, представленное в «Система 8Г0123. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 8Г0123 ИО Том II» лист 37, ВНИИ ГТ, г.Москва, 1982 г. Устройство выполнено в виде трубопровода 1 с присоединенными к нему гибкими рукавами 2, которые крепятся к фланцам бортового обтекателя 3 бокового блока ракеты-носителя.
Недостатком известного технического решения, а также выше описанной конструкции являются ограниченные эксплуатационные возможности из-за невозможности использования указанных конструкций в закрытом помещении вследствие их негерметичности, так как пары жидкого кислорода, скапливаясь внутри этого помещения, увеличивают предельно допустимую концентрацию кислорода и приводят к риску для здоровья рабочего персонала, а также к угрозе возгорания и взрыва.
Задачей заявляемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей устройства отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя, содержащем пароотводящий элемент, жестко закрепленный одним концом на фланце бортового обтекателя, согласно предложенному техническому решению пароотводящий элемент имеет два сильфона, жестко соединенных патрубком, причем один из сильфонов выполнен из неметаллического материала, инертного к парам криогенного топлива, в котором выполнена разрывная проточка, а на цилиндрических поверхностях фланцев которого выполнены кольцевые канавки под полукольца, взаимодействующие посредством выступающих за наружный диаметр цилиндрической поверхности фланца торцевых поверхностей с внутренними торцевыми поверхностями уступов прижимных колец, установленных коаксиально на цилиндрических поверхностях фланцев неметаллического сильфона с возможностью поворота вокруг них и взаимодействующих с фланцами бортового обтекателя и патрубка, при этом на торцевых поверхностях фланца бортового обтекателя и патрубка со стороны неметаллического сильфона выполнены кольцевые выступы, упирающиеся в торцевые поверхности фланцев неметаллического сильфона для обеспечения герметичности стыков, причем пароотводящий элемент снабжен тросовой подвеской, один конец которой закреплен на одном из фланцев патрубка, а другой конец закреплен на несущей стреле, при этом другой конец пароотводящего элемента жестко закреплен на фланце пароотводной магистрали, смонтированной на несущей стреле.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя. На фиг.2 - устройство для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя, вид сверху. На фиг.3 - устройство для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя, разрез по А-А.
Устройство для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя содержит пароотводящий элемент, состоящий из двух сильфонов 1, 2, жестко соединенных патрубком 3, образуя единую герметичную полость. Один конец пароотводящего элемента жестко закреплен на фланце бортового обтекателя 4, а другой конец закреплен на фланце 5 пароотводной магистрали, смонтированной на несущей стреле 6.
Сильфон 1 выполнен из неметаллического материала (например, из фторопласта), инертного к парам криогенного топлива. В первой от торца впадине гофра сильфона со стороны фланца бортового обтекателя 4 выполнена разрывная проточка 7, при этом толщина стенки сильфона 1 в районе разрывной проточки 7 меньше толщины стенки сильфона 1 в районе гофр, чем обеспечивается гарантированный разрыв сильфона по ослабленному сечению именно в районе разрывной проточки 7.
Цилиндрические поверхности фланцев сильфона 1 снабжены кольцевыми канавками 8, в которых установлены полукольца 9, наружный диаметр которых больше диаметра цилиндрической части сильфона 1. Одним концом сильфон 1 крепится к фланцу бортового обтекателя 4, при этом стыкуемый участок торцевого фланца сильфона 1 размещен между двумя полукольцами 9 и торцевой поверхностью фланца бортового обтекателя 4.
Торцевые поверхности полуколец 9 взаимодействуют с одной стороны с наружной стороной стыкуемого участка торцевого фланца сильфона 1, а с другой стороны - с внутренними торцевыми поверхностями уступов 10 прижимного кольца 11, установленного коаксиально на цилиндрической поверхности фланца сильфона 1 с возможностью поворота вокруг своей оси для удобства установки на фланце бортового обтекателя 4 и жесткого крепления к нему. При этом торцевая поверхность фланца бортового обтекателя 4 и торцевая поверхность фланца патрубка 3 со стороны сильфона 1 снабжены кольцевыми выступами 12, 13, обеспечивающими надежность и герметичность соединения фланца бортового обтекателя 4, сильфона 1 и патрубка 3.
Другой конец сильфона 2 аналогично жестко крепится к фланцу металлического патрубка 3, установленного на фланце 5 пароотводной магистрали, смонтированной на несущей стреле 6. В процессе эксплуатации металлический сильфон 2 компенсирует вибрационные нагрузки, а также осевые и радиальные перемещения, воздействующие на соединяемые детали устройства.
Пароотводящий элемент снабжен тросовой подвеской 14, один конец которой закреплен на несущей стреле 6, а другой конец - на одном из фланцев патрубка 3 (например, один из болтов крепления фланцев выполнен удлиненным и снабжен втулкой для обеспечения крепления тросовой подвески на удлиненном болте).
Устройство для отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя работает следующим образом.
Перед началом работ производят сборку пароотводящего элемента, для чего последовательно соединяют сильфон 1, патрубок 3, сильфон 2 с обеспечением герметичности стыков, закрепляют тросовую подвеску 14 на одном из фланцев патрубка 3.
Перед началом заправки баков окислителя боковых блоков ракеты-носителя собранный пароотводящий элемент подвешивают свободным концом тросовой подвески 14 на несущей стреле 6 и подстыковывают к фланцу 5 пароотводной магистрали, смонтированной на несущей стреле 6 и имеющей выход за пределами мобильной башни обслуживания, свободным фланцем сильфона 2 с обеспечением герметичности стыка. Затем пароотводящий элемент крепят к фланцу бортового обтекателя 4. Для этого устанавливают прижимное кольцо 11 на цилиндрическую поверхность сильфона 1 со стороны бортового обтекателя 4 и полукольца 9 в кольцевую канавку 8. Совмещают отверстия фланцев бортового обтекателя 4 и сильфона 1 с помощью поворота прижимного кольца 11 и закрепляют пароотводящий элемент крепежными элементами на фланце бортового обтекателя 4.
После этого осуществляют заправку баков боковых блоков ракеты-носителя. При этом устройство работает (отводит дренажные пары) вплоть до пуска ракеты-носителя, разделяясь в районе разрывной проточки 7 (по ослабленному сечению) ходом несущей стрелы 6, при этом разделение пароотводящего элемента (отстыковка от бокового блока ракеты-носителя) происходит без участия обслуживающего персонала. После пуска ракеты-носителя оставшаяся часть пароотводящего элемента после разделения в районе разрывной проточки 7 остается подвешенной за тросовую подвеску 14 на несущей стреле 6, что обеспечивает безопасность пуска ракеты-носителя.
Заявленная конструкция позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства отвода паров жидкого кислорода от бака окислителя бокового блока ракеты-носителя путем обеспечения работ обслуживающего персонала по заправке баков боковых блоков ракеты-носителя в закрытом помещении за счет герметичного отвода паров за пределы мобильной башни обслуживания и гарантированного отстыковывания устройства во время пуска ракеты-носителя без участия обслуживающего персонала.