Определение ёмкости самолётных кислородных газификаторов

В случае применения на самолете жидкого кислорода его общий запас − потребная вместимость самолетных кислородных газификаторов (СКГ) определяется по формуле

,

где Q_ост – остаточный запас кислорода, при котором начинает падать давление в газификаторе. Эта величина берется из паспорта газификатора. В среднем она составляет (7…10) % общего запаса жидкого кислорода; q_пот − удельные потери испарением. Эти потери для различных газификаторов лежат в пределах (0,05…0,15) кг/ч;  − время от момента зарядки газификатора до вылета самолета (принимают в расчетах от 24 до 48 ч); z - число газификаторов; k_з − коэффициент запаса (1,15…1,2).

Стандартные СКГ серийно выпускаются емкостью 3, 5, 7, 15 и 30 кг.

3.3. Проектирование кислородного редуктора прямого действия

Назначение, устройство и принцип действия кислородных редукторов рассмотрены в разделе 19. Процесс проектирования редуктора разбивается на три этапа: расчет основных параметров, проектирование пружин и поверочный расчет.

Первый этап проектирования

Задачи:

• Определение следующих конструктивных параметров: диаметра седла клапана d_кл, высоты поднятия клапана над седлом h_кл, диаметров мембраны D_м и жёсткого центра d_ц.

• Определение функциональных технических требований к клапанной и мембранной пружинам (установочное усилие N_к, N_м; жёсткость К_к, К_м; и рабочий ход h_к, h_м).

Основные соотношения

У равнение равновесия закрытого клапана (расход газа через клапанный узел равен нулю) кислородного редуктора прямого действия при наибольшем подводимом давлении, составленное по схеме рис. 3.4, имеет

Рис. 3.4. Схема редуктора КР-26: 1 − регулировочный винт; 2 − мембранная (задающая) пружина; 3 − жесткий центр эластичной мембраны; 4 − гофр мембраны; 5 − толкатель; 6 − клапан с подушкой; 7 − клапанная (вспомогательная) пружина.

вид

R_c + f_кл(p_1max – p_y) − N_к + N_м – (р_у – р_Н)F_эм = 0, (3.2)

где R_c  усилие прижатия клапана к седлу, достаточное для его герметизации,

f_кл = (d_кл ²)/4  эффективная площадь клапана, d_кл  диаметр кромки седла клапана, р_1max  наибольшее подводимое давление, р_у  установочное давление в

рабочей полости редуктора, N_к  установочное усилие вспомогательной

(клапанной) пружины, N_м  установочное усилие задающей (мембранной) пружины, i  передаточное отношение рычага, р_Н  давление в окружающей среде, равное давлению в стандартной атмосфере на высоте Н км, F_эм  эффективная площадь мембраны.

Усилие герметизации клапана

R_с = d_кл_г , (3.3)

где _г  удельное усилие герметизации, которое зависит от материала подушки клапана и может быть определено по эмпирической формуле:

_г = ap_вх + b, (3.4)

в которой

Здесь r  радиус закругления кромки седла клапана (0,1 … 0,6)мм. Меньшие значения радиусов берутся для твердых подушек, большие ­ для мягких.

р_вх  подводимое давление.

По формуле Ликтона [8, с. 53, (19)]

F_эм = (/12)(D_м² + D_мd_ц +d_ц²), (3.5)

где D_м  диаметр мембраны, d_ц  диаметр жесткого центра мембраны.

По опыту проектирования отношение

d_ц/D_м = 2/3 … 3/4. (3.6)

Введем для него обозначение d_D.

Уравнение равновесия открытого клапана при наибольшем расходе и наименьшем подводимом давлении р_1min имеет вид

f_кл(p_1min – p_2min) − (N_к + K_кh_п)+ (N_м – K_мh_п)  (р_2min – р_Н)F_эм= 0,

где p_2min  наименьшее рабочее давление (на выходе из редуктора), K_к , K_м  жесткости клапанной и, соответственно, мембранной пружин, h_п = h₀ + h_кл  полный ход клапана. Здесь h₀  промятие подушки клапана под действием усилия R_c, h_кл  наибольшее поднятие клапана над седлом.

Вычитанием этого равенства из (3.2) можно получить выражение для наибольшего перепада давлений в рабочей полости редуктора

р_2max = p_y  p_2min:

, (3.7)

где K = K_к +K_м  жесткость упругой системы.

По опыту проектирования жесткость мембранной пружины К_м = 50…200 Н/мм и более; жесткость клапанной пружины К_к = 5…15 Н/мм; жесткость пружины легочного автомата К_ла = 0,5…5 Н/мм.

Установочное усилие N_к клапанной пружины, направленное в сторону закрытия клапана, определяется из уравнения равновесия закрытого клапана (29.1), в котором принимается N_м – (р_у – р_Н)F_эм = 0 и такое значение входного давления, при котором это усилие максимально.

При этом для клапана прямого хода

N_к = d_кл(ap_вх + b) + f_кл(p_вх – p_у), (3.8)

где p_вх = p_1max.

Глубину промятия подушки клапана под действием герметизирующей силы R_c в расчетах приближенно можно принимать равной

(3.9)

Резиновые подушки применяются для относительно небольших подводимых давлений (мене 10 МПа), твердые (фторопласт и эбонит)  для больших (более 10 МПа).

Массовый расход газа через дросселирующее проходное сечение определяется по формуле [4, с. 7, (2.1)]

(3.10)

где   коэффициент истечения, s  эффективная площадь проходного сечения, C_k  коэффициент, зависящий от показателя адиабаты k (для k = 1,4 C_k = 0,6846), р_вх  подводимое давление газа, R  его газовая постоянная, Т  его абсолютная температура перед дросселем, m_  коэффициент, зависящий от отношения давлений  = р_вых/р_вх на выходе р_вых и на входе р_вх.

Коэффициент истечения для дюзы равен 0,6 … 0,7, для клапана он зависит от степени его открытия, которое можно характеризовать

отношением  = d_кл/h_кл. Графически эта зависимость представлена на рис. 3.5. Аналитически она достаточно хорошо аппроксимируется следующей функцией

() = ^-1/(4,516^-2 + 0,3674^-1 + 0,03516).

Рис. 3.5. Коэффициент расхода газа через клапанный узел.

Рекомендованные для редукторов значения  лежат в диапазоне от 5 до 10.

Площадь эффективного проходного сечения клапана

s = d_клh_кл.

Значения удельных газовых постоянных даны в Приложении № 1.

Зависимость коэффициента m_ от отношения давлений  можно представить в виде [3, с. 8, (2.4)]

Режим истечения при  < 0,528 называют закритическим.