一種用于衛星電推進系統氙氣加注的中轉裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于衛星電推進系統氙氣加注的中轉裝置，屬于衛星電推進系統的高純氙氣加注試驗技術領域，適用于所有采用高純氙氣作為工質的電推進系統的加注。
【背景技術】
[0002]以氙氣作為工質的霍爾電推進系統和離子電推進系統在衛星發射前需進行氙氣加注，采用氙氣作為工質的電推進系統，其性能直接受氙氣純度的影響，對加注后的氙氣純度有著苛刻的要求:要求加注到推進系統的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm，而氙氣源的純度僅為99.9995% ο所以如何在大容量氙氣加注過程中確保氙氣純度以及系統壓力、溫度、加注量等滿足要求，保證加注過程中氙處于氣態或超臨界態，是電推進系統、尤其是長壽命電推進系統實現工程化應用的一大難題。
[0003]國外從上世紀90年代后期就開始了對高純氙氣加注技術的研究，投入了巨大的人力和物力，進行了大量的驗證試驗，通過多年的技術積累，在高純氙氣加注以及中轉裝置的研制方面已具備了較強的技術能力。國內由于高純氙氣加注技術尚處空白，在中轉裝置研制方面沒有文獻可以參考。
[0004]衛星電推進系統氙氣加注中轉裝置是在電推進系統逐步實現工程化應用的過程中摸索和總結的成果，國內沒有相關的文獻和資料可以借鑒，國外也極少公開紕漏類似裝置的設計方法。
【發明內容】
[0005]本發明的技術解決問題:為了克服現有技術的不足，提供一種用于衛星電推進系統氙氣加注的中轉裝置，解決了氙氣加注的關鍵問題，能夠有效用于衛星電推進系統的氙氣加注任務。
[0006]本發明的技術解決方案是:
[0007]—種用于衛星電推進系統氙氣加注的中轉裝置，包括直筒、法蘭、液氮管路、裝置出口、電加熱管、上封頭、保溫層、溫度傳感器、下封頭和裝置進口，所述直筒為上、下兩端開口的中空圓柱型結構，其上端與上封頭連接，下端與下封頭連接，法蘭與上封頭之間固定并密封連接，形成封閉腔體，用于防止裝置中的氙氣泄漏；
[0008]下封頭上設置有裝置進口，法蘭上設置有裝置出口，置于封閉腔體內的液氮管路為盤管結構，液氮管路的兩個端口穿出法蘭；置于封閉腔體內的電加熱管為U型結構，電加熱管的兩個端口穿出法蘭；溫度傳感器置于直筒外表面，以監測裝置散熱情況；封閉腔體外部包裹有保溫層，以防止工作過程中熱量外散。
[0009]所述保溫層材質為深冷三聚酯泡沫，層數至少三層，每層厚度為4mm?6mm。
[0010]所述下封頭為半球形結構。
[0011]所述法蘭與上封頭之間通過金屬密封圈進行密封連接，密封圈、法蘭及上封頭相互接觸部位粗糙度不大于0.8。
[0012]所述液氮管路為環形盤管結構，其直徑為直筒內徑的一半。
[0013]所述液氮管路的盤管相鄰兩圈間距為2mm?5mm。
[0014]U型電加熱管置于液氮管路圍繞的空間中，二者徑向間距為5mm?10mmo
[0015]直筒與上封頭和下封頭間通過I級焊縫焊接，法蘭與上封頭進行螺接。
[0016]封閉腔體在溫度為_196°C?100°C、壓強為15MPa范圍內可完成對電推進系統氙氣加注。
[0017]封閉腔體需確保液氮管路及電加熱管至少實現50次循環工作，使得加注到推進系統的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm。
[0018]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0019](1)本發明能夠實現衛星電推進系統大加注量的氙氣加注任務，解決了加注過程中的關鍵問題，通過對氙氣降溫、升溫實現加注過程，為靜態加注方法，加注過程中不會產生多余物，同時噪音低。
[0020](2)本發明采用裝置內部直接加熱、降溫的方法，可顯著提高工作效率，大大減少氙氣加注的工作時間。
[0021](3)本發明在氙氣源的純度為99.9995%情況下，要求加注到推進系統的氙氣純度高于99.995%，水和氧的含量不超過2ppm，以使在大容量氙氣加注過程中確保氙氣純度以及系統壓力、溫度、加注量等滿足要求。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明結構示意圖；
[0023]圖2為本發明加注系統示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明作進一步詳細地描述。
[0025]現有技術中，采用外部加熱、降溫的方法實現氣體加注，一般采用高低溫箱等溫控裝置實現加熱、降溫，但該方法工作效率低，經試驗驗證，加注1kg氙氣大約需要1小時，所以一般只用于加注量非常小的工況，而內部直接加熱、降溫的方法對氙氣純度要求很高，要高于99.995%，同時對中轉裝置的承溫、承壓以及為達到噸級加注量而反復加注的使用次數都提出苛刻的要求。
[0026]為此，設計一種用于衛星電推進系統氙氣加注的中轉裝置，包括直筒1、法蘭2、密封圈5、液氮管路6、裝置出口 7、電加熱管8、上封頭9、保溫層10、溫度傳感器11、下封頭12和裝置進口 13，所述直筒1為上、下兩端開口的中空圓柱型結構，其上端與上封頭9連接，下端與下封頭12連接；法蘭2與上封頭9固連，密封圈5置于法蘭2與上封頭9之間，密封圈5選擇金屬材料，為節約成本，可選擇不銹鋼材料，同時保證密封圈5、法蘭2及上封頭9相互接觸部位粗糙度不大于0.8，用于防止裝置中的氙氣泄漏；直筒1與上封頭9和下封頭12間通過I級焊縫焊接，法蘭2與上封頭9進行螺接，形成封閉腔體。
[0027]下封頭12設計成圓弧形，優選為半球形，以利于抗壓要求，在中間位置設置有裝置進口 13，法蘭2中間位置設置有裝置出口 7，置于裝置腔體內的液氮管路6為環形盤管結構，其盤管相鄰兩圈間距為2mm?5mm，其直徑設計成直筒1內徑的一半，液氮管路6下邊緣距下封頭12內壁最小距離為4mm，以使封閉腔體冷卻均勻，同時對直筒1不發生任何破壞性影響，以提高加注的效率。
[0028]液氮管路6的兩個端口穿出法蘭2 ;置于裝置腔體內的電加熱管8為U型結構，U型電加熱管8置于液氮管路6圍繞的空