4. Регулирование температуры
4.1. Способы регулирования температуры
В торпедных теплоэнергетических установках регулировать или контролировать необходимо:
- температуру продуктов сгорания энергокомпонентов;
- температуру масла в системе смазки двигателя;
- температуры стенок камеры сгорания и деталей двигателя.
Температура масла, стенок КС и деталей двигателя в существующих торпедных энергетических установках не контролируется. Их температурный режим обеспечивается теплоотдачей забортной воде и устанавливается в процессе испытаний экспериментальных образцов. Такой подход уже более столетия обеспечивает необходимый ресурс работы агрегатов.
Температура продуктов сгорания энергокомпонетов в камере сгорания Ткс является начальной температурой процессов в двигателе и с целью достижения их наибольшей эффективности выбирается максимально возможной по прочности конструкций элементов камеры сгорания и двигателя. В основном по этой причине Ткс не используется как регулирующий фактор, но ее величину необходимо сохранять постоянной в широком диапазоне расхода и давления продуктов сгорания. Задача стабилизации температуры в камере сгорания возлагается на систему автоматического управления и регулирования параметрами установки.
Современные стали и сплавы обеспечивают прочность элементов конструкций при Ткс ≤ 1700 К, то есть реальные значения Ткс существенно ниже температур «сухого» горения топлив. При таком условии температура продуктов сгорания определяется только отношением расходов горючего Gr, окислителя Gok и воды Gв и следовательно законом обеспечения постоянства температуры продуктов сгорания во всем диапазоне режимов работы КС является
или
(4.1)
где
qr + qok+ qв = 1- массовые доли энергокомпонентов,
G = Gr + Gok + Gв - суммарный массовый расход через КС.
Стабилизация Ткс возможна как системой регулирования – по замкнутому контуру («прямое регулирование»), так и системой управления – по разомкнутому контуру («косвенное регулирование»).
Система регулирования для стабилизации температуры в камерах сгорания в энергетических установок не используется. Причины тому:
- поле температур на выходе из КС крайне неравномерно, а получение осредненного значения Ткс осложняет систему и понижает ее надежность;
- датчики температуры-термопары имеют неудовлетворительные эксплуатационные качества: малый ресурс работы, индивидуальная настройка и т.п.;
- по элементному составу и надежности «прямое регулирование» по замкнутому контуру значительно уступает «косвенному регулированию» по разомкнутому контуру.
В энергетических установках применяются только разомкнутые системы, стабилизация Ткс в которых достигается, либо с помощью регуляторов давления, или регуляторов отношения расходов, либо с помощью объемных гидромашин.
4.2. Стабилизация температуры продуктов сгорания регуляторами давления
Использование регуляторов (давления и отношения расходов) для стабилизации Ткс основано на пропорциональности расхода разности давлений Δp на входе и выходе из канала (дросселя), площадь которого F определяет величину расхода
(4.2)
Обеспечение одинаковых разностей давлений на дросселях, обеспечивает Ткс=const на всех режимах. Схема стабилизации Ткс с помощью регуляторов давления представлена на рис. 4.1.; такой способ использован в энергетических установках торпед 53-61, 53-65 и их модификациях.
Рис. 4.1. Система стабилизации температуры с помощью регуляторов давления
1- регулятор давления окислителя, 2 – камера сгорания, 3 – двигатель, 4 – дросселя окислителя, горючего, воды, 5 – регуляторы давления горючего и воды, 6 – командного давления, 7 – насос воды, 8 – резервуары горючего и окислителя
Регуляторы энергокомпонентов 1, 5 имеют одинаковую схему, которая создает на их выходе давление Рр, равное с точностью до статической ошибки давлению командной среды Рк, подводимой к их мембранам от регулятора 6. Конечное давление в магистралях равно давлению в камере сгорания Ркс. Следовательно на участках «регулятор давления – камера сгорания» во всех трех магистралях и на всех режимах разность начального и конечного давлений одинакова ΔР = Рк- Ркс
Формула (4.2) показывает, что если изменения коэффициентов расхода и гидравлических сопротивлений указанных участков магистралей не будут приводить к недопустимым отклонениям Ткс, то такая схема будет обеспечивать требуемое условие (4.1) стабилизации Ткс. Испытания и эксплуатация серийных торпед показала, что такая схема удовлетворяет требования современных технических заданий и обеспечивает постоянство температур в камере сгорания с точностью ± 5%.