3.Расчет элементов схпрт

3.1 Состав схпрт

СХПРТ можно функционально разделить на три части: система хранения, система дросселирования, система регулирования и распределения.

Система хранения обеспечивает сохранение рабочего вещества в определенном состоянии с момента заправки в течении всего срока хранения и эксплуатации ДУ в заданных условиях. Основными элементами системы хранения являются: бак, представляющий собой емкость сферической формы, и предназначен для хранения вещества; датчик давления – прибор контролирующий температуру рабочего вещества в баке; пироклапан одноразового действия, отсекающий систему хранения от системы подачи на период до начала эксплуатации.

Система дросселирования служит для снижения давления рабочего вещества, поступающего из бака, до определенного уровня и поддержания его на этом уровне в заданных пределах. Система дросселирования включает в себя регулятор давления, предназначенный для понижения давления до определенного значения; электроклапан, отсекающий подачу РТ в случае выключения ДУ или поломки регулятора давления. В данной работе система дросселирования исключает наличие ресивера, так как ввиду достаточно большой точности регулирования выходных параметров современными регуляторами давления ( ± 0,1 бар ), пропадает данная потребность.

Система регулирования и распределения предназначена для обеспечения заданного расхода вещества и подачи его в различные двигатели. Система регулирования рабочего вещества состоит из следующих элементов: термодроссель, регулирующий величину расхода за счет изменения температуры РТ; жиклеров, обеспечивающих заданные расходы в элементы двигателя; электроклапанов.

Функциональная схема СХПРТ приведена на чертеже ХАИ.401.441.10В.ФС

2. Расчет проектных параметров бака

Бак рабочего вещества по своему размеру и массе составляет наибольшую часть движительной установки. Требования к материалу и конструкции бака определяются видом выбранного рабочего вещества и схемой системы подачи.

Основные требования к баку:

а) малая масса;

б) прочность;

в) герметичность;

г) коррозионная стойкость;

д) совместимость с выбранным рабочим веществом.

Запишем уравнение состояния газа, учитывая то, что газ при заправке находился под давлением Р_о и температуре Т_о [5]:

, (3.1)

Где: R=8,31 Дж·М/К– универсальная газовая постоянная.

Форма бака определяется условиями компоновки [5]. В работе бак выбран сферической формы. Определим из формулы (1.67) объем бака, т. е. объем рабочего тела V_о, приняв значение Р_о=4,5·10⁶ Па (т. к. не должно превышать критическое давление Р_кр) и Т_о=300 К (температура при нормальных условиях):

, (3.2)

.

Зная объем бака, найдем его диаметр d_б:

, (3.3) . (3.4)

Если изменились условия хранения газа в баке (т. е. Т_о выросла до Т_max), то уравнение состояния газа примет следующий вид:

(3.5)

За максимальную температуру, до которой мог бы нагреться бак, принимаем ту температуру, которую имел бы бак при попадании на его поверхность прямого солнечного излучения на расстоянии, равному расстоянию от Земли до Солнца:

; (3.6)

Где степень черноты титана, ; плотность энергии солнечного излучения у Земли, постоянная Стефана-Больцмана, . Отсюда

В дальнейшем расчете следует учесть то, что масса рабочего тела в баке должна быть выше расчетной, так как существуют некие потери:

1. Несливной запас. Так как минимальное выходное значение давления из бака не может быть бесконечно малым, а ограничивается параметрами редуктора, то некая часть рабочего тела остается в баке.

2. Потери в тракте. Данный тип потерь имеет место при многочисленном пуске ДУ, поэтому в нашем случае не рассматривается.

3. Утечка через сварные швы. Учитывает расход газа через сварное соединение полусфер бака. Данным типом потерь можно пренебречь ввиду их малости.

Входное давление, при котором редуктор прекращает пропускать газ тогда масса оставшегося газа будет равна:

(3.6)

Максимальное давление в баке будет равно:

Напряжения, возникающие в стенках бака из-за давления , определяются по формуле:

. (3.7)

Максимальные напряжения будут возникать в стенках бака при p= :

. (3.8)

Зная [σ] (в качестве материала, из которого изготавливается бак, выбираем титановый сплав ВТ1-1, допускаемое напряжение (условный предел текучести) – [σ]=715 МПа) и учитывая то, что ≤[σ], вычисляем минимальную толщину стенки бака:

,

Где: - коэффициент запаса.

Для обеспечения достаточной жесткости, чтобы использовать бак, как силовой элемент конструкции СХПРТ, принимаем, с учетом коэффициента запаса прочности, (для сферы), тогда:

Масса конструкции бака равна:

(3.9)

Где плотность ВТ-1,

Масса заправленного газом бака равна:

,

Важной характеристикой для СХПРТ, является коэффициент складирования, который показывает, во сколько раз масса заправленного бака больше массы хранящегося в нём рабочего тела.

. (3.10)

Лучшей конструкцией бака считается конструкция, у которой γ принимаем наименьшее значение.

Следует учесть то, что в использованных формулах мы пренебрегали изменением объема бака при расширении материала его конструкции при нагревании.

Рассчитанная ёмкость для хранения РТ имеет следующие конструктивные параметры:

1. Сферическая форма бака;

2. Масса бака ;

3. Масса заправленного бака ;

4. Коэффициент складирования

5. Рабочее тело хранится в газообразном состоянии.