СИСТЕМА ЗАПРАВКИ СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ

Полезная модель относиться к системам заправки топливом и может быть использовано в области заправки сжиженным природным газом (СПГ) различных систем и устройств, например, к криогенной технике, в частности ракетам-носителям (РН) работающих на СНГ.
Переход к СПГ обусловлен его меньшей стоимостью, развитой инфраструктурой, а так же рядом технических преимуществ - меньшей теплотворной способностью, более высоким удельным импульсом и лучшей чистотой сгорания, по сравнению с другими видами топлива, в частности с ракетным керосином.
Однако, при применении такого компонента топлива как СНГ возможно возникновение такого негативного явления как «ролловер», результатом которого является быстрое не контролируемое превышение давления в газовой подушке хранилища системы заправки наземного комплекса. Данное явление может возникнуть при дозаправки сосуда новой дозой компонента или слива СПГ из РМ при отмене запуска изделия. В данных ситуациях возможно образование двух стратифицированных слоев в хранилище из-за разных параметров доз компонента, по причине того что СПГ является смесью углеродов. В кипящем состоянии из СПГ выкипают сначала более легкие компоненты, а как следствие изменяется плотность, состав и температура слоя. За счет разного теплообмена к стратифицированным слоям происходит выравнивание их плотностей. В момент выравнивания происходит перемешивание слоев, а аккумулированная теплота в нижнем слое является причиной фазового перехода компонента в газообразное состояние.
Одним из основных вопросов безопасной эксплуатации хранилищ СПГ наземных комплексов заключается в исключении возможности возникновения явления «ролловер» с минимальными потерями самого компонента и вскипанием легких углеводородов.
Применение специальных средств для перемешивания СПГ при хранении существенно увеличивают потери компонента, поэтому необходимо проводить заполнение сосуда таким образом, чтобы избежать начального стратифицирования слоев компонента.
Актуальность создания безопасных систем хранения и заправки СПГ наземного комплекса для РН связана с быстрым ростом интереса к этому новому перспективному ракетному топливу.
Известна система заправки сжиженным природным газом, содержащая хранилище, насос для перекачки СПГ, клапаны (см. RU 2027946 C1, опубл. 27.01.1995, принят за прототип).
Недостатком данной системы заправки является, что не исключается предотвращение не контролируемого превышения давления в газовой подушке хранилища системы заправки.
Цель полезной модели - предотвращение не контролируемого превышения давления в газовой подушке хранилища системы заправки, повышение безопасности использования хранилищ и уменьшение потерь топлива при хранении.
Технический результат заключается в повышении надежности системы заправки при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что система заправки сжиженным природным газом содержит хранилище сжиженного природного газа, клапаны, также система содержит струйный насос, смешивающий дозу, поступающую от внешних источников подачи компонента, с дозой компонента, поступающей из донной части хранилища в камеру насоса, гибкий трубопровод с поплавком, через который перемешанный поток возвращается обратно в хранилище сжиженного природного газа.
Данное решение позволяет перемешивать дозы СНГ еще на стадии заполнения хранилища, без дополнительного включения внешних насосов.
Полезная модель поясняется фигурой, где на фиг. 1 показана система заправки сжиженным природным газом.
Система заправки сжиженным природным газом содержит 1, 6, 7, 12, 14, 16, 18, 20, 21, 22, 23, 28, 29, 31, 32 - отсечные клапаны; 2 - транспортную емкость; 3, 5, 8, 10, 24, 25 - предохранительные клапаны; 4, 9 - разрывные мембраны; 11 - стыковочный порт заправочной системы; 13, 19 - очистные фильтры; 15 - бак ракеты-носителя; 17, 34 - гибкие трубопроводы; 26, 27 - центробежные криогенные насосы; 30 - хранилище СПГ; 33 - струйный насос; 35 - поплавок.
Благодаря наличию в системе струйного насоса, при заправке компонента новой дозой, часть старой дозы компонента забирается со дна хранилища и перемешиваясь поступает гарантированно на верх через гибкий трубопровод с поплавком. Основной напор СПГ обеспечивается обычными центробежными криогенными насосами.
Также данная система позволяет быстро слить компонент из баков РН в случае отмены запуска обратно в хранилище СПГ системы заправки наземного оборудования аналогичным образом, как и при дозаполнении емкости новой дозой компонента.
При заправке хранилища 30, клапаны 14, 20, 21 и 31 находятся в закрытом положении. СПГ поступает из транспортной емкости 2, через фильтр 13 в центробежный насос 27, этим насосом обеспечивается основной напор (26 насос резервный). После включения насоса 27 компонент поступает в струйный насос 33, «подтягивая» старую дозу из преддонной области через клапан 32, происходит перемешивание компонента с возвращением полученной смеси гарантированно в верхнюю область хранилища, через гибкий трубопровод 34 с установленным на нем поплавком 35.
Аналогично с описанным выше вариантом, в котором при сливе компонента из бака РН 15 СПГ поступает в центробежный насос через открытый клапан 14, осуществляя перемешивание дозы из хранилища и бака.
Заправка бака РН, как и циркуляционное перемешивание СПГ, по необходимости осуществляется через клапан 31.
Так же в случае все же в случае возникновения «ролловера» в хранилище, для приведенной предполагаемой полезной модели возможен вариант принудительного перемешивания компонента, путем включения напорных насосов по замкнутой схеме: хранилище-хранилище.
Эксплуатация надежных систем заправки СПГ является одним из важнейших направлений применения такого нового перспективного топлива, в частности ракетного топлива.