Проектная разработка пневмогидравлической системы стенда огневых испытаний ДУ разгонного криогенного блока. Маликов КР ПрИСЛА. Проектная разработка пневмогидравлической системы стенда огневых испытаний ду разгонного криогенного блока по дисциплине Проектирование испытательных стендов летательных аппаратов
 Скачать 173.45 Kb.
|
1.3 Описание конструкции ПГСОсновным помещением стенда является огневой бокс (огневой отсек). В огневом отсеке двигательная установка монтируется к раме тягоизмерительного устройства. Для отвода продуктов сгорания используется газоотводная труба. Струя газов из двигателей истекает в тракт с выхлопным диффузором и эжектором, где происходит их охлаждение за счет подачи воды в струю, и через камеру смешения и гидрогаситель с водой газ попадает в выхлопную трубу и выбрасывается в атмосферу. Ниже нулевой отметки стенда расположены технологические помещения, в которых размещаются системы отопления и вентиляции, связи, оповещения и пожаротушения. На некотором удалении от стенда размещаются топливохранилища. Топливная система стенда представляет собой совокупность специального оборудования, емкостей, трубопроводов, запорной, дренажной и прочей арматуры, собранных по определенной схеме и предназначенных для хранения, подготовки и подачи топлива с заданными параметрами к испытываемому изделию. Топливная система включает в себя топливные баки с системами: заправки и слива, наддува и дренажа, вакуумирования и эжектирования; топливные магистрали, основными элементами которых являются: трубопроводы, расходные, пусковые, дренажные, отсечные и другие клапаны, сильфоны, фильтры, байпасные линии и линии циркуляции, разделительные емкости, демпфирующие и бустерные устройства. Стендовая система топливопитания должна отвечать следующим основным требованиям: – обеспечивать возможность хранения компонентов топлива в стендовых баках в течение определенного промежутка времени при задержке испытания; – обеспечивать возможность подготовки и термостатирования компонентов топлива; – производить подачу компонентов к двигателю с определенным давлением, температурой и расходом в течение заданного времени; – обеспечивать измерение расхода с необходимой точностью (погрешность не должна превышать 0,4%); – быть герметичной; – материалы всех элементов системы топливопитания не должны вступать в реакцию с рабочей средой; – обеспечивать удобства эксплуатации (осмотр фильтров, расходомеров и т. д.). Заправка начинается с проведения подготовки азотной системы и бака РБ. Она осуществляется комбинацией способов продувки и «полоскания» (наддув-сброс). Выполнение операции заканчивают проведением газового анализа среды. Водородную подготовку системы и бака РБ осуществляют аналогично азотной подготовке. Резервуары хранилища надувают газифицированной жидкостью что обеспечивает подачу газообразного водорода в систему и РБ в течение всего времени работы. Для охлаждения и заполнения заправочных магистралей и охладителей системы производится наддув резервуара хранилища и выдача из него жидкого водорода, соединяющие хранилище с блоком охлаждения. В блоке охлаждения проходят последовательно теплообменники охладителей, магистральный трубопровод до блока клапанов на заправочном трубопроводе, магистральные до блока охлаждения, затем поступают в резервуары охладителей и через эжекторы сбрасываются на площадку дожигания водорода. По сигналу уровнемеров после заполнения охладителей жидким водородом операции прекращаются. Трубопроводы предназначены для транспортирования рабочих тел (жидкостей и газов) от источников давления (баков, насосов) к потребителям. Трубопроводы подвергаются действию различных статических и динамических нагрузок. К статическим нагрузкам относятся собственная масса трубы, масса транспортируемой среды и внутреннее давление. Динамические нагрузки возникают от пульсаций внутреннего давления и от вибраций трубопровода и опор крепления. Широкое распространение в пневмогидравлических системах получили гибкие трубопроводы (шланги), применяемые там, где происходит значительное взаимное перемещение частей корпуса и трубопроводов. Эти трубопроводы выполняются резиновыми, стальными, тефлоновыми (фторопластовыми). Наибольшее распространение получили гибкие металлические трубопроводы с тонкостенной гофрированной оболочкой, снаружи которой выполняется металлическая оплетка. Силовая проволочная оплетка предохраняет оболочку от разрушения и обеспечивает работоспособность трубопровода в поле переменных осевых и радиальных нагрузок. Для стендовых топливных магистралей применяются, в основном, цельнотянутые бесшовные трубы. Для криогенных жидкостей трубопроводы выполняются теплоизолированными. Отдельные участки трубопроводов вместе с агрегатами объединяются в пневмогидравлическую систему разъемными фланцевыми соединениями. В стендовых пневмогидравлических системах (ПГС) используются клапаны многоразового действия: электромагнитные, гидравлические, пневмоклапаны и ручные вентили. По назначению клапаны делятся на запорные, предохранительные и регулирующие. Запорные клапаны включают в работу и отключают в заданный момент времени соответствующий участок трубопровода. Запорные клапаны, как правило, выполняются с внешним приводом и подразделяются на нормально открытые, нормально закрытые, нормально прикрытые. Наиболее распространены пневмоклапаны-агрегаты, управляемые сжатым газом, подаваемым с помощью электропневмоклапана (ЭПК). При подаче давления газа в управляющую полость запорный орган топливного клапана перемещается, закрывая (или открывая) проходное сечение в топливной магистрали. Стендовые пневмоклапаны, имеющие большой ресурс работы, иногда имеют два управляющих давления (две управляющие полости), обеспечивающих движение запорного органа на закрытие и на открытие. Такие клапаны называют пневмоклапанами двойного действия. Для управления пневмоклапанами, а также в системах наддува и продувки используются клапаны с электромагнитным приводом (ЭПК), которые в обесточенном состоянии закрыты усилием пружины, а при подаче напряжения на электромагнит якорь втягивается и поднимает шток с тарелыо над седлом клапана, открывая их. Предохранительные клапаны предотвращают повышение или понижение давления в системе за пределы установленных величин. Принцип действия этих клапанов основан на уравновешивании внешней силой (пружиной) давления среды, действующего на клапан, который под действием этой силы перекрывает проходное сечение. Регулирующие клапаны обеспечивают поддержание расхода среды или давления в магистралях в заданных пределах. Регулирующие клапаны выполняются в виде дроссельного устройства с регулируемым сечением отверстия для прохода рабочего тела. Регулирующие клапаны, предназначенные для понижения давления газа и обеспечения его постоянства в заданных пределах на выходе при изменении расхода и давления на входе, получили название редукторов. Понижение давления газа в редукторе происходит вследствие дросселирования потока при протекании его из полости высокого давления в полость низкого давления через проходное сечение малой площади, образованное клапаном и его седлом. По принципу действия редукторы бывают прямого и обратного действий в зависимости от того, совпадают или нет направления движения клапана при открытии и усилия от газа высокого давления. Совокупность стендового оборудования, предназначенного для создания и поддержания в процессе испытания необходимого избыточного давления в топливных баках, называется системой наддува. Она состоит из газовых баллонов высокого давления, запорных и регулирующих пневмоагрегатов и трубопроводов. Основные требования к системе наддува баков насосной топливоподачи состоят в следующем: – обеспечить пусковые давления и заданный расход топлива при запуске двигателя; – обеспечить возможность регулирования давления по заданной программе; – обеспечить возможность быстрого автоматического сброса давления из баков в случае аварийного выключения двигателя. Рабочее тело системы наддува выбирается исходя из применяемых компонентов топлива. При этом надо учитывать совместимость газа наддува и топлива. Криогенные топлива, такие как жидкие водород, кислород, фтор имеют настолько низкие температуры, что лишь немногие газы не конденсируются при контакте с ними. При наддуве бака с жидким водородом лишь гелий и водород остаются в газообразной фазе при температуре 20 К. Азот может конденсироваться в жидком кислороде. Конденсация и растворение газа в топливе создают ряд дополнительных трудностей. Так, при растворении в кислороде 10% азота тяга двигателя может уменьшиться на 2,5%. Газ, растворенный в топливе, может выделяться из топлива при движении по магистралям питания на участках, где давление падает ниже равновесного. Наличие газовых включений в топливе ускоряет процесс возникновения кавитации в насосах. Другим следствием несовместимости выбранного для наддува газа с топливом является возможность возникновения химических реакций и взрыва при их контакте. От системы пульсирующего наддува она отличается тем, что редукторы настраивают на давление, значительно превосходящее заданное давление в газовой подушке топливного бака, а ЭПК на основной магистрали и ЭПК на обводной магистрали открываются периодически при срабатывании реле ПР-1 и ПР-2. В случае превышения давления наддува над заданным уровнем срабатывает пневмореле ПР-3 и кратковременным открытием ЭПК стравливается избыточное давление. Эта схема более надежна в работе и применяется в стендовых системах чаще. Система охлаждения – замкнутая или разомкнутая. При этом предпочтительнее замкнутые системы охлаждения, так как расходы охлаждающей воды очень большие (mв = 2,5 • mт ) и достигают десятков тонн в секунду, что требует при больших временах испытания двигателя на стенде больших запасов воды, насосов большой производительности для подачи воды на охлаждение элементов стенда. Здесь массовый секундный расход топлива mт = mо + mг. Для работы систем охлаждения элементов стенда и пожаротушения применяются различные технологические системы. В основном используется насосная система подачи, которая включает резервуары для хранения достаточных объемов воды, магистрали заправки, группу перекачивающих насосов с электроприводами, всасывающие и напорные магистрали питания, регулирующую, контрольную и запорную арматуру. Для экономии воды строят замкнутые системы водоснабжения, в которых нагретая в тракте элемента стенда (выхлопной диффузор, газоотводящее устройство) вода охлаждается в градирнях или брызгательных бассейнах. Для замкнутой системы водоснабжения требуется восстановление только испарившейся в процессе охлаждения воды. Брызгательные бассейны дешевле, но для них требуется большая площадь. Градирни могут быть размещены на меньшей площади, но строительство их связано со значительными капитальными затратами. Поэтому вопрос о выборе и строительстве того или другого охладительного устройства решается с учетом конкретных особенностей каждого испытательного комплекса. В системах охлаждения газоотражательных устройств стенда и пожаротушения используется, как правило, разомкнутая система подачи воды. В указанных системах с учетом расположения резервуаров и насосных станций на значительном расстоянии от стенда, особенно при испытаниях двигателей больших тяг, необходимо выполнять линии закольцовки, которые позволяют уменьшить время поступления воды, в процессе испытания. Работа системы осуществляется следующим образом. Резервуар через магистраль заправки с вентилем заполняется водой, при этом уровень контролируется указателем уровня. После заполнения полостей насосов водой включением электроприводов запускаются насосы, и система работает по линии циркуляции через открытые задвижки (проводится слив воды во входной коллектор питания насосов). Затем по определенной команде пульта управления производится переключение насосов на питание потребителя путем открытия задвижек и закрытия задвижек, в результате чего подается вода на охлаждение выхлопного диффузора, газоотводящего устройства, а также в коллектор охлаждения струи двигателя и коллектор водяного пожаротушения. Вода из выходных коллекторов выхлопного диффузора и газоотводящего устройства по магистрали поступает для последующего охлаждения в брызгательный бассейн, откуда насосом перекачивается в резервуар для повторного использования. |