Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого ракетного топлива и устройство для его реализации

Изобретение относится к моделирующим устройствам и может быть использовано при построении процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступени ракет-носителей (РН). Устройство для моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива в баках ОЧ ступени РН содержит экспериментальную установку (ЭУ) в виде модельного бака с поддоном для газифицируемой жидкости, датчиками температуры и давления, баллоны с заранее подготовленным газом, электропневмоклапан, логическое устройство, электронагреватель (ЭН). Вводят в ЭУ теплоноситель (ТН) в виде газовой струи в виде заранее подготовленного газа с заданными параметрами и соответствующим продуктам сгорания сжигаемого топлива в камере газогенератора химическим составом, обеспечивают заданные условия взаимодействия в зоне контакта ТН с поверхностью жидкости, измеряют температуру и давление в различных точках, подают с термодатчика сигнал в логическое устройство, сравнивают сигнал с термодатчика с заданным сигналом на включение или выключение ЭН, включают или выключают ЭН в зависимости от весовых коэффициентов, отклонения текущей температуры ТН, скоростей остывания и повышения температуры ТН, достигают стационарного режима усредненной температуры систем, прекращают подачу ТН в ЭУ. Изобретение позволяет повысить экспериментальную точность процесса газификации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проведении физического моделирования процессов газификации остатков жидкого топлива в баках отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет-носителей (РН) в условиях малой гравитации с использованием экспериментальных модельных установок в земных условиях, а также и при натурных пусках РН с системами газификации.

Известен газификатор топлива, защищенный патентом РФ на изобретение №2070655, МПК F02M 31/00, содержащий карбюратор, испаритель, тепловую трубу, снабженную дополнительным электрическим нагревателем, и устройство для подачи воды на испаритель.

Газификатор предназначен для приготовления газифицированной топливно-воздушной смеси для питания двигателей внутреннего сгорания из жидкого топлива, что близко к пневмогидравлической системе топливного бака жидкостной ракетной двигательной установки. Газификация происходит за счет локального нагрева и испарения топлива, распыляемого в диффузоре карбюратора, за счет тепла выхлопных газов, подводимых к испарителю от выхлопного коллектора двигателя тепловой трубой с встроенным электрическим нагревателем.

Однако данное устройство, реализующее способ моделирования остатков компонентов ракетного топлива (КРТ) в баках ОЧ, имеет ограниченные функциональные возможности применительно к ракетно-космической технике.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ моделирования процесса газификации (термохимического обезвреживания), описанный на стр. 163-174 в кн. 1 «Снижение техногенного воздействия ракетных средств выведения на жидких токсичных компонентах ракетного топлива на окружающую среду» (Монография). Под ред. В.И. Трушлякова. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. 220 с.

Способ включает моделирование поступления в газовую фазу окислителя (с заданными параметрами в виде струи из форсунки: формы и степени распыления, длины струи, перепада давления на форсунке), обеспечение условий взаимодействия в зоне контакта струи с поверхностью горючего, проведение измерений температуры, давления в различных точках экспериментальной установки.

Устройство для осуществления способа представляет собой экспериментальную установку (ЭУ) в виде модельного бака, который состоит из обечайки, сферического днища, и содержит поддон с двумя вваренными стаканами, температурные датчики, заправочно-сливную арматуру, датчики давления, дренажный трубопровод, расходомер, весоизмерительное устройство, утилизатор, газоанализатор, основанный на использовании катализатора.

Непосредственное использование этого способа и устройства для его осуществления, основанного на получении теплоносителя (ТН), для термодинамического процесса газификации жидкостей, моделирующих остатки КРТ, например керосина, сопряжено со следующими недостатками:

- не предусмотрено использование в качестве ТН газа с параметрами химического состава, соответствующего составу газа, получаемого из реального газогенератора, что влияет на достоверность результатов проводимых экспериментов;

- не предусмотрено автоматическое прекращение эксперимента, после выхода температур всех элементов ЭУ на стационарный режим, что приводит к дополнительным затратам ресурсов на проведение экспериментов;

- не предусмотрено автоматическое поддержание заданной температуры ТН, что приводит к дополнительным затратам на проведение экспериментов и большому разбросу температур ТН.

Техническим результатом заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение точности результатов проводимых экспериментов, поддержание заданной температуры ТН и снижение затрат ресурсов на проведение экспериментов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе моделирования процесса газификации остатков жидкого КРТ в баках ОЧ ступени РН, основанном на введении в ЭУ газовой струи с заданными параметрами, обеспечении заданных условий взаимодействия в зоне контакта ТН с поверхностью жидкости, расположенного на поддоне, проведении измерений температуры, давления в различных точках ЭУ, согласно заявляемому изобретению в качестве ТН используют заранее подготовленный газ, химический состав которого, соответствует продуктам сгорания сжигаемого топлива в камере газогенератора, а при достижении стационарного режима усредненной температуры системы, при котором выполняется условие:

где ΔT=Tcp2ср1 - изменение усредненной температуры системы в процессе эксперимента; Tcp1, Тср2 - усредненная температура системы в процессе эксперимента; Δτ=τ21 - интервал времени анализа, зависящий от инерционности экспериментального стенда; σ - погрешность измерений термодатчиков,

прекращают подачу ТН в ЭУ.

Для поддержания заданной температуры ТН с термодатчика, производящего измерение текущей температуры ТН TTH, сигнал подают в логическое устройство, где производят сравнение его с заданными сигналами на включение или выключение электронагревателя (ЭН) и при выполнении условия:

где α11, α12, α21, α22 - весовые коэффициенты при формировании управляющего сигнала, определяемые из условия точности отслеживания процесса на основе теории автоматического управления; Δxвыкл=TTH-Tвыкл - отклонение текущей температуры ТН TTH от заданной температуры ТН на выключение ЭН Твыкл; - скорость остывания ТН после отключения ЭН в окрестности режима регулирования; Δxвкл=TTH-Tвкл - отклонение текущей температуры ТН TTH от заданной температуры ТН на включение ЭН Твкл; - скорость повышения температуры ТН при включении ЭН в окрестности режима регулирования, осуществляют выключение (включение) ЭН.

Технический результат в части устройства достигается за счет того, что в устройство для моделирования процесса газификации остатков жидкого КРТ в баках ОЧ ступени РН, включающее в свой состав ЭУ в виде модельного бака, содержащего поддон для газифицируемой жидкости, датчики температуры, давления, согласно заявляемому изобретению в его состав дополнительно введены баллоны с заранее подготовленным газом, электропневмоклапан (ЭПК), установленный в магистраль подачи ТН, и логическое устройство для формирования сигнала включения (выключения) ЭН и ЭПК.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлены сглаженные графики изменения температур по времени всех элементов системы , участвующих в теплообмене, полученные экспериментальным путем:

где

- усредненная температура системы;

- сглаженное значение температуры жидкости;

- сглаженное значение температуры поддона под жидкостью;

- сглаженное значение температуры газа;

- сглаженное значение температуры стенки модельного бака.

Под усредненной температурой системы понимают сглаженное значение средней арифметической температуры всех элементов, участвующих в теплообмене, таких как жидкость, поддон для жидкости, газ и стенка модельного бака.

На фиг.2 изображена схема экспериментального стенда для реализации способа.

Непосредственно при проведении эксперимента газ из баллонов 1 по магистралям с соединительной и запорной арматурой подается через электронагреватель 2 и ЭПК 3 в ЭУ 4. Параметры ТН, такие как давление, расход и температура, задаются заранее. Информация, поступающая от датчиков температур, обрабатывается в логическом устройстве 5 в соответствии с условием (2).

Химический состав газа определяется заранее и соответствует химическому составу продуктов сгорания в камере реального газогенератора, в качестве топлива для которого, например, могут быть использованы «керосин»+«кислород» с массовым соотношением 1:4 или 1:0,7.

Значение температуры, при которой происходит выключение Твыкл (с учетом инерционности остывания) и включение Твкл (с учетом инерционности нагревания) электронагревателя 5, и весовые коэффициенты α11, α12, α21, α22 определяются заранее, на основе дополнительно проведенных технологических экспериментов по методике, изложенной на стр. 173 в кн. 2 «Основы теории автоматического управления». Под ред. А.А. Воронова. - М.: Энергия, 1980. - 312 с.

Количество баллонов с заранее подготовленным газом определяется из условия расхода ТН и времени проведения эксперимента. Если учесть, что стандартные баллоны имеют объем 50 литров и давление 15 МПа, а расход ТН при проведении экспериментов составляет 250-300 л/мин, то для проведения одного эксперимента, продолжительностью 20-30 мин понадобится один баллон.

В результате использования предлагаемого способа и устройства для его реализации достигаются следующие результаты:

- повышается точность результатов проводимых экспериментальных исследований за счет уменьшения разброса температур ТН на 10-15%;

- снижаются затраты ресурсов (электроэнергия для электронагревателя и расход ТН) на проведение экспериментов примерно на 50% за счет прекращения проведения эксперимента при выходе температур всех элементов ЭУ, участвующих в теплообмене, на стационарный режим.

1. Способ моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива в баках отделяющейся части ступени ракеты-носителя, основанный на введении в экспериментальную установку (ЭУ) газовой струи с заданными параметрами (далее теплоноситель), обеспечении заданных условий взаимодействия в зоне контакта теплоносителя (ТН) с поверхностью жидкости, расположенного на поддоне, проведении измерений температуры, давления в различных точках ЭУ, отличающийся тем, что в качестве ТН используют заранее подготовленный газ, химический состав которого, соответствует продуктам сгорания сжигаемого топлива в камере газогенератора, а при достижении стационарного режима усредненной температуры системы, при котором выполняется условие:

где ΔT=Tcp2-Tcp1 - изменение усредненной температуры системы в процессе эксперимента; Tcp1, Tcp2 - усредненная температура системы в процессе эксперимента; Δτ=τ21 - интервал времени анализа, зависящий от инерционности экспериментального стенда; σ - погрешность измерений термодатчиков,
прекращают подачу ТН в ЭУ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с термодатчика, производящего измерение текущей температуры ТН, сигнал подают в логическое устройство, где производят сравнение его с заданными сигналами на включение или выключение электронагревателя (ЭН) и при выполнении условия:

где α11, α12, α21, α22 - весовые коэффициенты при формировании управляющего сигнала, определяемые из условия точности отслеживания процесса на основе теории автоматического управления; Δxвыкл=TTH-Tвыкл - отклонение текущей температуры ТН ТТН от заданной температуры ТН на выключение ЭН Tвыкл; - скорость остывания ТН после отключения ЭН в окрестности режима регулирования; Δxвкл=TTH-Tвкл - отклонение текущей температуры ТН TTH oт заданной температуры ТН на включение ЭН Твкл; - скорость повышения температуры ТН при включении ЭН в окрестности режима регулирования, осуществляют выключение или включение ЭН.

3. Устройство для моделирования процесса газификации остатков жидкого компонента ракетного топлива в баках отделяющейся части ступени ракеты-носителя, включающее в свой состав экспериментальную установку, в виде модельного бака, содержащего поддон для газифицируемой жидкости, датчики температуры, давления, отличающееся тем, что в его состав дополнительно введены баллоны с заранее подготовленным газом, электропневмоклапан, установленный в магистраль подачи ТН, и логическое устройство для формирования сигнала включения или выключения ЭН и электропневмоклапана.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.

Изобретение относится к строительству и касается приемов и средств обучения. .

Изобретение относится к средствам обучения и может быть использовано в качестве учебной установки, предназначенной для развития навыков конструирования при рабочем проектировании, в частности для обучения критериально-обоснованному выбору геометрических параметров деталей, грамотному и осмысленному оформлению рабочей документации.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в легкой промышленности. .

Изобретение относится к средствам обучения по географии и может быть использовано как учебное пособие. .

Изобретение относится к промышленной мебели и может быть использовано в качестве рабочего места электромонтажника. Рабочее место содержит стол и энергомодуль, который расположен вдоль длинной стороны стола. Стол содержит две тумбы, каждая из которых содержит дверку. Столешница покрыта антистатическим пластиком. Окантовка столешницы выступает над столом по его периметру, за исключением рабочего места. В центре под столешницей установлен ящик для сбора производственных отходов. Энергомодуль содержит стойку, секцию централизованного воздуховода. Над секцией укреплен корпус, в котором с передней и задней стороны размещены электрические шкафы. Шкафы содержат электрическую панель с розетками, выключателем и предохранителем. В центре корпуса расположены два встроенных гнезда. Гибкий воздуховод с раструбом и ручкой управления подстыкован к гнезду с левой и с правой стороны. Стойки трубчатого сечения установлены над корпусом. V-образные кронштейны для подвешивания светильника общего освещения установлены на стойках. П-образный кожух с трех сторон закрывает корпус. Универсальный держатель чертежей крепится на стойку трубчатого сечения. Энергомодуль также содержит регулируемые по высоте опоры. Основными преимуществами предлагаемого рабочего места электромонтажника является: возможность сделать поверхность стола свободной от посторонних предметов и различных отверстий для крепления оргоснастки; возможность передвигать стол в случае необходимости; легкий и простой монтаж рабочего места, не требующий длительного времени, что особенно важно при возможных перебазированиях. Кроме того, рабочее место электромонтажника позволяет устанавливать в ряд неограниченное количество рабочих мест. Есть возможность формировать ряд в центре помещения, а так же вдоль стены, что существенно освобождает площадь занимаемого помещения. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности заданного давления воздуха на забойку в имитаторе взрывной скважины принудительным разрушением мембраны. Камера высокого давления закрыта сверху крышкой с мембраной, соединенной с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы. Пистонное пусковое устройство служит для принудительного разрушения мембраны в момент достижения заданного давления в камере высокого давления. 1 ил.
Наверх