С развитием грузоподъемности криогенных ракет возрастают и требования к скорости потока топлива при заправке. Трубопровод для криогенных жидкостей является незаменимым оборудованием в аэрокосмической отрасли и используется в системах заправки криогенным топливом. В низкотемпературных трубопроводах для транспортировки жидкостей низкотемпературный вакуумный шланг, благодаря своим хорошим герметизирующим свойствам, устойчивости к давлению и изгибу, может компенсировать и поглощать изменения смещения, вызванные тепловым расширением или холодным сжатием, вызванным изменением температуры, компенсировать отклонения при монтаже трубопровода и снизить вибрацию и шум, становясь важным элементом транспортировки жидкости в низкотемпературной системе заправки. Для адаптации к изменениям положения, вызванным стыковкой и отсоединением заправочного соединителя в ограниченном пространстве защитной башни, проектируемый трубопровод должен обладать некоторой гибкостью как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Новый криогенный вакуумный шланг имеет увеличенный конструктивный диаметр, повышает производительность по перекачке криогенных жидкостей и обладает гибкой адаптивностью как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Общая конструкция криогенного вакуумного шланга

В соответствии с требованиями эксплуатации и условиями солевого тумана, в качестве основного материала трубопровода выбран металл 06Cr19Ni10. Трубопровод состоит из двух слоев труб: внутреннего и внешнего, соединенных посередине угловым соединением на 90°. На внешнюю поверхность внутреннего слоя попеременно намотаны алюминиевая фольга и нещелочная ткань для создания изоляционного слоя. Снаружи изоляционного слоя установлено несколько опорных колец из ПТФЭ для предотвращения прямого контакта между внутренним и внешним слоями труб и улучшения изоляционных характеристик. В соответствии с требованиями к соединению, конструкция выполнена с использованием адиабатического соединения большого диаметра. Между двумя слоями труб расположен адсорбционный короб, заполненный молекулярным ситом 5А, для обеспечения высокого уровня вакуума и срока службы трубопровода в криогенных условиях. Для соединения в процессе вакуумирования используется уплотнительная заглушка.

Материал изоляционного слоя

Изоляционный слой состоит из нескольких слоев отражающего экрана и разделительного слоя, попеременно намотанных на адиабатическую стенку. Основная функция отражающего экрана — изоляция от внешнего излучения, передающего тепло. Разделительный слой предотвращает прямой контакт с отражающим экраном и выполняет функции огнезащиты и теплоизоляции. В качестве материалов для отражающего экрана используются алюминиевая фольга, алюминированная полиэфирная пленка и др., а в качестве материалов для разделительного слоя — нещелочная стекловолоконная бумага, нещелочная стекловолоконная ткань, нейлоновая ткань, адиабатическая бумага и др.

В предлагаемой конструкции в качестве изоляционного слоя, выполняющего функцию отражающего экрана, выбрана алюминиевая фольга, а в качестве разделительного слоя — нещелочная стекловолоконная ткань.

Адсорбент и адсорбционный бокс

Адсорбент — это вещество с микропористой структурой, имеющее большую удельную площадь адсорбционной поверхности, которое за счет молекулярных сил притягивает молекулы газа к своей поверхности. Адсорбент в криогенной трубе играет важную роль в достижении и поддержании степени вакуума в трубе при криогенных условиях. Обычно используемые адсорбенты — это молекулярное сито 5А и активированный уголь. В условиях вакуума и криогенных условий молекулярное сито 5А и активированный уголь обладают схожей адсорбционной способностью по отношению к N2, O2, Ar2, H2 и другим распространенным газам. Активированный уголь легко десорбирует воду при вакуумировании в трубе, но легко сгорает в кислороде. Поэтому активированный уголь не используется в качестве адсорбента в трубопроводах, работающих в среде жидкого кислорода.

В качестве сэндвич-адсорбента в схеме проектирования было выбрано молекулярное сито 5А.