CN111803979A - 一种低温推进剂排放处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体应急排放技术领域，具体涉及一种低温推进剂排放处理装置，包括：收集结构，具有与排放管的流体出口对应设置的开口；换热板，设于所述收集结构的外壁上。本发明提供了一种蒸发速度较快，存在时间较短，安全隐患较小的低温推进剂排放处理装置。
Description
技术领域
本发明涉及流体应急排放技术领域，具体涉及一种低温推进剂排放处理装置。
背景技术
目前，采用化学推进的运载火箭依然是人类进出太空的首选，其中低温推进剂是化学推进剂的重要分支，它不仅无毒无污染，并且其比冲上的优势也是常规推进剂无法比拟的。美国洛克希德-马丁公司对美国重返月球计划进行评估时，对采用常规推进剂和低温推进剂方案进行了对比分析，结果表明采用低温推进剂可以显著缩小系统规模，系统重量能够减小近45%，单次发射费用可降低约10亿元。
与此同时，低温推进剂因其沸点低、易泄漏和扩散等特点也给其大规模应用带来了很大的挑战。低温液体推进剂现有的排放方法包括高空排放、燃烧池排放以及围堰排放三种，其中，高空排放方法只适用于小流量的低温推进剂排放，流量增大后排放的蒸汽会由于温度低而下沉，与空气混合形成的爆炸性混合物接近地面后爆炸的风险极大；燃烧池排放方法的排放流量范围同样不宽，在应急情况需要大流量快速排放时也存在爆燃风险；围堰排放适用于大流量应急排放，目前一般采用土堤或混凝土堤的形式，低温推进剂由于其沸点低，会挥发为气体，但是其在围堰内蒸发速度较慢，即危险源在围堰内的存在时间较长，安全隐患较大。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的低温推进剂等流体排放时蒸发速度较慢，存在时间较长，存在安全隐患的缺陷，从而提供一种蒸发速度较快，存在时间较短，安全隐患较小的低温推进剂排放处理装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低温推进剂排放处理装置，包括：
收集结构，具有与排放管的流体出口对应设置的开口；
换热板，设于所述收集结构的外壁上。
所述的低温推进剂排放处理装置，在所述收集结构的外壁上等间隔设置有多个换热板。
所述的低温推进剂排放处理装置，所述换热板平行于收集结构的轴向设置，且自所述收集结构的外壁顶端延伸至底端。
所述的低温推进剂排放处理装置，所述收集结构和换热板均为铝合金材质。
所述的低温推进剂排放处理装置，在所述收集结构的底部还设有加热板。
所述的低温推进剂排放处理装置，所述收集结构为圆柱体。
所述的低温推进剂排放处理装置，所述圆柱体的高度和底面直径相等。
所述的低温推进剂排放处理装置，所述收集结构中盛装有水。
所述的低温推进剂排放处理装置，水的体积为收集结构容积的1/3。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的低温推进剂排放处理装置，当需要应急排放低温推进剂等流体时，排放管中的流体通过开口直接进入收集结构中，由于收集结构的外壁上设有换热板，可以起到肋片的作用，从而增大换热面积，降低对流换热的热阻，增强装置的传热能力，加快蒸发速度，快速消除危险源，减小安全隐患。
2.本发明提供的低温推进剂排放处理装置，收集结构的底部还设有加热板，加热板和换热板同时作用，进一步加快了低温推进剂等流体的蒸发速度，减小了安全隐患。
3.本发明提供的低温推进剂排放处理装置，圆柱体的收集结构相对于传统的立方体结构，无论大气环境的风向如何，均可有效缩小低温推进剂等流体蒸发后可燃气云的扩散范围，适应不同风向时的排放需求，同时该收集结构在接触到低温推进剂等流体导致收缩时的强度更高，不易损坏。
4.本发明提供的低温推进剂排放处理装置，收集结构中盛装有水，利用水具有较大的热容和热导率，在保证低温推进剂等流体快速蒸发的同时，也避免了其直接冲击在收集结构的底面上，减小了收集结构底面的温度应力，延长了装置的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的低温推进剂排放处理装置的示意图。
附图标记说明：
1、收集结构；2、换热板；3、排放管；4、加热板；5、水。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示的低温推进剂排放处理装置的一种具体实施方式，本实施例中为用于运载火箭的低温推进剂，例如液氢、液氧或液态甲烷，本实施例应用于火箭发射场或试验台低温系统出现故障，需要大量应急排放低温推进剂的场合，包括收集结构1和换热板2。
收集结构1为高度和底面直径相等的圆柱体，圆柱体为铝合金材质，顶部具有与排放管3的流体出口对应设置的开口，开口的横截面积远大于排放管3的流体出口的横截面积，排放管3的流体出口通过顶部开口延伸至圆柱体的内部。圆柱体的底部还可以为不锈钢材质。排放管3的内径根据最大泄放量确定，管内流速小于6m/s，圆柱体的容积为排放管3最大泄放量的3倍。
在所述收集结构1的外壁上等间隔设置有多个长方形的换热板2，换热板2与收集结构1一体加工成型，或通过焊接或插接等方式固定。换热板2均为铝合金材质，所述换热板2平行于收集结构1的轴向设置，且自所述收集结构1的外壁顶端延伸至底端，以最大程度增加换热面积，加快低温推进剂的蒸发速度。
为进一步加快低温推进剂的蒸发，在所述收集结构1的底部还设有加热板4。加热板4为埋设有电阻丝的板体，加热板4完全覆盖收集结构1的底面。
为避免低温推进剂直接冲击收集结构1的底面，在所述收集结构1中盛装有水5，水5的体积为收集结构1容积的1/3。
当需要对排放管3中的低温推进剂进行泄放前，先向圆柱体的收集结构1中注入1/3容积的水5，然后打开底部的加热板4，再向收集结构1中排入低温推进剂，低温推进剂在接触到收集结构1的外壁时与其进行热量的交换，并进一步通过收集结构1外壁上的换热板2以及受到底部加热板4的加热和水5的共同作用提高蒸发速率；同时收集结构1中水的存在避免了低温推进剂与收集结构1底面的直接冲击。待低温推进剂完全蒸发后，关闭加热板4，结束处理工作。
作为替代的实施方式，换热板2可以沿收集结构1的外壁成螺旋状分布，或为沿垂直于收集结构1的轴向间隔分布的环形板。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种低温推进剂排放处理装置，其特征在于，包括：
收集结构（1），具有与排放管（3）的流体出口对应设置的开口；
换热板（2），设于所述收集结构（1）的外壁上。
2.根据权利要求1所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，在所述收集结构（1）的外壁上等间隔设置有多个换热板（2）。
3.根据权利要求2所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，所述换热板（2）平行于收集结构（1）的轴向设置，且自所述收集结构（1）的外壁顶端延伸至底端。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，所述收集结构（1）和换热板（2）均为铝合金材质。
5.根据权利要求1-3任一项所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，在所述收集结构（1）的底部还设有加热板（4）。
6.根据权利要求1-3任一项所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，所述收集结构（1）为圆柱体。
7.根据权利要求6所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，所述圆柱体的高度和底面直径相等。
8.根据权利要求1-3任一项所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，所述收集结构（1）中盛装有水（5）。
9.根据权利要求8所述的低温推进剂排放处理装置，其特征在于，水（5）的体积为收集结构（1）容积的1/3。
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