Лекция 2

АНАЛИЗ СХЕМНО-КОНСТРУКИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГГРП И РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.

1. Твёрдотопливный газогенератор.

ТТГГ является первичным источником энергии газогидравлического моторнасосного агрегата – преобразователя энергии газа в гидравлическую энергию потока жидкости – минерального масла.

В состав ТТГГ входят следующие узлы: камера, крышка, фильтр газовый, газовод, заряд, навеска, пирозапал, бронировка, теплозащитное покрытие заряда.

Камера является тонкостенным (1…2 мм) прочным стальным цилиндром сварной конструкции, оканчивается резьбовой частью, которая свинчивается с крышкой. Камера служит для размещения заряда. Твёрдотопливный заряд выполнен из твёрдого смесевого топлива для привода, как правило, торцового горения. Снаружи и дна топливо покрыто бронирующим составом (бронировкой), а с торца поверхность не бронируется. Бронировка выполняется из полимерных материалов, обеспечивает горение топлива со стороны торца и охлаждает продукты горения топливо с 2000 °С до 1200 °С. При разложении бронировки около 5…10% смешивается с продуктами и составляет газоприход в ТТГГ, который потребляется АПМНА для создания необходимой мощности для потребителя энергии – рулевых машин.

Навеска представляет из себя крупные фракции пороха, типа КЗДП, обеспечивающие надёжное воспламенение заряда ТТ. Навеска размещается в упаковке из АГ-4, заклеенной с одной стороны миткалевой лентой.

Крышка выполнена в виде стальной оболочки оживальной формы. Внутри крышки размещается навеска и фильтр.

По внутренней поверхности корпус и крышка покрыты теплозащитным материалом (ТЗП) для предохранения стальных оболочек от действия высокотемпературного газа (1200…1400°С) при работе ТТГГ.

Для обеспечения стойкости конструкции ТТГГ от действия спецфакторов ядерного взрыва и внешнего нагрева снаружи от струи газа основного двигателя корпус и крышка ТТГГ покрывают вспененным ТЗП.

Фильтр, установленный в крышке, производит очистку продуктов сгорания ТТ от твёрдых включений и К-фазы, обеспечивая надёжную длительную работу (5…6 мин) потребителю горячего газа. Фильтры имеют модификации:

А) механические, выполненные из металлической сетки с мелкими (5..10 mк) фракциями, спечённых нихромовых шариков, «путанки» - спрессованной нихромовой проволоки,

Б) газодинамические циклонного типа имеют вход в улитку, где центробежными силами крупные, тяжелые частицы осаждаясь на внутренней поверхности бункера и дне, очищают поток газа и через корпус направляют к потребителю.

Пиропатрон – устройство, обеспечивающее запуск ТТГГ, состоит из токопроводящей спиральки, вмурованной в форсажную таблетку быстрогорящего пороха, корпуса и форсажной трубки, открытым торцом направленной на воспламенитель. При подаче импульса тока на токопроводящую спираль от системы управления в соответствии с временной циклограммой команд, происходит воспламенение форсажной таблетки, которая, воспламеняясь, образует высокое давление в течение малого времени в камере ТТГГ. Газ, под действием высокого перепада меду камерой пиропатрона и крышкой ТТГГ, с высокой скоростью потока газа воздействует на КЗДП воспламенителя, воспламеняя по всей поверхности гранулы КЗДП, обеспечивает условия для начала работы заряда ТТГГ. Прогревая слой поверхности при действии высокого давления, заряд воспламеняется, прогревая последующие слои топлива, инициируются предпосылки для прогрева по своду слоёв топлива и его устойчивой газификации. В силу малых фракций компонентов смесевого топлива процесс горения является квазистационарным без существенных пульсаций при обеспечении постоянного давления.

Устойчивая работа ТТГГ обусловлена равенством газоприхода и расхода при постоянном давлении. Чем выше уровень давления, тем больше скорость горения топлива.

Не затрагивая рассмотрение на начальном этапе изучения переходные процессы, стационарная работа ТТГГ описывается в соответствии с законом сохранения массового расхода:

Закон скорости горения топлива для различных составов подчиняется следующим выражениям:

Наиболее общим для большинства современных рецептур является степенной закон зависимости скорости горения топлива от давления.

В нём:

u – скорость горения,

u₁ – коэффициент чувствительности скорости горения к окружающей температуре,

Р – давление газа,

n - показатель степени в законе горения топлива.

В зависимости от фракций компонентов топлива n =0,4…1,2. При этом переход n через 1 характеризует неустойчивый режим работы топлива, но его динамические качества улучшаются.

Коэффициент чувствительности к температуре заряда t_з изменяется по отношению к номинальной температуре эксплуатации по линейному закону и изменяется для t_з =0…35°С в пределах u₁ =0,01…0,015.

Поэтому при выборе поверхности горения топлива следует ориентироваться на u_1min =0,01 с тем, чтобы обеспечить минимальные энергетические показатели газа.

Расчёт конструктивных, геометрических параметров заряда начинается с расчёта поверхности горения, которая входит в формулу для газоприхода в виде:

где g =1,55*10^-3 кГ/см³ - удельный вес топлива.

Зная потребный минимальный расход в потребителе, определяют поверхность из S выражения:

Длина заряда определяется из условия возможности эксплуатации заряда твёрдого топлива при максимальной температуре окружающей среды, т. е. при максимальном газоприходе и безусловной реализацией минимального времени работы заряда t_з

Таким образом, масса заряда оценивается из очевидного выражения

Разброс давления P_min…P_max определяется диапазоном температуры эксплуатации и степенью стабильности критического сечения сопла.

Давление в камере сгорания ТТГГ устанавливается в соответствии с законом сохранения расхода в потребителе (сопло, газовый мотор, объёмный расход в вытеснителе) и определяется из соотношения Бори:

где:

g=1,55*10^-3 кГ/см³ – уд. вес топлива,

А = 8…10*10^-3 1/с – коэффициент истечения газа через сопло,

s - площадь проходного сечения сопла или эффективное сечение потребителя.

Если уравнение Бори представить в координатах расход – давление, то анализировать внутрибаллистические процессы в ТТГГ удобно, рассматривая взаимное расположение и пересечение газоприходных и расходных кривых. На рис. представлены указанные кривые для показателей степени в законе горения а) n<1 и б) n>1.

P P

а)n<1 б) n>1

На графике а) представлен случай устойчивой работы топлива, когда любому отклонению давления от точки пересечения приходной и расходной кривых при действии возмущающих факторов соответствует возврат давления в исходное положение обусловленный либо превышением расхода над приходом при увеличении давления либо превышением прихода над расходом при снижении давления.

На графике б) представлен случай неустойчивой работы топлива, когда при снижении давления наблюдается превышение расхода над приходом газа, что приводит к прекращению процесса горения. В случае увеличения давления от точки пересечения кривых наблюдается превышение прихода над расходом, в результате чего происходит неуправляемый рост давления в камере сгорания ТТГГ и разрыв последнего.

Для обеспечения устойчивой работы топлива при n>1 в случае отклонения давления от значения в точке пересечения кривых прихода и расхода необходимо организовать отрицательную обратную связь по изменению площади критического сечения потребителя (при увеличении давления – уменьшение критического сечения (пунктир на б) и наоборот). При реализации отрицательной обратной связи по расходу для n>1 обеспечивается наряду с устойчивой работой топлива и высокое быстродействие переходных процессов изменения давления в камере сгорания, что обусловливает создание предпосылок для реализации двигателей глубокого регулирования тяги (расхода) на твёрдом топливе.

В случае использования ТТГГ для привода газовых двигателей насосных агрегатов оптимальным является применение твёрдого топлива с n<1 (0,5…0,65).

Дата добавления: 2014-11-20