Империя Холода
Отраслевой информационно-
аналитический журнал
Мы помогаем
продвигать вашу
продукцию
GEA Grasso

Установки термостатирования для наземных испытаний космических аппаратов

Журнал: №4(97) Август 2019

Рубрика: Промышленный холод

Автор: Виктор Велюханов (генеральный директор ООО «Фриготрейд»)

Одним из направлений деятельности ООО «Фриготрейд», выпускающего холодильное оборудование под торговой маркой «Фригодизайн», является проектирование и изготовление холодильного оборудования для испытательных стендов и климатических камер. К такому оборудованию можно отнести также установки воздушного и жидкостного термостатирования различного оборудования. В публикуемой ниже статье речь пойдет об установках воздушного и жидкостного термостатирования, разработанных ООО «Фриготрейд» по техническому заданию РКК «Энергия» им.С.П.Королева. Эти установки предназначены для поддержания заданного температурного режима тепловыделяющего оборудования различных космических аппаратов (КА) при их наземной подготовке.

При тепловых и электрических испытаниях КА всегда возникает необходимость отвода тепла, выделяемого работающим приборно-агрегатным оборудованием испытываемого объекта. В условиях полета это тепло отводится бортовой системой терморегулирования и сбрасывается в окружающее космическое пространство через излучательный радиатор КА. Поэтому на всех этапах электрических и тепловых испытаний бортового оборудования КА всегда присутствуют системы воздушного или жидкостного термостатирования — с их помощью отводится избыточное тепло от испытываемого аппарата.

Установки жидкостного наземного термостатирования для испытаний КА

Во время тепловых испытаний объекта, помещенного в вакуумную камеру, тепловыделение от работающего приборно-агрегатного оборудования снимается с помощью бортовой системы терморегулирования и передается через промежуточный теплообменник на установку жидкостного термостатирования. Учитывая, что эта установка находится снаружи вакуумной камеры, а сам объект испытаний внутри, гидравлическая связь бортовой системы терморегулирования и установки жидкостного термостатировная осуществляется по шлангам через гидроразъемы в стенке вакуумной камеры.

Для этих целей ООО «Фриготрейд» была изготовлена установка жидкостного термостатирования FWA 4-МТ, обеспечивающая отвод тепла от приборно-агрегатного оборудования КА во время проведения его тепловых испытаний в вакуумной камере. Эта установка позволяют подавать в испытываемый объект охлаждающую жидкость с расходом 0,18÷1,08 м³/ч, при этом поддержание заданной температуры охлаждающей жидкости и ее необходимого напора на выходе из установки осуществляется автоматически. Для этого жидкостный насос работает в паре с частотным преобразователем привода. Номинальная потребляемая мощность установки не более 4,0 кВт, при этом отводимая тепловая мощность во всем диапазоне температур  и расходов не менее 5,0 кВт. Установка рассчитана на круглосуточный режим работы при периодичности регламентного обслуживания установки при эксплуатации не реже 1 раза в год.


Рис.1. Установка жидкостного термостатирования FWA4-MT

Данный тип установок может использоваться и для термостатирования различного приборно-агрегатного оборудования при традиционных наземных электрических испытаниях как автономно, так и совместно с установками воздушного термостатирования.

Установки воздушного термостатирования для наземных испытаний КА

Традиционная схема воздушного термостатирования автоматических КА при наземных электрических испытаниях предполагает подачу низконапорного воздуха через единый воздуховод вдоль поверхностей теплосъема и равномерное распределение этого воздуха по внутреннему объему КА. Одним из существенных минусов такого подхода является невозможность перераспределения потока охлаждающего воздуха в зависимости от изменения топографии тепловыделяющих зон КА.

Увеличение тепловыделения бортовой аппаратуры в какой-либо отдельной зоне КА в процессе наземных испытаний требовало от установки наземного термостатирования увеличения общего расхода охлаждающего воздуха. И если это оправдано при наземных испытаниях крупногабаритных обитаемых орбитальных станций и пилотируемых КА, то при испытаниях небольших беспилотных, в том числе негерметичных КА различного назначения, использование таких больших установок становится нецелесообразным с точки зрения достоверности результатов испытаний и энергоэффективности.

Циклограмма работы различного бортового оборудования нового поколения негерметичных КА панельной компоновки с децентрализованной системой обеспечения теплового режима, в частности КА связи, потребовала размещения тепловыделяющего оборудования в отличающихся по тепловой нагрузке индивидуальных зонах терморегулирования. При наземных испытаниях, особенно с учетом работы бортовой аппаратуры в различных режимах, такой подход создает значительные сложности в случае использования традиционной схемы воздушного термостатирования для таких КА.

Для наземных тепловых и электрических испытаний негерметичных КА нового поколения, в том числе с панельной компоновкой оборудования, специалистами РКК «Энергия» был разработан метод зонального газодинамического термостатирования — каждый испытываемый КА условно делится на определенное количество термостатируемых зон с тепловыделяющим оборудованием с различным тепловыделением и требующим разных расходов охлаждающего воздуха.

Система для его реализации включает в себя установку подготовки и подачи термостатирующего воздуха (с необходимыми расходами, температурой и относительной влажностью) и соединенное с ней теплоизолированными воздуховодами воздухораспределительное устройство с соплами-форсунками. Разработка и изготовление партии таких установок была поручена специалистам ООО «Фриготрейд».

Нашими специалистами разработана установка УВТ FCA-5-TAG (рис.2), которая выполнена в виде мобильного моноблока, смонтированного на раме, разделенного внутри на нижнюю зону холодильной установки с конденсатором и компрессором и верхнюю зону обработки воздуха с воздухоохладителем, нагревателем и высоконапорным вентилятором.


Рис.2. Общий вид установки подготовки и подачи термостатирующего воздуха УВТ-FCA-5-TAG: 1 — зона обработки воздуха с воздухоохладителем, нагревателем и высоконапорным вентилятором; 2 — зона холодильной установки с конденсатором и компрессором

Для снижения теплообмена с окружающей средой и уровня шума при работе вентилятора на всех стенках зоны подготовки воздуха установлена теплозвукоизоляция. При работе холодильной установки температура теплообменной решетки воздухоохладителя поддерживается системой управления на уровне, обеспечивающем охлаждение и осушку термостатирующего воздуха до расчетных значений. Высоконапорный вентилятор создает разряжение в верхней зоне установки и поступающий воздух, проходя через воздухоохладитель, охлаждается, осушается, при необходимости подогревается электрическим нагревателем и попадает на вход вентилятора.

Воздух на термостатирование забирается из зала испытаний, а с учетом того, что испытания проводятся в зале с чистотой воздуха не ниже класса Р8 по ГОСТ Р ИСО 14644-1-2002 и при температурах 20…25°С, установка воздушных фильтров не потребовалась. Окончательный подогрев воздуха до заданной температуры осуществляется внутри самого вентилятора за счет сжатия воздуха. В таких вентиляторах в зависимости от напора и расхода воздух может нагреваться на 4÷15°С относительно его температуры на входе, и это необходимо учитывать при расчете таких установок.

Установки УВТ FCA-5-TAG позволяют выдавать в приборные отсеки термостатируемых изделий воздух с параметрами, указанными в табл.1.


Таб.1. Параметры воздуха  на выходе из установки  УВТ-FCA-5-TAG

Указанные средненапорные установки успешно подтвердили свои характеристики при электрических наземных испытаниях негерметичных КА нового поколения, разрабатываемых в «РКК «Энергия». По отзывам специалистов этой организации разработанные установки термостатирования получились надежными, компактными и удобными в эксплуатации.

Необходимо отметить, что при использовании для наземного термостатирования средненапорных малорасходных установок для КА с панельной компоновкой приборно-агрегатного оборудования важно не только подать на оборудование поток воздуха с заданной температурой и расходом, но обеспечить равномерное или регулируемое поле скоростей в зоне термостатирования. Поэтому обязательным условием для таких установок является использование воздухораспределительных устройств, связанных с установкой комплектом теплоизолированных воздуховодов.

Специалистами РКК «Энергия» для указанных выше целей было разработано адаптируемое к геометрии объекта испытаний воздухораспределительное устройство для термостатирующего воздуха, представляющее собой пространственную конструкцию из жестких воздухораспределителей с встроенными в них соплами-форсунками. Равномерность подачи воздуха регулируется сменными дроссельными вставками внутри форсунок. Распыление воздуха производится через индивидуальные сопла-форсунки, закрепленные на определенном расстоянии друг от друга на жестком воздухораспределителе. Воздухораспределители объединяются с помощью коллектора в секции (рис.3) воздухораспределительного устройства.


Рис.3. Воздухораспределительная секция с распределенными соплами-форсунками

Изменяя длину каждого воздухораспределителя и количество секций воздухораспределительного устройства, а также проходные сечения сопел-форсунок можно легко переконфигурировать интенсивность охлаждения локальных зон приборных панелей КА. Совокупность секций воздухораспределителя образует воздухораспределительное устройство, разное для каждого КА.

Установки воздушного и жидкостного термостатирования, спроектированные и изготовленные ООО «Фриготрейд», обеспечивают с высокой точностью заданные параметры термостатирующей среды, подаваемой в объект испытаний в широком диапазоне тепловых нагрузок.

Отличительной особенностью установок являются их компактность, малое энергопотребление и низкий уровень шума при эксплуатации, что отражается также в минимальных финансовых затратах по сравнению с установками термостатирования традиционного типа.

Способ подготовки воздуха для газодинамической системы термостатирования КА и установка для его реализации защищены патентом РФ.

* * *

Велюханов В.И. и др. «Применение средненапорных установок воздушного термостатирования для охлаждения космических аппаратов панельной компоновки при наземных испытаниях», журнал «Известия Российской академии наук. Энергетика» №4, 2018г.
Велюханов В.И., Коптелов К.А. и др. Патент 2657603. Способ воздушного термостатирования отсеков КА при наземных испытаниях и устройство для его осуществления, приоритет от 31.06.2017г.

_______________________________________________________

ООО «ФРИГОТРЕЙД» предлагает:

  • воздухоохладители для камер хранения и заморозки
  • шок-фростеры для скороморозильных камер
  • конденсаторы воздушного охлаждения
  • сухие охладители жидкости (драйкулеры)
  • испарительные батареи с естественной конвекцией
  • специальные теплообменники по чертежам заказчика


129345 г.Москва, Осташковская ул., д.14
+7 (495) 787-2663, +7 800 505 05 42
post@frigodesign.ru
www.frigodesign.ru

Журнал: №4(97) Август 2019

Рубрика: Промышленный холод

Автор: Виктор Велюханов (генеральный директор ООО «Фриготрейд»)

Рассылка