專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航天器熱控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
水升華器是一種利用工質(zhì)的升華原理進(jìn)行工作的熱控裝置，它通過(guò)使一種消耗性介質(zhì)發(fā)生相變并最終將其排放至外太空的過(guò)程將航天器廢熱帶走，從而實(shí)現(xiàn)航天器熱控系統(tǒng)的熱排散。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，是航天器不足以提供足夠的散熱面、或其它熱控措施不能發(fā)揮作用時(shí)必不可少的熱控措施。曾經(jīng)在國(guó)外的航天器熱控系統(tǒng)，尤其是航天員出艙活動(dòng)單元(EMU)生保系統(tǒng)(PLSS)的熱控中發(fā)揮了重大作用，并且仍是目前的宇航服必不可少的組成部分之一。隨著我國(guó)探月活動(dòng)及深空探測(cè)工作的逐步開(kāi)展，水升華器熱控技術(shù)已成為我國(guó)未來(lái)航天器熱控中必不可少和必須突破的熱控手段之一。然而水升華器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在微米級(jí)的多孔板對(duì)水的潔凈度有很高要求，另外為避免水升華冷板工作過(guò)程中出現(xiàn)不可控的“擊穿”，因此對(duì)水工質(zhì)的氣體含量也有很高的要求。在水升華器研制階段，保證水升華器用水工質(zhì)的質(zhì)量對(duì)水升華器整套系統(tǒng)的性能測(cè)試具有極其重要的價(jià)值。由于水升華器對(duì)水工質(zhì)的特殊要求，因此水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)必須滿(mǎn)足如下幾方面的條件:(I)水工質(zhì)要選用高純?nèi)ルx子水且需要經(jīng)過(guò)加熱和抽真空對(duì)其進(jìn)行脫氣處理；(2)真空系統(tǒng)需要具備抽水汽的能力；(3)整個(gè)充裝過(guò)程，要保證水工質(zhì)不得與外界環(huán)境接觸且需精確控制充裝量；
[4]具備溫度、壓力、流量、真空度及質(zhì)量流量控制功能，并可以對(duì)溫度、壓力、流量、真空度及充裝質(zhì)量等多項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與處理。水升華器工質(zhì)充裝系統(tǒng)是研制水升華器的必要條件，不僅可以為水升華器工質(zhì)供給系統(tǒng)提供必要的工質(zhì)充裝，而且可以擴(kuò)展到有同樣需求的高精度、高潔凈度、自動(dòng)化程度要求較高的工質(zhì)充裝情況，因此具有十分重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)和方法，能夠解決水升華器研制及性能測(cè)試過(guò)程中所需要的高潔凈度脫氣去離子水供給的需求，提供一種對(duì)目標(biāo)貯箱進(jìn)行自動(dòng)充裝水工質(zhì)的系統(tǒng)，從而為航天器熱控系統(tǒng)用水升華器的研制提供必須的技術(shù)保障。本發(fā)明的一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，包括真空子系統(tǒng)、脫氣子系統(tǒng)和充裝子系統(tǒng)，其中:所述脫氣子系統(tǒng)包括貯水瓶、活塞、加熱裝置、手輪和絲杠；其中，活塞外圓與貯水瓶?jī)?nèi)壁配合，活塞與其下端的貯水瓶?jī)?nèi)腔形成密閉空腔；活塞上設(shè)置一個(gè)出氣口 ；活塞上端垂直固定連接絲杠，絲杠上套接手輪；貯水瓶外壁設(shè)置加熱裝置；貯水瓶底部設(shè)置進(jìn)水Π ；
所述真空子系統(tǒng)包括分子泵、干泵、7個(gè)截止閥、I個(gè)低真空計(jì)和2個(gè)高真空計(jì)；所述分子泵的排氣端口與干泵的工作端口之間串聯(lián)第七截止閥；所述分子泵的進(jìn)氣端口連接第一截止閥的一端，第一截止閥的另一端分出兩路，其中一路依次串聯(lián)第一高真空計(jì)、第二截止閥和第三截止閥后與目標(biāo)貯箱的進(jìn)水口相連；所述干泵的工作端口依次串聯(lián)第四截止閥、低真空計(jì)、第二高真空計(jì)以及第六截止閥后與所述貯水瓶的出氣口相連；所述第一截止閥和第一高真空計(jì)之間管路與第四截止閥和低真空計(jì)之間管路由第五截止閥連接；所述充裝子系統(tǒng)包括蠕動(dòng)泵、質(zhì)量流量計(jì)、過(guò)濾器、壓力傳感器、背壓閥以及4個(gè)截止閥；原料水進(jìn)口處連接第八截止閥的一端，第八截止閥的另一端分出兩路:其中一路串接第九截止閥后連接貯水瓶的進(jìn)水口 ；另一路依次串接第十截止閥、蠕動(dòng)泵、質(zhì)量流量計(jì)、過(guò)濾器、背壓閥、壓力傳感器、第十一截止閥后接入到第二截止閥和第三截止閥之間的管路上。所述脫氣子系統(tǒng)還包括液位計(jì)，所述液位計(jì)通過(guò)所述活塞上的開(kāi)孔深入到活塞下方的貯水瓶的內(nèi)腔中，用于測(cè)量該內(nèi)腔的工質(zhì)液位。

所述加熱裝置包括溫控儀、測(cè)溫傳感器和加熱膜片，其中加熱膜片和測(cè)溫傳感器分別與溫控計(jì)相連；所述測(cè)溫傳感器設(shè)置在貯水瓶外壁上，用于測(cè)量貯水瓶中工質(zhì)的溫度，并將溫度發(fā)送給溫控計(jì)；溫控計(jì)根據(jù)接收到的溫度向加熱膜片發(fā)送開(kāi)始加熱或者停止加熱命令；所述加熱膜片粘結(jié)在貯水瓶外壁，根據(jù)溫控計(jì)的命令對(duì)貯水瓶進(jìn)行加熱。在所述第三截止閥遠(yuǎn)離目標(biāo)貯箱進(jìn)水口的一端連接壓緊式橡膠密封的充裝接口，用于目標(biāo)貯箱與充裝子系統(tǒng)的管道連接。本發(fā)明的自動(dòng)充裝系統(tǒng)還包括控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)分別與第一高真空計(jì)、第二高真空計(jì)、低真空計(jì)、壓力傳感器、質(zhì)量流量計(jì)、分子泵、干泵和蠕動(dòng)泵相連；所述控制子系統(tǒng)接收第一高真空計(jì)的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱高真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉分子泵；當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)貯水瓶進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收低真空計(jì)的數(shù)據(jù)并與貯水瓶真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵對(duì)貯水瓶進(jìn)行高真空抽取工作；當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)貯箱進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收到低真空計(jì)的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱低真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵對(duì)目標(biāo)貯箱進(jìn)行高真空抽取工作；所述控制子系統(tǒng)將接收到的質(zhì)量流量計(jì)的數(shù)據(jù)與質(zhì)量設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵；所述控制子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收壓力傳感器顯示的目標(biāo)貯箱內(nèi)壓力值，在質(zhì)量流量計(jì)失效的情況下，當(dāng)目標(biāo)貯箱內(nèi)壓力值超過(guò)其壓力設(shè)定值時(shí)，控制子系統(tǒng)關(guān)閉蠕動(dòng)泵。本發(fā)明的一種工質(zhì)自動(dòng)充裝方法，包括如下4個(gè)步驟:步驟一、對(duì)貯水瓶抽高真空:關(guān)閉第九截止閥，搖動(dòng)手輪，驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥、第六截止閥和啟動(dòng)干泵，對(duì)貯水瓶抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第七截止閥，啟動(dòng)分子泵，繼續(xù)對(duì)貯水瓶抽真空，當(dāng)?shù)诙哒婵沼?jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，分別關(guān)閉第四截止閥、第七截止閥和分子泵；步驟二、對(duì)貯水瓶補(bǔ)水:打開(kāi)第八、第九截止閥，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)顯示的貯水瓶?jī)?nèi)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第八、第九截止閥，；搖動(dòng)手輪，驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥，對(duì)貯水瓶抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，重復(fù)上述操作，直到貯水瓶中的工質(zhì)容量達(dá)到設(shè)定值；步驟三、對(duì)貯水瓶脫氣:控制加熱裝置對(duì)貯水瓶進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第四截止閥，開(kāi)啟干泵，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第六截止閥和干泵；步驟四、對(duì)目標(biāo)貯箱抽真空:打開(kāi)第五、第二和第三截止閥，開(kāi)啟干泵，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第四和第五截止閥；開(kāi)啟分子泵、打開(kāi)第七截止閥和第一截止閥，當(dāng)高真空計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第七截止閥、第一截止閥、分子泵和干泵；步驟五、充裝工質(zhì):關(guān)閉第二截止閥，打開(kāi)第九、第十、第十一截止閥和蠕動(dòng)泵，當(dāng)質(zhì)量流量計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵及第三截止閥、第九截止閥、第十截止閥和第十一截止閥。本發(fā)明具有如下有益效果:(I)本發(fā)明突破了國(guó)內(nèi)航天器熱控系統(tǒng)用水升華器用工質(zhì)地面工質(zhì)充裝問(wèn)題，滿(mǎn)足了水升華器研制過(guò)程中開(kāi)展工作性能測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的需求，為水升華器的研制提供了必不可少的技術(shù)保障；(2)本發(fā)明所采用的貯水瓶通過(guò)手輪對(duì)活塞高度的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)自身充水過(guò)程中產(chǎn)生負(fù)壓環(huán)境和對(duì)目標(biāo)貯箱進(jìn)行工質(zhì)充裝過(guò)程中消除負(fù)壓環(huán)境的功能。通過(guò)開(kāi)啟加熱裝置對(duì)水工質(zhì)加熱進(jìn)行脫氣處理，為水升華器所用工質(zhì)的預(yù)處理和精確充裝工作提供必要的保障； (3)通過(guò)在貯水瓶中設(shè)置液位計(jì)，當(dāng)貯水瓶?jī)?nèi)水位過(guò)高或過(guò)低時(shí)向工作人員報(bào)警，提高系統(tǒng)的安全性；(4)加熱裝置中設(shè)置溫控儀和溫度傳感器，溫度傳感器將貯水瓶溫度發(fā)給溫控儀，溫控儀再根據(jù)該溫度控制加熱膜片對(duì)水工質(zhì)進(jìn)行加熱，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)水工質(zhì)溫度的精確控制；(5)本發(fā)明的系統(tǒng)中設(shè)置了控制子系統(tǒng)，通過(guò)采集真空計(jì)、壓力傳感器和質(zhì)量流量計(jì)的讀數(shù)，來(lái)控制與其相連的分子泵、干泵和蠕動(dòng)泵的啟動(dòng)或停止，提高系統(tǒng)自動(dòng)充裝水工質(zhì)的自動(dòng)化程度；(6)本發(fā)明還提供了一種水工質(zhì)自動(dòng)充裝方法，相比于現(xiàn)有的自動(dòng)充裝方法，提高了充裝效率，節(jié)省充裝時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)的原理圖。其中，1-分子泵，2-干泵，3-絲杠，4-手輪，5-目標(biāo)貯箱，6_貯水瓶，7_活塞，8_加熱裝置，Jl-第一截止閥，J2-第二截止閥，J3-第三截止閥，J4-第四截止閥，J5-第五截止閥，J6-第六截止閥，J7-第七截止閥，J8-第八截止閥，J9-第九截止閥，JlO-第十截止閥，Jll-第H^一截止閥，Vl-第一高真空計(jì)，V2-第二高真空計(jì)，V3-低真空計(jì)，Rl-蠕動(dòng)泵，Zl-質(zhì)量流量計(jì)，Gl-過(guò)濾器，B1-背壓閥，Pl-壓力傳感器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，包括真空子系統(tǒng)、脫氣子系統(tǒng)和充裝子系統(tǒng)，其中:脫氣子系統(tǒng)包括貯水瓶、活塞、加熱裝置、手輪和絲杠；其中，活塞外圓緊貼貯水瓶?jī)?nèi)壁放置，活塞與其下端的貯水瓶?jī)?nèi)腔形成密閉空腔；活塞上設(shè)置一個(gè)出氣口 ；活塞上端垂直固定連接絲杠，絲杠上套接手輪；貯水瓶外壁設(shè)置加熱裝置；貯水瓶底部設(shè)置進(jìn)水口 ；真空子系統(tǒng)包括分子泵、干泵、6個(gè)截止閥、I個(gè)低真空計(jì)和I個(gè)高真空計(jì)；分子泵的工作端口連接第一截止閥的一端，第一截止閥的另一端分出兩路，其中一路依次串聯(lián)第一高真空計(jì)、第二截止閥和第三截止閥后與目標(biāo)貯箱的進(jìn)水口相連；干泵的工作端口依次串聯(lián)第四截止閥、低真空計(jì)、第二高真空計(jì)以及第六截止閥后與脫氣系統(tǒng)中的貯水瓶的出氣口相連；第一截止閥和第一高真空計(jì)之間管路與第四截止閥和低真空計(jì)之間管路由第五截止閥連接；充裝子系統(tǒng)包括蠕動(dòng)泵、質(zhì)量流量計(jì)、過(guò)濾器、壓力傳感器、背壓閥以及4個(gè)截止閥；原料水進(jìn)口處連接第八截止閥的一端，第八截止閥的另一端分出兩路:其中一路串接第九截止閥后連接貯水瓶的進(jìn)水口 ；另一路依次串接第十截止閥、蠕動(dòng)泵、質(zhì)量流量計(jì)、過(guò)濾器、背壓閥、壓力傳感器、第十一截止閥后接入到第二截止閥和第三截止閥之間的管路上。真空子系統(tǒng)主要用于目標(biāo)貯箱、貯水瓶及管路的抽真空處理，并對(duì)貯水瓶6內(nèi)的去離子水進(jìn)行脫氣處理。由于系統(tǒng)中貯水瓶?jī)?nèi)去離子水脫氣過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽，因此真空系統(tǒng)的選擇了渦旋型干泵。該型真空泵無(wú)需真空泵油，避免了泵油被水稀釋帶來(lái)的潤(rùn)滑下降、密封性下降等問(wèn)題，能夠適用于含水蒸汽的系統(tǒng)中。低真空計(jì)和高真空計(jì)分別用于測(cè)量真空度，由于系統(tǒng)中有水蒸汽，因此測(cè)量真空的低真空計(jì)和高真空計(jì)均采用薄膜規(guī)。

脫氣子系統(tǒng)主要用于貯水瓶?jī)?nèi)水工質(zhì)的脫氣處理:手輪和絲杠配合使用可以驅(qū)動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，由此增大密閉空腔的體積；用干泵對(duì)密閉空腔進(jìn)行抽真空，腔內(nèi)壓力逐漸降低，打開(kāi)第八和第九截止閥后，工質(zhì)水進(jìn)入到貯水瓶中，由于工質(zhì)水含有氣體，通過(guò)加熱裝置對(duì)工質(zhì)水進(jìn)行加熱，釋放氣體后，再進(jìn)行抽真空處理；而后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，向貯水瓶中蓄水。通過(guò)對(duì)貯水瓶進(jìn)行多次抽真空-加熱-抽真空的操作，確保溶解在水中的空氣徹底的釋放出來(lái)。充裝子系統(tǒng)主要用于將工質(zhì)水從貯水瓶中向目標(biāo)貯箱充裝。其中的蠕動(dòng)泵9的作用是靠壓力將脫完氣的水注入目標(biāo)儲(chǔ)箱，之所以選擇蠕動(dòng)泵就是因?yàn)樵擃?lèi)型的泵能夠從結(jié)構(gòu)上保證所輸送的介質(zhì)不與外界空氣接觸，杜絕了泵外空氣泄露進(jìn)入水中的可能。背壓閥用于管路中背壓，防止因貯箱中真空負(fù)壓將管路中去離子水吸入，從而提高充裝精度。質(zhì)量流量計(jì)用于測(cè)量充裝時(shí)的瞬時(shí)質(zhì)量和累計(jì)流量，當(dāng)流量達(dá)到充裝設(shè)定值時(shí)給蠕動(dòng)泵信號(hào)停止充裝。為了提高本發(fā)明自動(dòng)充裝系統(tǒng)的自動(dòng)化性能，本發(fā)明還包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)分別與第一高真空計(jì)、第二高真空計(jì)、低真空計(jì)、壓力傳感器、質(zhì)量流量計(jì)、分子泵、干泵和蠕動(dòng)泵均相連；控制子系統(tǒng)接收第一高真空計(jì)Vl的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱5高真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉分子泵I ;
當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)貯水瓶6進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收低真空計(jì)V3的數(shù)據(jù)并與貯水瓶6真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵I對(duì)貯水瓶6進(jìn)行高真空抽取工作；當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)貯箱5進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收到低真空計(jì)V3的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱5低真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵I對(duì)目標(biāo)貯箱5進(jìn)行高真空抽取工作；控制子系統(tǒng)將接收到的質(zhì)量流量計(jì)Zl的數(shù)據(jù)與質(zhì)量設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵Rl ；控制子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收壓力傳感器Pl顯示的目標(biāo)貯箱5內(nèi)壓力值，在質(zhì)量流量計(jì)Zl失效的情況下，當(dāng)目標(biāo)貯箱5內(nèi)壓力值超過(guò)其壓力設(shè)定值時(shí)，控制子系統(tǒng)關(guān)閉蠕動(dòng)泵R1。充裝接口是連接目標(biāo)貯箱的接口，選用壓緊式橡膠密封結(jié)構(gòu)，拆裝方便，可靠性聞。渦旋型干泵要 求清潔無(wú)油，真空泵組中干泵和分子泵之間安裝手動(dòng)真空閥門(mén)，當(dāng)進(jìn)行除氣工作時(shí)將閥門(mén)關(guān)閉，只用干泵進(jìn)行脫氣，防止水蒸汽進(jìn)入分子泵中，影響分子泵性倉(cāng)泛。高精度電容薄膜規(guī)，測(cè)量范圍在0.0133 133Pa范圍內(nèi)，測(cè)量精度達(dá)到0.2% ；蠕動(dòng)泵流量指標(biāo)為2.9ml 1740ml/min，精度在0.5% 1%。具有通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)與設(shè)備對(duì)接。溫控儀其測(cè)控精度:±0.5%，具有無(wú)超調(diào)專(zhuān)家PID算法，AT自整定，手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換控制功能。質(zhì)量流量計(jì)要求體積或質(zhì)量顯示可選，即可輸出顯示體積實(shí)時(shí)值與體積累計(jì)值，或質(zhì)量實(shí)時(shí)值和質(zhì)量累計(jì)值，測(cè)量精度高0.1% 0.2%，標(biāo)校量程在2 40kg/h可選。壓力傳感器，測(cè)量范圍為O 0.15MPa，測(cè)量精度0.1%。選用電容式液位計(jì)測(cè)量貯水瓶的液位，通過(guò)測(cè)控監(jiān)測(cè)貯水瓶?jī)?nèi)去離子水的儲(chǔ)量，并及時(shí)輸出高低液位報(bào)警信號(hào)。在補(bǔ)液狀態(tài)時(shí)，液位計(jì)反映貯水瓶?jī)?nèi)原料水由少到多的變化過(guò)程，當(dāng)液位達(dá)到規(guī)定的液位上限時(shí)，液位表輸出一報(bào)警信號(hào)，給出聲音報(bào)警給操作員，以便及時(shí)關(guān)閉補(bǔ)液閥。在向目標(biāo)儲(chǔ)箱充裝時(shí)，液位計(jì)反映貯水瓶?jī)?nèi)液位的變化過(guò)程，當(dāng)液位降到規(guī)定的液位下限時(shí)，同樣輸出報(bào)警信號(hào)發(fā)出聲音報(bào)警以提醒用戶(hù)及時(shí)補(bǔ)液。液位計(jì)適應(yīng)的介質(zhì)溫度:-100 200°C，測(cè)量范圍:可按照實(shí)際測(cè)量情況，定制探極長(zhǎng)度，測(cè)量精度:±0.2%F 〃 S。基于上述的自動(dòng)充裝系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種自動(dòng)充裝方法，具體步驟如下:步驟一、對(duì)貯水瓶6抽高真空:關(guān)閉第九截止閥J9，搖動(dòng)手輪4，驅(qū)動(dòng)活塞7向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥J4、第六截止閥J6和啟動(dòng)干泵2，對(duì)貯水瓶6抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)V3的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第七截止閥J7，啟動(dòng)分子泵1，繼續(xù)對(duì)貯水瓶6抽真空，當(dāng)?shù)诙哒婵沼?jì)V2達(dá)到設(shè)定值時(shí)，分別關(guān)閉第四截止閥J4、第七截止閥J7和分子泵I ;步驟二、對(duì)貯水瓶6補(bǔ)水:打開(kāi)第八、第九截止閥J9，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)V3顯示的貯水瓶6內(nèi)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第八、第九截止閥J9，搖動(dòng)手輪4，驅(qū)動(dòng)活塞7向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥J4，對(duì)貯水瓶6抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)V3的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，重復(fù)上述操作，直到貯水瓶6中的工質(zhì)容量達(dá)到設(shè)定值；步驟三、對(duì)貯水瓶6脫氣:控制加熱裝置對(duì)貯水瓶6進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第四截止閥J4，開(kāi)啟干泵2，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第六截止閥J6和干泵2 ；步驟四、對(duì)目標(biāo)貯箱5抽真空:打開(kāi)第五、第二和第三截止閥J3，開(kāi)啟干泵2，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)V3達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第四和第五截止閥J5;開(kāi)啟分子泵1、打開(kāi)第七和第一截止閥Jl,當(dāng)高真空計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第七截止閥J7、第一截止閥J1、分子泵I和干泵2 ；步驟五、充裝工質(zhì):關(guān)閉第二截止閥J2，打開(kāi)第九、第十、第十一截止閥Jll和蠕動(dòng)泵R1，當(dāng)質(zhì)量流量計(jì)Zl達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵Rl及第三、第九、第十、第十一截止閥J11。綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，其特征在于，包括真空子系統(tǒng)、脫氣子系統(tǒng)和充裝子系統(tǒng)，其中: 所述脫氣子系統(tǒng)包括貯水瓶(6)、活塞(7)、加熱裝置、手輪(4)和絲杠(3);其中，活塞(7)外圓與貯水瓶(6)內(nèi)壁配合，活塞(7)與其下端的貯水瓶(6)內(nèi)腔形成密閉空腔；活塞(7)上設(shè)置一個(gè)出氣口 ；活塞(7)上端垂直固定連接絲杠(3)，絲杠(3)上套接手輪(4);貯水瓶(6)外壁設(shè)置加熱裝置；忙水瓶(6)底部設(shè)置進(jìn)水口 ； 所述真空子系統(tǒng)包括分子泵(I)、干泵(2)、7個(gè)截止閥、I個(gè)低真空計(jì)(V3)和2個(gè)高真空計(jì)； 所述分子泵(I)的排氣端口與干泵(2)的工作端口之間串聯(lián)第七截止閥(J7);所述分子泵(I)的進(jìn)氣端口連接第一截止閥(Jl)的一端，第一截止閥(Jl)的另一端分出兩路，其中一路依次串聯(lián)第一高真空計(jì)(VI)、第二截止閥(J2)和第三截止閥(J3)后與目標(biāo)貯箱(5)的進(jìn)水口相連；所述干泵(2)的工作端口依次串聯(lián)第四截止閥(J4)、低真空計(jì)(V3)、第二高真空計(jì)(V2)以及第六截止閥(J6)后與所述貯水瓶(6)的出氣口相連；所述第一截止閥(Jl)和第一高真空計(jì)(Vl)之間管路與第四截止閥(J4)和低真空計(jì)(V3)之間管路由第五截止閥(J5)連接； 所述充裝子系統(tǒng)包括蠕動(dòng)泵(R1)、質(zhì)量流量計(jì)(Z1)、過(guò)濾器(G1)、壓力傳感器(P1)、背壓閥(BI)以及4個(gè)截止閥；原料水進(jìn)口處連接第八截止閥(J8)的一端，第八截止閥(J8)的另一端分出兩路:其中一路串接第九截止閥(J9)后連接貯水瓶(6)的進(jìn)水口 ；另一路依次串接第十截止閥(J10)、蠕動(dòng)泵(R1)、質(zhì)量流量計(jì)(Z1)、過(guò)濾器(G1)、背壓閥(BI)、壓力傳感器(P1)、第十一截止閥(Jll)后接入到第二截止閥(J2)和第三截止閥(J3)之間的管路上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，其特征在于，所述脫氣子系統(tǒng)還包括液位計(jì)(Yl)，所述液位計(jì)(Yl)通過(guò)所述活塞(7)上的開(kāi)孔深入到活塞(7)下方的貯水瓶(6 )的內(nèi)腔中 ，用于測(cè)量該內(nèi)腔的工質(zhì)液位。
3.如權(quán)利要求1所述的一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱裝置包括溫控儀、測(cè)溫傳感器和加熱膜片，其中加熱膜片和測(cè)溫傳感器分別與溫控計(jì)相連；所述測(cè)溫傳感器設(shè)置在貯水瓶(6 )外壁上，用于測(cè)量貯水瓶(6 )中工質(zhì)的溫度，并將溫度發(fā)送給溫控計(jì)；溫控計(jì)根據(jù)接收到的溫度向加熱膜片發(fā)送開(kāi)始加熱或者停止加熱命令；所述加熱膜片粘結(jié)在貯水瓶(6)外壁，根據(jù)溫控計(jì)的命令對(duì)貯水瓶(6)進(jìn)行加熱。
4.如權(quán)利要求1所述的一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，其特征在于，在所述第三截止閥(J3 )遠(yuǎn)離目標(biāo)貯箱(5 )進(jìn)水口的一端連接壓緊式橡膠密封的充裝接口，用于目標(biāo)貯箱(5)與充裝子系統(tǒng)的管道連接。
5.如權(quán)利要求1所述的一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制子系統(tǒng)，該控制子系統(tǒng)分別與第一高真空計(jì)(VI)、第二高真空計(jì)(V2)、低真空計(jì)(V3)、壓力傳感器(P1)、質(zhì)量流量計(jì)(Z1)、分子泵(I)、干泵(2)和蠕動(dòng)泵(Rl)相連； 所述控制子系統(tǒng)接收第一高真空計(jì)(Vl)的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱(5)高真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉分子泵(I)； 當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)貯水瓶(6)進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收低真空計(jì)(V3)的數(shù)據(jù)并與貯水瓶(6)真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵(I)對(duì)貯水瓶(6)進(jìn)行高真空抽取工作；當(dāng)真空子系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)貯箱(5)進(jìn)行抽真空時(shí)，控制子系統(tǒng)接收到低真空計(jì)(V3)的數(shù)據(jù)并與目標(biāo)貯箱(5)低真空設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，開(kāi)啟分子泵(I)對(duì)目標(biāo)貯箱(5)進(jìn)行高真空抽取工作； 所述控制子系統(tǒng)將接收到的質(zhì)量流量計(jì)(Zl)的數(shù)據(jù)與質(zhì)量設(shè)定值比較，當(dāng)達(dá)到該設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵(Rl)； 所述控制子系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收壓力傳感器(Pl)顯示的目標(biāo)貯箱(5)內(nèi)壓力值，在質(zhì)量流量計(jì)(Zl)失效的情況下，當(dāng)目標(biāo)貯箱(5)內(nèi)壓力值超過(guò)其壓力設(shè)定值時(shí)，控制子系統(tǒng)關(guān)閉蠕動(dòng)泵(Rl)。
6.一種基于權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)的工質(zhì)自動(dòng)充裝方法，其特征在于，包括如下4個(gè)步驟: 步驟一、對(duì)貯水瓶(6)抽高真空:關(guān)閉第九截止閥(J9)，搖動(dòng)手輪(4)，驅(qū)動(dòng)活塞(7)向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥(J4)、第六截止閥(J6)和啟動(dòng)干泵(2)，對(duì)貯水瓶(6)抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)(V3)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第七截止閥(J7)，啟動(dòng)分子泵(I )，繼續(xù)對(duì)貯水瓶(6)抽真空，當(dāng)?shù)诙哒婵沼?jì)(V2)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，分別關(guān)閉第四截止閥(J4)、第七截止閥(J7)和分子泵(I)； 步驟二、對(duì)貯水瓶(6)補(bǔ)水:打開(kāi)第八截止閥(J8)和第九截止閥(J9)，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)(V3)顯示的貯水瓶(6)內(nèi)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第八截止閥(J8)和第九截止閥(J9);搖動(dòng)手輪(4)驅(qū)動(dòng)活塞(7)向上運(yùn)動(dòng)，打開(kāi)第四截止閥(J4)，對(duì)貯水瓶(6)抽真空，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)(V3)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，重復(fù)上述操作，直到貯水瓶(6)中的工質(zhì)容量達(dá)到設(shè)定值；步驟三、對(duì)貯水瓶(6)脫氣:控制加熱裝置對(duì)貯水瓶(6)進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，打開(kāi)第四截止閥(J4)，開(kāi)啟干泵(2)，當(dāng)真空度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第六截止閥(J6)和干泵(2)；· 步驟四、對(duì)目標(biāo)貯箱(5)抽真空:打開(kāi)第五截止閥(J5)、第二截止閥(J2)和第三截止閥(J3)，開(kāi)啟干泵(2)，當(dāng)?shù)驼婵沼?jì)(V3)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第四截止閥(J4)和第五截止閥(J5);開(kāi)啟分子泵(I)、打開(kāi)第七截止閥(J7)和第一截止閥(J1)，當(dāng)高真空計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉第七截止閥(J7)、第一截止閥(J1)、分子泵(I)和干泵(2)； 步驟五、充裝工質(zhì):關(guān)閉第二截止閥(J2)，打開(kāi)第九截止閥(J9)、第十截止閥(J10)、第十一截止閥(Jll)和蠕動(dòng)泵(R1)，當(dāng)質(zhì)量流量計(jì)(Zl)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉蠕動(dòng)泵(Rl)及第三截止閥(J3)、第九截止閥(J9)、第十截止閥(J9)和第十一截止閥(J11)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水升華器工質(zhì)自動(dòng)充裝系統(tǒng)和方法，突破了國(guó)內(nèi)航天器熱控系統(tǒng)用水升華器用工質(zhì)地面工質(zhì)充裝問(wèn)題，滿(mǎn)足了水升華器研制過(guò)程中開(kāi)展工作性能測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的需求，為水升華器的研制提供了必不可少的技術(shù)保障；通過(guò)開(kāi)啟加熱裝置對(duì)水工質(zhì)加熱進(jìn)行脫氣處理，為水升華器所用工質(zhì)的預(yù)處理和精確充裝工作提供必要的保障；控制子系統(tǒng)，通過(guò)采集真空計(jì)、壓力傳感器和質(zhì)量流量計(jì)的讀數(shù)，來(lái)控制與其相連的分子泵、干泵和蠕動(dòng)泵的啟動(dòng)或停止，提高系統(tǒng)自動(dòng)充裝水工質(zhì)的自動(dòng)化程度；本發(fā)明的工質(zhì)自動(dòng)充裝方法，相比于現(xiàn)有的自動(dòng)充裝方法，提高了充裝效率，節(jié)省充裝時(shí)間。
文檔編號(hào)B64G5/00GK103231815SQ201310152900
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者王彥, 楊孟飛, 呂巍, 苗建印, 寧獻(xiàn)文, 谷友旺, 王玉瑩, 宗立爭(zhēng), 薛淑艷 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部