4.3. Стабилизация температуры продуктов сгорания регуляторами отношения расходов

Принцип работы системы стабилизации Т_кс с помощью регуляторов отношения расходов (рис. 4.2.), также как и системы с регуляторами давления (рис. 4.1.) основан на сохранении одинаковыми перепадов давления на дросселях, лимитирующих расходы энергокомпонентов. Но в отличии от системы с регуляторами давления, в рассматриваемой системе контролируются перепады давления непосредственно на дросселях, а не на участке магистрали.

Рис. 4.2. Регулятор отношения расходов

1 – командная магистраль, 2 – мембраны, 3 – полость слива, 4 – клапан слива, 5 – дроссель регулируемой магистрали, 6 – дроссель командной магистрали, 7 – отводы в магистраль окислителя

В системе с регуляторами отношения расходов (ЗЩЗ) командную роль выполняет одна из магистралей, например горючего 1, как это показано на рис. 4.2. Расход в командной магистрали задается другим звеном управления или регулирования установкой. Чувствительным элементом РОР являются две жесткосоединенные мембраны 2 (или поршня), на которые подаются разности давления на дросселях в командной 6 и в регулируемой 5 магистралях. Исполнительным органом является клапан слива жидкости 4, жёстко-связанный с мембранами 2.

Площади мембран одинаковы, силы воздействия перепадов давления на мембраны направлены противоположно. Режим покоя мембран устанавливается при равновесии сил, действующих на подвижные элементы регулятора, но при этом перепад давления в дросселях регулируемых магистрали 5 ΔР_р в общем случае оказывается меньше перепад давления в дросселе 6 командной магистрали ΔР_к на величину статической ошибки регулятора ΔР_ст. Изменение расхода в командной магистрали 1 изменяет ΔР_к, нарушается равновесие сил, мембрана 2 и клапан 4 смещаются, изменяется расход в полость слива 3, а, следовательно, и расход через дроссель 5 и перепад давления на нем ΔР_р. Перемещение мембран и клапана будет продолжаться до тех пор, пока не установится равенство ΔР_р = ΔР_к - ΔР_ст.

Такой процесс обеспечивает выполнение требования (4.1), то есть стабилизирует температуру Т_кс=const, но в пределах статической ошибки.

Проиллюстрируем работу регулятора анализом уравнения его статической характеристики. Статическая характеристика регулятора, вытекающая из уравнения равновесия сил, приложенных к его подвижным элементам, имеет вид

, (4.3)

где

ΔР_р , ΔР_к – разности давлений на дросселях в регулируемой и командной магистралях,

F_эк, F_эр – эффективные площади мембран 2 для командной и регулируемой магистралей,

Е_к – площадь клапана слива 4,

Р₁ – давление на входе в клапан слива,

Р_с – давление в полости слива 3.

Уравнение (4.3) показывает, что равенство перепадов давления на дросселях может быть достигнуто только при F_эк = F_эр = F_э , тогда уравнение статической характеристик регулятора отношения расходов принимает вид

. (4.4)

Структура уравнений (4.3), (4.4) показывает, что второй член их правых частей является статической ошибкой регулятора

(4.5)

Из уравнений (4.3), (4.4), (4.5) следуют выводы:

1. без принятия специальных мер регулятор отношения расходов стабилизирует Т_кс со статической ошибкой, величина которой зависит от отношения площадей клапана, мембраны и давлений до и за клапаном слива ΔР_ст= f(F_к/ F_э, Р₁, Р_с);

2. выбором площадей F_к и F_э статическую ошибку принципиально можно сделать сколь угодно малой;

3. разгрузка клапана слива от давлений Р₁, Р_с ликвидирует статическую ошибку; разгрузка клапана требует соединение его с поршеньком, площадь которого равна площади клапана и подвода в полость над поршеньком давления Р_с;

4. достижение равенства ΔР_ст=ΔР_к требует равенства площадей мембран F_эр = F_эк.

В торпедных энергетических установках регуляторы отношения расходов до сих пор не применялись, в ракетной технике они использовались.