Криогенно-статические испытания и заправка объекта жидким кислородом

Размещено на http://www.allbest.ru//

Криогенно-статические испытания и заправка объекта жидким кислородом

Каштыпер М.А., студент группы 18РКК(м)СКПУ

Криогенно-статические испытания проводятся с целью подтверждения прочности конструкции JIA в условиях криогенного захолаживания. При проведении криогенно-статических испытаний объект необходимо нагрузить комплексом силовых факторов (давление, силы, моменты) и захолодить до криогенного уровня. Как известно, криогенными называют температуры ниже (-120°С) или 153 К. Для ЛА характерны два уровня криогенных температур: точка кипения жидкого кислорода (90 К) и жидкого водорода (20 К).

При криогенно-статических испытаниях наибольшее распространение получил конвективный способ захолаживания: тепло отводится с помощью хладоносителей криоагентов). В качестве хладоносителей можно использовать непосредственно жидкие кислород и водород, однако они пожаро- и взрывоопасны [1].

Система обеспечения жидким кислородом предназначена для:

- приема жидкого кислорода;

- его хранения;

- газификации жидкого кислорода;

- подачи жидкого кислорода к рабочим местам, в объекты испытаний;

- возврата жидкого кислорода с рабочих мест в хранилище.

С целью энергосбережения и экологической безопасности, сохранившейся к концу испытаний жидкий кислород должен быть доставлен обратно в емкости для хранения. Кроме того, для обеспечения техники безопасности на рабочих местах, где производится захолаживание жидким кислородом, должны быть установлены датчики содержания кислорода [2].

В соответствии с основными требованиями формируется и состав системы обеспечения жидким кислородом:

- хранилище жидкого кислорода с заправочной рампой;

- газификаторы низкого давления;

- насосы жидкого кислорода;

- криогенные трубопроводы и арматура;

- передвижной вакуумный агрегат;

- система контроля содержания кислорода;

- система управления захолаживанием.

Криогенные трубопроводы и арматура предназначены для транспортировки жидкого кислорода от хранилища к рабочему месту и обратно и для регулирования расхода жидкого кислорода. Передвижной вакуумный агрегат должен обеспечить необходимый вакуум в стенах криогенных трубопроводов [3].

Система контроля содержания кислорода дает информацию о состоянии атмосферы на рабочем месте и ее пригодности для дыхания. Система управления захолаживанием с помощью связи регулирует подачу жидкого кислорода в объект испытаний. Обычно ограничиваются ручным управлением, так как процессы захолаживания достаточно длительные и не требуют в большинстве случаев мгновенной реакции.

Принципиальная схема системы обеспечения жидким кислородом показана на рисунке 1: 1- заправочная рампа; 2 - резервуар жидкого кислорода; 3 - газификатор низкого давления; 4 - криогенные трубопроводы; 5 - регулятор подачи жидкого кислорода; 6 - объект испытаний; 7 - насосная жидкого кислорода; 8 - передвижной вакуумный агрегат; 9 - пульт управления и контроля; 10 - электрокабель для управления газификаторами; 11 - электрокабель для управления криогенной задвижкой; 12 - электрокабель управления подачей жидкого кислорода в объект испытаний; 13 - электрокабель от датчика давления в криогенном трубопроводе; 14 - электрокабель от датчика давления жидкого кислорода в объекте испытаний; 15 - электрокабель от датчика содержания кислорода на рабочем месте; 16 - трубопровод дренажа и выхлопа газообразного кислорода в атмосферу (спецвентиляция); 17 - электрокабель от датчика уровня жидкого кислорода; 18 - электрокабель управления насосами [4].

Захолаживание жидким кислородом происходит следующим образом. Оператор с пульта управления открывает криогенную задвижку с помощью кабеля II, затем с помощью кабеля 10 открывает вентиль газификаторов 3. Управляя этим вентилем, он добивается необходимого давления в резервуаре 2 и начальном участке трубопровода 4. Величина давления в трубопроводе контролируется датчиком давления и кабелем 13. Затем открывается регулятор 5 (по электрокабелю 12), жидкий кислород поступает в трубопровод 4 и объект испытаний 6. Сначала, захолаживая теплые трубопровод и объект, жидкий кислород полностью испаряется и выходит в атмосферу через дренажный трубопровод 16 [5].

Через некоторое время трубопровод и нижняя часть объекта захолодятся, кислород начинает поступать уже в жидком виде. Часть его испаряется, отдавая холод и захолаживая объект испытаний, другая часть заполняет объект. В результате заполнения емкости жидким кислородом она захолодится. В процессе испытаний жидкий кислород, отдавая холод, кипит, пары уходят по системе дренажа в атмосферу. Указанные потери компенсируются подачей через регулятор 5 новых порций жидкого кислорода. Степень заполнения объекта жидким кислородом контролируется с помощью датчика уровня по кабелю 17. После того, как температура объекта достигла заданного уровня, он нагружается силовыми факторами.

Рисунок 1 - Схема заправки объекта жидким кислородом

После окончания испытаний отключаются газификаторы 3, включается насосная жидкого кислорода 7, и жидкий кислород из объекта 6 перекачивается в резервуар 2. Система захолаживания снова готова к работе. При криогенно-статических испытаниях захоложенный объект должен быть нагружен силами и внутренним давлением. В частности, силовозбудители должны быть вынесены из зоны пониженных температур, при необходимости силовозбудители подогреваются, чтобы не затвердело используемое в них масло.

Для нагружения объектов внутренним давлением уже невозможно использовать воду. В качестве рабочих тел используются обычно или жидкий кислород или газы (азот, гелий), выбор рабочего тела во многом определяется условиями испытаний.

Если необходимо нагрузить объект низким давлением до 1МПа, можно пользоваться газификаторами низкого давления. В этом случае необходимое давление в резервуаре 2 создается с помощью газификатора 3. С помощью регулятора 5 достигается необходимый уровень давления в объекте испытаний 6. Уровень давления в объекте контролируется по линии обратной связи 14. В рассматриваемом случае система нагружения низким внутренним давлением сказывается совмещенной с системой обеспечения жидким кислородом.

Испытания объекта жидким азотом экспериментально показывают нам, что агрегаты космических ракет способны выдержать нагрузки в условиях космоса, однако они не учитывают нестационарные градиенты температур при реальной эксплуатации.

жидкий кислород захолаживание

Литература

Малков М.П. Справочник по физико-техническим основам криогеники / М.П. Малков, И.Б. Данилов, А.Г. Зельдович, А.Б. Фрадков // М.: Энергоатомиздат. - 1985. - 432 с.

Филин Н.В. Жидкостные криогенные системы / Н.В. Филин, А.Б. Буланов // Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие. - 1985. - 247 с.

Романенко Н.Т. Криогенная арматура / Н.Т. Романенко, Ю.Ф. Куликов // М.: Машиностроение, Московское отд-ие. - 1978. - 111 с.

Архаров А.М. Криогенные заправочные системы стартовых ракетно-космических комплексов / А.М. Архаров, И.Д. Кунис // М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана - 2006. - 252 с.

Беляков В.П. Криогенная техника и технология / В.П. Беляков // М.: Энергоиздат. - 1982. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru