Плитадағы жанармай зымыран қозғалтқыштары үшін өте тиімді
Зымыран мен ғарыш әлемі тоғысында: әлемдік тенденциялар шығындарды төмендетуді және ғарыш қызметінің экологиялық қауіпсіздігін арттыруды талап етеді. Дизайнерлер экологиялық таза отынды қолдана отырып, жаңа сұйық отынды зымыран қозғалтқыштарын (LPRE) ойлап табуға мәжбүр, бұл 90-98 пайыз метанды құрайтын қымбат, жоғары энергия сыйымды сұйық сутекті арзан сұйытылған табиғи газға (СТГ) ауыстырады. Бұл отын сұйық оттегімен қосылып, конструктивті, материалдық, технологиялық және өндірістік артта қалудың бұрыннан бар элементтерін барынша қолдана отырып, жоғары тиімді және арзан жаңа қозғалтқыштар құруға мүмкіндік береді.
Сұйытылған газ улы емес, ал оттекте жанғанда су буы мен көмірқышқыл газы түзіледі. Зымыран техникасында кеңінен қолданылатын керосиннен айырмашылығы, СТГ төгілуі қоршаған ортаға зиян келтірмей тез буланып кетеді.
Алғашқы сынақтар
Табиғи газдың ауамен тұтану температурасы мен оның жарылғыш концентрациясының төменгі шегі сутегі мен керосин буларына қарағанда жоғары; сондықтан концентрациясы төмен аймақта басқа көмірсутекті отынмен салыстырғанда жарылыс қаупі аз.
Жалпы алғанда, сұйытылған газдың зымыран отыны ретінде жұмыс істеуі бұрын қолданылмаған қосымша өрт пен жарылыстың алдын алу шараларын қажет етпейді.
Сұйытылған газдың тығыздығы сұйық сутегінен алты есе, керосиннің жартысынан артық. Төменгі тығыздық керосин резервуарымен салыстырғанда СТГ резервуарының көлемінің сәйкесінше ұлғаюына әкеледі. Алайда, тотықтырғыш пен отын шығынын жоғарылату коэффициентін ескере отырып (сұйық оттегі (LC) + LNG отыны үшін шамамен 3,5 -тен 1 -ге дейін және ZhK + керосин отыны үшін 2,7 -ден 1 -ге дейін), ZhK + отынының жалпы көлемі жанармай құйылған СТГ «тек 20 пайызға артады. Материалдың криогендік қатаюының әсерін, сондай -ақ LC және LNG резервуарларының түбін біріктіру мүмкіндігін ескере отырып, отын багының салмағы салыстырмалы түрде аз болады.
Ақырында, СТГ өндіру мен тасымалдау бұрыннан игерілген.
А. М. Исаев атындағы Мәскеу облысы Королев қаласындағы Химиялық инженерлік конструкторлық бюро (КБ Химмаш) 1994 жылы ЖК + СТГ отынын әзірлеу бойынша жұмысты бастады (белгілі болғандай, өте аз қаржыландыруға байланысты ұзақ жылдарға созылды)., конструкторлық -конструкторлық зерттеулер мен жоғарғы сатыда сәтті жұмыс істейтін 7,5 тф күші бар оттегі -сутегі HPC1 -дің схемалық және құрылымдық негізін қолдана отырып, жаңа қозғалтқышты құру туралы шешім қабылданған кезде (криогенді жоғарғы саты) GSLV MkI (Геосинхронды спутникті ұшыру құралы) үнді зымыран тасығышының 12KRB.
1996 жылы отын компоненттері ретінде сұйық сұйықтық пен табиғи газды пайдаланатын газ генераторын автономды күйдіру сынақтары жүргізілді, олар негізінен іске қосу мен тұрақты жұмыс режимдерін тексеруге бағытталған - 13 қосылу газ генераторының жұмыс қабілеттілігін растады. ашық және жабық схемалар бойынша жұмыс істейтін қалпына келтіру газ генераторларын әзірлеуде қолданылған нәтижелер.
1997 жылдың тамыз-қыркүйек айларында Химмаш конструкторлық бюросы KVD1 қозғалтқышының рульдік қондырғысының өрт сынауларын өткізді (сонымен қатар сутектің орнына табиғи газды қолданады), онда камера ± 39,5 градус бұрышта екі жазықтықта ауытқиды. бір құрылым (қозғалыс - 200 кгс, камералық қысым - 40 кг / см2), іске қосу және тоқтату клапандары, пиротехникалық тұтану жүйесі мен электр жетектері - бір стандартты KVD1 рульдік қондырғы жалпы жұмыс уақыты 450 секундтан асатын алты старттан өтті қысым 42–36 кг / см2 аралығында. Сынақ нәтижелері табиғи газды салқындатқыш ретінде қолданатын шағын камера құру мүмкіндігін растады.
1997 жылдың тамызында КБ Химмаш ZhK + LNG отынына 7,5 тф күші бар толық көлемді жабық тізбекті қозғалтқышты сынауды бастады. Өндіруге негіз болып газды төмендететін газ генераторы жанғаннан кейін және камераны отынмен салқындататын жабық тізбектің модификацияланған KVD1 қозғалтқышы алынды.
Стандартты тотықтырғыш сорғы KVD1 өзгертілді: тотықтырғыш пен отын сорғы бастарының қажетті қатынасын қамтамасыз ету үшін сорғы дөңгелегінің диаметрі ұлғайтылды. Сондай -ақ, компоненттердің есептік қатынасын қамтамасыз ету үшін қозғалтқыш желілерінің гидравликалық реттелуі түзетілді.
Бұрын LCD + сұйық сутегі отынында сынау циклінен өткен прототипті қозғалтқышты қолдану зерттеу шығындарын барынша төмендетуді қамтамасыз етті.
Суық сынақтар қондырғы резервуарларында СТГ -ның қажетті параметрлерін қамтамасыз ету, тотықтырғыш пен отын желілерін сорғылардың сенімді жұмысына кепілдік беретін температураға дейін салқындату тұрғысынан қозғалтқыш пен стендті ыстық жұмысқа дайындау әдісін жасауға мүмкіндік берді. іске қосу кезеңі және қозғалтқыштың тұрақты және тұрақты іске қосылуы.
Қозғалтқыштың алғашқы өрт сынағы 1997 жылдың 22 тамызында кәсіпорынның стендінде өтті, ол бүгінде Ракета -ғарыш өнеркәсібінің ғылыми сынақ орталығы (ҒЗР ҒЗР) деп аталады. КБ Химмаш тәжірибесінде бұл сынақтар толық көлемді жабық тізбекті қозғалтқышқа отын ретінде СТГ қолданудың алғашқы тәжірибесі болды.
Сынақтың мақсаты - қозғалтқыштың жұмыс жағдайын жеңілдету мен параметрлердің азаюына байланысты табысты нәтиже алу.
Режимге жетуді және режимде жұмыс істеуді бақылау дроссель контроллерлерінің көмегімен және басқару арналарының өзара әрекеттесуін ескере отырып, HPC1 алгоритмдерінің көмегімен отын компоненттерін тұтыну коэффициентінің көмегімен жүзеге асырылды.
Тұйық тізбекті қозғалтқышты бірінші ату сынағының бағдарламасы толық орындалды. Қозғалтқыш белгілі бір уақыт бойы жұмыс істеді, материалдық бөліктің жағдайы туралы ешқандай түсініктеме жоқ.
Сынақ нәтижелері оттегі-сутегі қозғалтқышы қондырғыларында сұйытылған газды отын ретінде пайдаланудың негізгі мүмкіндігін растады.
Газ көп - кокс жоқ
Кейіннен СТГ қолданумен байланысты процестерді тереңірек зерттеу, қозғалтқыш қондырғыларының кең қолдану жағдайында жұмысын тексеру және конструкторлық шешімдерді оңтайландыру мақсатында сынақтар жалғастырылды.
Барлығы, 1997-2005 жылдар аралығында, 17-60 секундқа созылатын, ZhK + LNG отынын қолдануға бейімделген KVD1 қозғалтқышының екі көшірмесінің бес ату сынағы өтті, СТГ метан құрамы - 89,3 -тен 99,5 пайызға дейін..
Тұтастай алғанда, бұл сынақтардың нәтижелері «ZhK + LNG» отынын пайдалану кезінде қозғалтқыш пен оның агрегаттарын құрудың негізгі принциптерін анықтауға және 2006 жылы әзірлеуге, өндіруге байланысты зерттеулердің келесі кезеңіне өтуге мүмкіндік берді. және C5.86 қозғалтқышын сынау. Жану камерасы, газ генераторы, турбопомпа қондырғысы және соңғысының реттегіштері құрылымдық және параметрлік түрде арнайы ZhK + LNG отынында жұмыс істеу үшін жасалған.
2009 жылға қарай ұзақтығы 68 және 60 секунд болатын C5.86 қозғалтқыштарының екі өрт сынағы метан құрамы 97, 9 және 97, 7 пайызды құрады.
Сұйық отынмен жұмыс істейтін қозғалтқышты іске қосу және тоқтату бойынша оң нәтижелер алынды, олар қозғалыс және отын компоненттерінің арақатынасы бойынша тұрақты режимде жұмыс істейді (бақылау әрекеттеріне сәйкес). Бірақ негізгі міндеттердің бірі - камераның салқындату жолында (кокста) және жеткілікті ұзақ қосылатын газ жолында (күйеде) қатты фазалық жинақталудың болмауын эксперименттік тексеру көлемінің шектеулі болуына байланысты орындалмады. орындық СТГ танктері (максималды қосылу ұзақтығы 68 секунд). Сондықтан, 2010 жылы ұзақтығы кемінде 1000 секунд болатын атыс сынауларын өткізу үшін стендті жабдықтау туралы шешім қабылданды.
Жаңа жұмыс орны ретінде NRC RCP сынақ стендісі сәйкес көлемдегі оттегі-сутегі сұйық отынды зымыран қозғалтқыштарын сынау үшін қолданылды. Сынаққа дайындық кезінде жеті өрт сынағы кезінде бұрын жиналған елеулі тәжірибе ескерілді. 2010 жылдың маусымынан қыркүйегіне дейінгі кезеңде сұйық сутегінің стендтік жүйелері СТГ қолдану үшін тазартылды, орындыққа No2 С5.86 қозғалтқышы орнатылды, өлшеу, бақылау, апаттық қорғаныс жүйелерінің кешенді сынақтары. жану камерасындағы отын шығыны мен қысымның арақатынасын реттеу жүргізілді.
Орындық цистерналар жанармай құю цистернасының көлік цистернасынан отынмен толтырылды (көлемі - 16 тонна жанармай құюмен 56,4 м3), ССГ жанармай құю қондырғысы, оның ішінде жылу алмастырғыш, сүзгілер, өшіру клапандары, өлшеу құралдары. Резервуарларды толтыру аяқталғаннан кейін қозғалтқышқа отын компоненттерін жеткізуге арналған орындықтар салқындатылып, толтырылды.
Қозғалтқыш қалыпты іске қосылды және жұмыс істеді. Режимдегі өзгерістер басқару жүйесінің әсеріне сәйкес болды. 1100 секундтан бастап газ генераторы газының температурасы үнемі көтеріліп отырды, нәтижесінде қозғалтқышты тоқтату туралы шешім қабылданды. Өшіру 1160 секундта ешқандай ескертусіз орындалды. Температураның көтерілуінің себебі жану камерасының салқындату жолының шығыс коллекторының сынау кезінде пайда болуы - коллекторға орнатылған бітелген технологиялық саптаманың дәнекерленген тігісінің жарықшақтығы болды.
Жүргізілген өрт сынағының нәтижелерін талдау мынаны жасауға мүмкіндік берді:
- жұмыс процесінде қозғалтқыш параметрлері жанармай компоненттерінің шығыны (2,42 -ден 1 -ге - 3,03 -ке 1) және тартылуына (6311 - 7340 кгс) қатынасы әр түрлі комбинациялары бар режимдерде тұрақты болды;
-газ жолында қатты фазалық түзілімдердің жоқтығын және қозғалтқыштың сұйық жолында кокс шөгінділерінің жоқтығын растады;
- газды салқындатқыш ретінде пайдалану кезінде жану камерасын салқындатудың есептеу әдісін нақтылау үшін қажетті эксперименттік мәліметтер алынды;
- жану камерасының салқындатқыш каналының тұрақты жылу режиміне шығу динамикасы зерттелді;
-СТГ ерекшеліктерін ескере отырып, іске қосуды, бақылауды, реттеуді және басқа нәрселерді қамтамасыз ету үшін техникалық шешімдердің дұрыстығын растады;
-7,5 тф күші бар дамыған C5.86 қондырғы перспективалы жоғарғы сатылары мен жоғарғы сатыларында қозғалтқыш ретінде (жалғыз немесе аралас) қолданылуы мүмкін;
- ату сынақтарының оң нәтижелері ZhK + LNG отынымен жұмыс істейтін қозғалтқышты құру бойынша әрі қарай эксперименттердің орындылығын растады.
Кезекті өрт сынағында 2011 жылы қозғалтқыш екі рет қосылды. Бірінші өшіру алдында қозғалтқыш 162 секунд жұмыс істеді. Газ жолында қатты фаза түзілуінің жоқтығын және сұйық жолда кокс шөгінділерінің болуын растау үшін жүргізілген екінші іске қосу кезінде бір өлшемді қозғалтқыштың жұмысының рекордтық ұзақтығы - 2007 секундқа қол жеткізілді, сондай -ақ дроссельдің ықтималдығы расталды. Отын компоненттерінің сарқылуына байланысты сынақ тоқтатылды. Бұл қозғалтқыш экземплярының жалпы жұмыс уақыты 3389 секундты (төрт іске қосу) құрады. Жүргізілген ақауды анықтау қозғалтқыш жолдарында қатты фаза мен кокстың түзілуінің жоқтығын растады.
С5.86 No2 теориялық және эксперименттік жұмыстардың жиынтығы расталды:
- тұрақты сипаттамалардың сақталуын және тұтас фазаның іс жүзінде болмауын қамтамасыз ететін төмендететін генератор газының жануымен «ZhK + LNG» компоненттерінің отын жұбында қажетті өлшемді қозғалтқышты құрудың негізгі мүмкіндігі. қозғалтқыштың сұйық жолдарындағы газ жолдары мен кокс шөгінділері;
-қозғалтқышты бірнеше рет іске қосу және тоқтату мүмкіндігі;
-қозғалтқыштың ұзақ жұмыс істеу мүмкіндігі;
-СТГ және апаттық қорғаныс ерекшеліктерін ескере отырып, бірнеше рет іске қосуды, бақылауды, реттеуді қамтамасыз ету үшін қабылданған техникалық шешімдердің дұрыстығы;
-Ұзақ мерзімді тестілеу үшін NIC RCP мүмкіндіктері.
Сондай -ақ, NRC RCP -мен бірлесе отырып, үлкен көлемдегі СТГ тасымалдау, жанармай құю және термостаттау технологиясы жасалды және ұшу өнімдерін құю процедурасына іс жүзінде қолданылатын технологиялық шешімдер әзірленді.
Сұйытылған газ - қайта пайдалануға болатын жол
C5.86 No2 демонстраторлық қозғалтқыштың бөлшектері мен тораптары қаржыландырудың шектеулігіне байланысты тиісті дәрежеде оңтайландырылмағандықтан, бірқатар мәселелерді толық шешу мүмкін болмады, соның ішінде:
салқындатқыш ретінде СТГ термофизикалық қасиеттерін түсіндіру;
суды модельдеу және СТГ -да жұмыс істеу кезінде негізгі қондырғылардың сипаттамаларының конвергенциясын тексеру үшін қосымша мәліметтер алу;
жану камерасы мен газ генераторының салқындату жолдарын қоса алғанда, негізгі қондырғылардың сипаттамаларына табиғи газ құрамының ықтимал әсерін эксперименттік тексеру;
сұйық отынды зымыран қозғалтқыштарының сипаттамаларын жұмыс режимдерінің өзгеруінің кең ауқымында және бір реттік және бірнеше стартпен негізгі параметрлерді анықтау;
іске қосу кезінде динамикалық процестерді оңтайландыру.
Осы мәселелерді шешу үшін КБ Химмаш С5.86А No2А жетілдірілген қозғалтқышын шығарды, оның турбо сорғы қондырғысы бірінші рет іске қосу турбинасымен, жаңартылған негізгі турбинамен және жанармай сорғысымен жабдықталған. Жану камерасының салқындату жолы модернизацияланды және отын коэффициенті дроссель инесі қайта жасалды.
Қозғалтқыштың өрт сынағы 2013 жылдың 13 қыркүйегінде жүргізілді (СТГ метан құрамы - 94,6%). Сынақ бағдарламасы жалпы ұзақтығы 1500 секунд (1300 + 100 + 100) үш қосқышты қарастырды. Қозғалтқыштың режимде іске қосылуы мен жұмысы қалыпты түрде жүрді, бірақ 532 секундта апаттық қорғаныс жүйесі апаттық өшіру командасын шығарды. Апатқа тотықтырғыш сорғының ағу жолына бөгде металл бөлшегінің енуі себеп болды.
Апатқа қарамастан, С5.86А No2А ұзақ уақыт жұмыс істеді. Алғаш рет зымыран сатысының бір бөлігі ретінде пайдалануға арналған қозғалтқыш іске қосылды, ол іске қосылған схемаға сәйкес борттық қайта зарядталатын қысым аккумуляторын қолдана отырып іске қосылады. Берілген тарту режимі үшін тұрақты жұмыс режимі алынды және отын компоненттерін тұтынудың бұрын іске асырылған коэффициенті максимум. Отын компоненттерін тұтыну коэффициентін жоғарылатудың және арттырудың мүмкін резервтері анықталды.
Енді KB Khimmash жұмыс уақыты мен іске қосылу саны бойынша мүмкін болатын максималды ресурсты сынау үшін C5.86 жаңа көшірмесін дайындауды аяқтап жатыр. Бұл ZhK + LNG жанармайындағы нақты қозғалтқыштың прототипі болуы керек, ол ұшыру қондырғыларының жоғарғы сатыларына жаңа сапа береді және қайта пайдалануға болатын көлік жүйелеріне дем береді. Олардың көмегімен ғарыш тек зерттеушілер мен өнертапқыштар үшін ғана емес, мүмкін саяхатшылар үшін де қолжетімді болады.
