Введение описание назначения, устройства и работы icon

Введение описание назначения, устройства и работы


Скачать 100.02 Kb.
НазваниеВведение описание назначения, устройства и работы
страница1/2
Размер100.02 Kb.
ТипРеферат
  1   2



СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..…3

  1. ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ, УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА….……………………………....5

1.1. Назначение предохранительных клапанов………………….....6

1.2. Принцип действия предохранительного клапана………..……6

1.3. Конструктивные особенности ПК……………………………...9

1.4. Требования к предохранительным клапанам……………...…10

2. АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ

КЛАПАН ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ …………………....11

3. АНАЛИЗ НАРУШЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КЛАПАНА …..…….....13

^ 4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 15

5. ВЫБОР МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО

КОНТРОЛЯ 33

4.1. Контроль функционирования……………………….…...…...33

4.2. Масс-спектрометрический метод………………...……..........33

^ 6. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ

ИСПЫТАНИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО

КЛАПАНА ………………………………………………………………...37

6.1. УСЛОВИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

ИСПЫТАНИЙ.………………………………………………..37

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………….……38

ПРИЛОЖЕНИЕ А………………………………………………….……...….39

ПРИЛОЖЕНИЕ Б…………………………………………………….…….…40

ПРИЛОЖЕНИЕ В……………………………………………………………..41


ВВЕДЕНИЕ


Испытания пневмогидравлических систем являются важным этапом создания ракетно-космического комплекса. Этот этап является продолжением исследовательских и проектных работ и требует больших материальных затрат для создания и испытания опытных образцов. Специфика наземных испытаний опытных образцов в стендовых условиях требует их существенной доработки — создания дополнительных систем, обеспечивающих безаварийное проведение испытаний.

Все испытания в процессе создания объекта можно разбить на три стадии: наземные испытания, летные испытания и испытания в процессе серийного производства — партионные испытания.

Самый большой объем отработки занимают наземные испытания, к ним относятся:

—автономные испытания агрегатов;

—автономные испытания систем и подсистем (конструкторские и завершающие доводочные испытания);

—комплексные испытания.

До передачи изделий на летные испытания проводятся автономные испытания опытных образцов, которые по ГОСТ 16504-81 подразделяются на исследовательские и контрольные.

К исследовательским испытаниям относятся испытания на опытных образцах для изучения свойств и характеристик материалов, а также испытания на моделях и макетах. Эти испытания проводятся с целью поиска новых конструктивных и схемных решений и отработки технологических процессов изготовления.


Контрольные испытания опытных образцов в объеме наземной стендовой отработки подразделяются на 3 этапа:

  1. На 1 этапе испытаний, как правило, проводятся последовательно доводочные (исследовательские), предварительные и приемочные испытания.

  2. На 2 этапе НСО проводится автономная отработка отдельных панелей, блоков, установок и систем изделий.

  3. На 3 этапе НСО проводится комплексная отработка систем, сборок изделий.

Предварительные испытания опытных образцов проводятся с целью определения возможности их предъявления на приемочные испытания.

Приемочные испытания опытных образцов (объектов) являются зачетными и проводятся с целью решения вопроса об использовании их по назначению.

В данной работе представлены испытания штатной системы дренажа бака с дренажно-предохранительным клапаном (ДПК “О”) и результаты его работы в режиме предохранительного и дренажного клапана в условиях имитации снижения атмосферного давления.


Целью испытаний является исследование влияния конструктивных особенностей ДПК «О» на работу штатной системы дренажа при имитации снижения атмосферного давления.

Задачами испытаний являются:

1) определение изменения давления в баке при работе штатной системы дренажа при имитации понижения атмосферного давления;

2) определение давления в баке при работе ДПК в режиме предохранительного клапана при имитации понижения атмосферного давления.



  1. ^ ОПИСАНИЕ НАЗНАЧЕНИЯ, УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА

Характер работы силовой установки и режимы подачи рабочей среды во многом определяются работой агрегатов систем управления и регулирования, к числу которых относятся клапаны, воздействующие на количественные характеристики среды (скорость, давление, расход и т. д.).
Клапан – это запорно-регулирующая трубопроводная арматура, механическое устройство для пропускания, перекрытия или регулирования потока жидкости, пара или газа в трубопроводах. По существу, такое устройство представляет собой временное препятствие в трубе. Трубопроводная арматура находит широкое применение в разнообразных технических устройствах и системах с расходом рабочего тела.


Предохранительные и дренажные клапаны – устройства для автоматического снижения давления в замкнутых сосудах, когда оно достигает опасного предела. Между предохранительными и дренажными клапанами имеется определенное различие. Предохранительный клапан представляет собой специальный тип дренажного клапана с пружиной, который предназначен для мгновенного открытия, чтобы выпустить сразу большое количество пара или газа, а затем снова резко закрыться.

Дренажные клапаны используются для связи с атмосферой в системах с жидкостью, а предохранительные – в газовых и паровых системах высокого давления.

Дренажно-предохранительный клапан – клапан, предназначенный для ограничения давления в системе и срабатывающий от избыточного давления рабочего тела, снабженный устройством, обеспечивающим принудительное открытие клапана с целью дренажа системы.


1.1. Назначение предохранительных клапанов


Предохранительный клапан – клапан, предназначенный для ограничения давления в системе и срабатывающий от избыточного давления рабочего тела.

Предохранительные клапаны предотвращают повышение или понижение давления в системе за пределы установленных величин и обеспечивают движение среды в заданном направлении.

Они предназначены для ограничения возможности выхода давления в системе за заданные границы и являются одним из самых распространенных видов аппаратуры защиты и предохранения, отличающимся универсальностью применения и входящим в состав каждой пневмогидравлической системы жидкостной ракеты.

Предохранительные клапаны служат для выпуска из защищаемой системы, установки или сосуда избыточного объема рабочей среды, создающего повышенное давление, не предусмотренное нормальным ходом технологического процесса.


1.2. Принцип действия предохранительного клапана


Принцип действия клапанов, применяемых в пневмо- и гидросистемах, основан на уравновешивании внешней силой (пружиной) давления среды, действующего на клапан, который под действием этой силы перекрывает проходное сечение. При проектировании и выборе размеров клапана площадь проходного его сечения должна быть такой, чтобы пропустить заданный расход среды при определенных давлениях до и после клапана, при этом на клапан накладывается ограничение по обеспечению стабильного давления в системе для различных расходов среды.

Работа предохранительного клапана определяется его расходной характеристикой, представляющей зависимость давления в системе от расхода через клапан. На рис. 1 связь между расходом G и давлением р при подъеме клапана над седлом (при увеличении расхода) выражается кривой а и при посадке клапана на седло (при понижении расхода) — кривой б. Причем давление р.н.о, соответствующее началу открытия клапана при повышении давления, выше значения р.су при котором клапан садится на седло в процессе снижения давления. Разница в давлении определяет гистерезис, причинами которого являются, в основном, жесткость пружины и трение подвижных деталей, а также изменения на переходных режимах действующих на запорный орган сил давления среды, в том числе сил инерции и сил гидродинамического происхождения.




^ Рис.1 Расходная характеристика предохранительного клапана


Наиболее широкое распространение в пневмогидравлических системах получили предохранительные клапаны, запорный орган которых выполнен в виде тарели, прижатой к седлу упругим элементом (пружиной). Такие клапаны довольно просты по конструкции и герметичность их определяется лишь силой пружины, прижимающей клапан к седлу(Рис 2.).


^ Рис.2 Схема тарельчатых

низкоподъемных клапанов:

а – прямого действия,

б – обратного действия


Герметичность может быть повышена выполнением клапана по схеме обратного действия (рис. 2.б). Если давление в системе не превышает заданного, определяемого усилием пружины 3, то клапан прижат к седлу. При повышении давления в системе на сильфон 4 начинает воздействовать сила, направленная в сторону открытия, величина которой определяется разностью эффективных площадей сильфона и тарели клапана 2. Движение тарели при открытии происходит в направлении, противоположном потоку газа через клапан. Такие клапаны сложнее агрегатов прямого действия и требуют применения пружин с большим усилием затяжки.

Особенностью и достоинством низкоподъемных клапанов является возможность получения пропорциональной зависимости расхода от давления при подъеме тарели над седлом. Высокоподъемные предохранительные клапаны, как правило, применяют при относительно большом расходе среды и там, где можно допустить различие в давлениях открытия и закрытия клапана.

Для предотвращения обратного перетекания среды и обеспечения герметичности при отсутствии движения в магистралях по течению среды устанавливают предохранительные агрегаты, называемые обратными клапанами. Основными элементами любого обратного клапана являются корпус с седлом 1, запирающее устройство — тарель 2, пружина 3 (рис. 3.) Так как обратный клапан установлен непосредственно в движущейся среде, то при определении потерь напора в магистрали от источника до потребителя необходимо учитывать и потери давления Ар на обратном клапане, которые зависят от конструкции агрегата и могут составлять значительную часть от полных потерь давления по магистрали.




Рис.3 Обратный клапан:

1 – кожух; 2 - седло; 3 – пружина

    1. Конструктивные особенности ПК


Предохранительный клапан должен иметь давление посадки тарелки на седло, по возможности близкое к давлению открытия и герметичное перекрытие седла, в противном случае будут иметь место непроизводительные потери среды, оказывающие существенное влияние на экономичность работы обслуживаемого объекта. При проектировании полноподъемных предохранительных кла­панов достаточное внимание следует уделять согласованию на­грузок и жесткости пружин с подъемными силами, а также выбору оптимальной ширины седла. Она должна быть такой, чтобы уплотнительные кольца обеспечивали достаточные для герметизации контактные давления в рабочих условиях, но не деформирова­лись под действием усилия пружины.

Запорный орган предохранительного клапана находится в закрытом по­ложении пока усилие от давления рабочей среды меньше усилия, создавае­мого грузом или пружи­ной. С повышением давле­ния рабочая среда, дейст­вуя на тарелку, создает подъемную силу, превы­шающую силу прижатия, и клапан начинает откры­ваться. Характер переме­щения тарелки зависит от конструкции, силовой ха­рактеристики клапана и свойств рабочей среды (газ, жидкость). Свойства газа (пара) позволяют создавать полноподъемные предохрани­тельные клапаны двухпозиционного действия, которые при по­вышении давления открываются сразу на полный ход. Однако этим свойством они обладают только при работе на газообразной среде. При работе на несжимаемой среде (жидкости) эти клапаны работают как обычные малоподъемные, у которых высота подъе­ма тарелки зависит от значения действующего давления Рд в рассматриваемый момент времени и его превышения над дав­лением настройки Рн – давлением, создаваемым под действием усилия прижатия тарелки, отнесенного к площади седла.


^ 1.4.Требования к предохранительным клапанам


К предохранительным клапанам предъявляется ряд требований, основными из которых являются: обеспечение в открытом положении требуемой пропускной способности; надежная конструкция; безотказная работа – открытие и закрытие при уста­вленных значениях давления полного открытия и давления закрытия, которые должны быть по возможности близкими друг к другу; герметичность перекрытого запорного органа при действии давления среды; сохранение работоспособности в течение заданного срока  службы и при больших перерывах между циклами срабатывания.

Недостатком полноподъемных предохранительных клапанов является их неустойчивая работа в системах с переменным ава­рийным расходом. Они устойчиво работают только тогда, когда аварийный расход в системе имеет постоянное значение и равен пропускной способности клапана. Если аварийный расход среды в системе станет меньше, чем при полном открытии клапана, возникнут автоколебания узла подвижных деталей.



  1. ^ АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ НА

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ


Пневмогидравлическая система (далее ПГС) на различных этапах изготовления проходит гидравлические и пневматические испытания. Гидравлические и пневматические испытания проводятся с целью определения соответствия прочности и герметичности ПГС или их составных частей требованиям, излагаемым в технической документации. Обычно гидравлическим испытаниям на прочность подвергаются отдельные агрегаты или трубопроводы после их сборки в цехах-изготовителях (баки, трубопроводы, клапаны и т. п.). После монтажа пневмогидравлической системы на изделии проводятся пневмоиспытания на герметичность, а также комплексные испытания, при которых проверяется функционирование агрегатов многоразового действия (электро- и пневмоклапаны, дренажно-предохранительные клапаны, реле давления и т. п.) по заданной циклограмме.

Эксплуатационные факторы (приложение 3) подразделяются на внешние (механические и климатические воздействия) и внутренние (старение, изнашивание, воздействие рабочей среды, режим работы)

Из механических воздействий наиболее опасны вибрационные и ударные нагрузки. Наличие в агрегатах пружин, сильфонов, мембран и других упругих элементов приводит к тому, что при вибрации возможны колебания подвижных узлов и деталей. При определенных частотах может произойти отрыв запорного органа от седла и разгерметизация затвора. Опыт эксплуатации показывает, что как при продольной, так и при поперечной вибрации подпружиненные КУ имеют ряд областей разгерметизации, по частоте соответствующих резонансным частотам. Действие ударных нагрузок может вызвать затухающие колебания подвижных узлов и деталей.

На работоспособность и надежность пневмогидроагрегатов влияют климатические условия. Влияние температуры приводит к изменению линейных размеров деталей, физико-химических и механических свойств различных материалов.

В таблице 3.1 приведены основные изменения, происходящие под действием эксплуатационных факторов в элементах затворов, обобщенные по результатам экспериментальной отработки и эксплуатации клапанов.

При испытаниях на предохранительный клапан действуют следующие основные эксплуатационные факторы:

  • влияние изменение перепада давления на самом клапане;

  • влияние отличия среды испытаний от реальной среды, в которой будет использоваться объект (в режиме испытаний используется воздух, а не горючее);

  • влияние имитации пониженного атмосферного давления в испытательной установке




  1. ^ АНАЛИЗ НАРУШЕНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

КЛАПАНА


Дефект (по ГОСТ 27.002-89) – каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

Отказ — событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

К дренажно-предохранительным клапанам предъявляется ряд требований, основными из которых являются: обеспечение в открытом положении требуемой пропускной способности; надежная конструкция; безотказная работа - открытие и закрытие при уста­вленных значениях давления полного открытия и давления закрытия; герметичность перекрытого запорного органа при действии давления среды; сохранение работоспособности в течении заданного срока службы и при больших перерывах между циклами срабатывания.

Основными дефектом, возникающим в результате эксплуатации дренажной системы бака с дренажно-предохранительным клапаном, который следует выделить, является нарушение герметичности клапана. Он наиболее существенен среди всех дефектов, которые могут возникнуть.

Герметичность — свойство деталей, сборочных единиц и изделий не пропускать рабочее вещество и вещества окружающей среды через соединения или материал конструкции в количествах, нарушающих работоспособность изделия или оказывающих недопустимо вредное воздействие на обслуживающий персонал. Создание абсолютно герметичных технических систем – задача нереальная.

Общая негерметичность системы, так же как и негерметичность отдельной детали, сборочной единицы или соединения характеризуется объемным или весовыми количествами вытекающих жидкостей, газов в течение заданного времени при определенных условиях.

Утечка – проникновение вещества из герметизированного изделия через течь под действием перепада полного или парциального давления.

Течь – канал или пористый участок изделия или его элементов, нарушающий их герметичность.

Степень герметичности — параметр, количественно характеризующий возможные утечки рабочих веществ. Степень герметичности изделия или отдельной детали назначается конструктором, исходя из условия обеспечения их работоспособности. Чем выше степень герметичности, тем меньше ее численная величина.

Степень негерметичности – характеристика герметизированного изделия, определяемая суммарным расходом вещества через его течи.

Объект испытаний считается герметичным, если при контроле герметичности с чувствительностью выше или равной заданной степени герметичности утечка из контролируемого объекта не обнаруживается или обнаруженная утечка меньше заданной в технических условиях на проверку.



  1. ^ РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

4.2. Расчет расхода газа через клапан


Если клапан (см. приложение 3) открыт и пропускает газ с постоян­ным расходом в щели между тарелью 2 и седлом 1, то такой ре­жим течения называется стационарным. Массовый секундный расход газа через щель между тарелью и седлом, площадь которой Fc, можно получить из уравнения Бернулли для газа. При этом считают, что характер течения газа в дроссельных щелях турбу­лентный, а термодинамический процесс — адиабатический, так как скорость течения газа велика, а размеры щели малы и теплообмен между газом и стенками щели практически не происходит. В этом случае уравнение Бернулли будет иметь вид как и для отверстия (когда l/d≈O) или жиклера (l/d≤ 2…3), причем скорость v1 на входе в дроссельную щель принимают равной нулю:



(1.1)

где v2 — скорость газа после дросселя; р2 и р1 — давление газа после дросселя и перед ним; ρ2 и ρ1 — плотность газа после дрос­селя и перед дросселем;  ξ— коэффициент местного сопротивления.

Решим уравнение (1.1) относительно v2:




(1.2)



Учитывая известную зависимость для адиабатического процесса





(1.4)



а также уравнение состояния газа в виде p11RT1, подставляем их в выражение для v2, и тогда






(1.5)

Массовый секундный расход газа G=v2ρ2Fс можно рассчитать по следующей формуле для докритического расхода, когда p2/p1≤ 0,528:





где  μ=1/√(1+ξ) - коэффициент расхода.

Наличие критических и закритических течений представляет характерную особенность газовых потоков. Объясняются эти явле­ния тем, что молекулы газа находятся в непрерывном движении, причем при комнатной температуре скорость движения молекул для воздуха и азота может составлять 400-500 м/с соответствен­но. Эта скорость называется также скоростью звука в газе. Если скорость движения газа станет соизмеримой со скоростью движе­ния молекул (скоростью звука), тогда происходит так называемое «запирание» потока, а скорость потока, равная местной скорости звука, в этом случае называется критической и является макси­мальной при данных условиях.

Для получения потока, имеющего скорость большую, чем кри­тическая, необходимы специальные устройства или средства, на­пример, трубы (щели) с изменяющейся геометрией (сопла типа Лаваля, кольцевые сопла), подвод тепла и т. д.

Если уменьшить давление р2 после дроссельной щели, а давле­ние p1 оставить постоянным, то массовый расход газа вначале бу­дет возрастать, а потом при достижении критической скорости становится постоянным и остается постоянным при дальнейшем уменьшении давления р2. Критическому перепаду ркр=(p2/p1)кр соответствует критическая скорость.

Из выражения (1.6) следует, что зависимость относительного расходаG=G/Gкp от отношения давлений p2/p1 при изменении р2и постоянном p1 представляет собой параболу, однако левая ветвь параболы не отвечает физике явления.

Формула для закритических течений получается из формулы (1.6) при подстановке значений p′. Для нахождения ркр продиф­ференцируем по p=p2/p1 выражение, стоящее в квадратных скоб­ках формулы (1.6), и приравняем результат к нулю:


(1.7)


Решая последнее уравнение относительно р′, находим


(1.8)


при котором расход достигает максимального значения Gкp. Для воздуха k=1,4, тогда p′кр=0,528.

Формула расхода для закритического течения получается из формулы (1.6) при подстановке вместо р′ значения ркр:






Зависимости (1.6) и (1.9) носят название формул Сен-Венана —Ванцеля.


4.2. Уравнение движения тарели клапана


Рассмотрим силы, действующие на тарель клапана. Ось X на­правим по оси штока, причем начало координат О возьмем на плоскости, проходящей через седло клапана (см. приложение 3).

Основными силами, действующими на тарель клапана, являют­ся:

  • сила давления газа на тарель, так называемая аэродинамичес­кая сила Раэр ;

  • сила сжатой пружины Рпр;

  • сила трения Ртр;

  • сила неупругого сопротивления упругих элементов Рн.с;

  • вес (сила тяжести) всех подвижных частей в проекции на ось X, ΣPg;

  • сила инерции тарели Pи

Уравнение равновесия тарели клапана в данном случае выгля­дит следующим образом:


Pи = Раэр - Рпр - Ртр - Рн.с ± ΣPg. (2.1)


Рассмотрим эти силы.

Аэродинамическая сила — равнодействующая сил давления рабочей среды на тарель клапана с обеих сторон:

Раэр = Ртр + Ртр — Ртр , (2.2)


где Рс — сила, действующая на тарель клапана по площади седла


Fс = (π/4) dc2 (2.3)

Pщ сила давления газа в щели, т. е. сила, действующая на кольцевой площади Fщ=(π/4)(dт2 dс2); Рт — сила, действующая на тарель по оси X и препятствующая открытию клапана.

Так как законы распределения давлений в щели и на тарели мало изучены, то аэродинамические силы определяют обычно экс­периментальным путем. Отличие действительной величины Раэр от величины, рассчитанной по формуле


P'aэp = Fc (p1-p2), (2.4)


учитывается коэффициентом подъемной силы φ:


Paэp = φFc (p-pа). (2.5)


Величина аэродинамической силы зависит от формы тарели клапа­на, хода клапана, отношения давлений до клапана и за ним, диа­метра седла и т. д.

Сила сжатой пружины и других упругих элементов клапана определяется, как известно, силой предварительной за­тяжки Рпр0 и приведенной жесткостью С всех упругих элементов:


Рпрпр0+Сх. (2.6)


В случае параллельного соединения упругих элементов и одно­временного их нагружения приведенная жесткость равняется сум­ме жесткостей отдельных составляющих. При последовательном соединении жесткость определится по формуле


(2.7)


Силу трения в общем случае можно представить как сум­му сил трения покоя Pтp1, сухого Ртр2 и вязкого трения Ртр3 и тре­ния, пропорционального квадрату скорости Ртр4. Сила трения покоя влияет в основном на задержку открытия и закрытия кла­пана, так как проявляется при очень малых скоростях.

Направление силы сухого трения определяется скоростью дви­жения контактирующих пар манжета — шток относительно друг- друга. Величина силы сухого трения зависит от величины силы, нормальной к трущимся поверхностям, и коэффициента трения f, который зависит, в свою очередь, от скорости скольжения. При dx/dτ ≠0

Ртр2 = Ртр.п sign x’ = ±f (No+Fp), (2.8)


где N0 — нормальное усилие натяга между манжетой и штоком: F — площадь контакта манжеты со штоком; Ртр.п — сила трения покоя.


Сила вязкого трения определяется по формуле


Pтр3 = η (F/ δ) x’, (2.9)


где η — коэффициент динамической вязкости; F — площадь по­верхности трения; δ — радиальный зазор в трущейся паре; х’ — скорость движения деталей.

С повышением температуры сила вязкого трения падает и при рабочих температурах клапанов пренебрежимо мала.

Сила неупругого сопротивления упругих элемен­тов (пружины, сильфона, мембран) снижает амплитуду колебаний и при свободных колебаниях является основной силой, останавливающей колебания. Внутреннее неупругое сопротивление вызывает явление гистерезиса в упругих элементах, возникающее вследствие некоторого несоответствия характеристик материала закону Гука, что и приводит к различию кривых нагрузки и разгрузки. При рас­четах клапанов силой неупругого сопротивления пренебрегают.


Вес подвижных деталей


ΣPg=mg (2.10)


где m— масса всех движущихся частей; для пружин принимается приведенная масса m’пр = ξmпр (ξ - коэффициент приведения, зави­сящий от конструкции пружины).

Сила инерции тарели определяется по формуле


Pи = m (d2x/dτ2) (2.11)


Исходя из зависимостей (2. 5) — (2.11) получаем уравнение дви­жения тарели клапана:


(2.12)




^ 4.3. Работа предохранительного клапана при наддуве

топливного бака


При открытии предохранительного клапана давление газа над­дува в баке (рисунок 4.1) изменяется по некоторому закону, который определяется, с одной стороны, приходом газа в бак, например от жидкостного газогенератора (ЖГГ), а с другой, — расходом ком­понента из бака в двигатель. Уравнение изменения параметров га­за в баке подчиняется первому закону термодинамики для пере­менного количества газа:







где V — объем газовой подушки в баке; k — показатель адиабаты газа наддува; i' и G' — удельная энтальпия и расход газа, посту­пающего в бак, соответственно; i и G удельная энтальпия и мас­совый секундный расход газа, уходящего из бака через ПК соот­ветственно; Q —количество тепла, вносимое в бак при наддуве; в дальнейшем будем считать Q=0, что не вносит существенной ошиб­ки в расчеты.

Очевидно, что i=i'. Расход газа в бак бу­дем считать известной функцией времени, т. е. G'=G'(π).

Так как в общем случае для определения G' необходимо решать систему уравнений, опи­сывающих работу ЖГГ, системы подачи и т. п., что не входит в нашу задачу, расход ком­понента из бака также будем считать извест­ной функцией времени, но не зависящей от давления в баке, т.е. Gб=Gб(π)

Если время переходного процесса незначи­тельно, чего и следует ожидать, то Gб можно считать постоянной величиной. В этом случае из зависимости

Gб = ρТ (dV/dτ)

(3.2)


можно получить уравнение изменения объема газовой подушки бака





(3.3)



где Vo — объем газовой подушки в момент времени τ=0; ρТ — плотность топлива.

Расход газа из бака G через клапан при критическом перепаде давлений определяется формулой (1.9), где проходную площадь F клапана для различных типов клапанов с до­статочной точностью можно найти из выра­жения:






(3.4)

Полученные зависимости позволяют уравнение изменения парамет­ров газа в баке записать так:


(3.5)


где μ — коэффициент расхода, являющийся функцией хода тарели x и давления р:





(3.6)

Для определения температуры, входящей в уравнение (1.5), не­обходимо добавить уравнения состояния газа и нестационарной термодинамики








Для определения перемещения тарели x; воспользуемся уравнением (2.12), где

φ=φ(x, p) (3.9)


Система восьми уравнений (1.9), (2.12), (3.3), (3.5) — (3.9) имеет восемь переменных величин (р, ρ, T, G, х, μ, φ, V) и в об­щем случае трудноразрешима.

Для упрощения решения будем считать, что в период открытия клапана процесс в газовой подушке бака изотермический. Тогда указанные выше уравнения можно преобразовать следующим об­разом:


(3.10)


(3.11)




Проинтегрируем уравнение (3.10) при фиксированном ходе х и (3.11) при фиксированном р. В этом случае дифференциальное уравнение (3.10) будет иметь следующий вид:


(3.12)


где

Полагая, что y=b1xp', получаем уравнение с разделяющимися переменными y'=b1x-1 f(b1), откуда имеем:


(3.13)


или, с учетом описанных выше замен:


(3.14)


Решаем уравнение (3.11) при p'=const. Полагая, что dx'/dτ=w', получаем уравнение с разделяющимися переменными


(3.15)

где ε5р—В6. После преобразования получаем:


(3.16)


На рис. 3.3 представлен график зависимости p'=f(τ) при В1=7•104; В2 = 9 •104 с-1; В3=1,25•103 с-1; В4=10,5 с-1; B5=7,2•104 с-2; B6= 2,4•104 с-2; B7 = 2•104 с-2; B8 = 2•102 с-2. График позволяет рассчитать давление в топливном баке ракеты в пери­од открытия предохранительного клапана. Задаемся интер­валом времени Δτ, в течение которого p'=const, а по гра­фику (рисунок 1.2) определяем при этом давлении на какую вели­чину откроется клапан за вре­мя Δτ. Затем, принимая вели­чину полученного хода посто­янной, из графика p'=p'(τ) оп­ределяем давление в баке че­рез следующий отрезок време­ни и т.д. При полностью от­крытом клапане для определе­ния p' достаточно формулы (3. 14). Если же за время срабатывания клапана давление в баке меняется незначительно, то для расчета функции х''(τ), очевидно, необходимо использовать формулу (3. 16).





Рисунок 1.1 – Схема наддува топливного бака рабочим телом от ЖГГ с установленном на баке предохранительным клапаном




Рисунок 1.2 Зависимость относительного давления в баке от времени

    1. Критическое отношение давлений



Теоретическое значение критического отношения давлений

p′кр= 0,528, при котором наступает наибольший расход воздуха Gкр, соответствует в основном только соплам типа Лаваля. Для других форм каналов, отверстий и щелей критический режим тече­ния устанавливается при отношениях давлений, не совпадающих с теоретическими данными, т.е. величина p′кр определяется формой отверстия, через которое течет газ.

Например, для диафрагм, представляющих собой диск с отвер­стием, имеющим острую кромку на стороне входа газа, критичес­кое отношение давлений (p′кр)д составляет 0,037. Для отверстий, у которых d=l,критическое отношение давлений устанавливают при (p′кр)отв=0,13 для воздуха и (p′кр)отв= 0,27 для перегретого водя­ного пара, тогда как максимальный расход для сопел устанавли­вается при критическом отношении давлений, равном соответст­венно 0,528 и 0,546.

Иногда такие значения pкр называют вторым критичес­ким отношением давлений. Объясняются эти особенно­сти тем, что в узких сечениях критическая скорость устанавлива­йся не по всему сечению. Расход газа не достигает максимального значения и продолжает увеличиваться при снижении отношений давления до тех пор, пока зона критических скоростей стабилизи­руется.

В клапанах характер истечения газа существенно отличается от истечения в сопле типа Лаваля и диафрагме. Дроссельная щель в клапанах чаще всего представляет собой кольцевое непрофилированное тарельчатое сопло, т.е. сопло, перекрытое на выходе за­слонкой (тарелью) или другим замыкающим органом (конусом, шаром, иглой и т. д.). Течение газа в щели усложнено наличием поворотов, завихрений, скачков уплотнения, волн разрежения и т. д. В связи с этим значения критического отношения давлений в кла­панах являются по существу эмпирическими величинами.

Так для предохранительных полноподъемных клапанов, рабо­тающих на воздухе, рекомендуется принимать p′кр=0,3; для регулирующих клапанов с коническим уплотнением клапана по седлу p′кр= 0,48 ... 0,49. Поскольку геометрически проточная часть клапанов представляет как бы промежуточное положение между диафрагмой и соплом Лаваля, можно предположить, что и значе­ние критического отношения давлений для клапанов (p′кр)кл также находится между его значениями для диафрагмы (p′кр)д и сопла (p′кр):





Далее приведем пример исследования критического отношения дав­лений среднеподъемных клапанов (h/dc<0,25) с осесимметричным обтеканием тарели клапана. Схема экспериментальной установки показана на (рисунок 4.1). Воздух от стенда через жиклер 1 подается в емкость 2, на которой устанавливается модель среднеподъемного клапана 3. Давление воздуха в емкости 2 поддерживается по­стоянным, а давление на выходе из клапана изменяется с по­мощью регулировочного вентиля 4. Текущий расход воздуха G из­меряется с помощью жиклера 1. Теоретический расход воздуха G, через клапан рассчитывается по формуле (1.6) при μ=1. Резуль­таты эксперимента представлены на (рисунок 4.2) в виде зависимости (p′кр)кл= p32 от G = G/Gt.

Как видно из графика, максимальное значение расхода через средне-подъемный клапан достигается при критическом отношении давлений (p′кр)кл≈0,5.

При продувке клапанов с изменением давления воздуха за клапаном (рисунок 4.1) оказывается довольно затруднительным фиксировать давления, при которых докритический расход газа переходит в закритический. Разброс значений p′кр составлял более 40% по отношению к (p′кр)с = 0,528. Аналогичный разброс значений ркр можно видеть на графике кривой 1 (рисунок 4.2). Учитывая затруднения, связанные с разбро­сом данных по (p′кр)кл, были проведены продувки клапанов с из­менением давления воздуха на входе и сохранением постоянного давления на выходе из клапана.

Первоначально устанавливался закритический режим течения газа. Для этого быстро поднимали давление в емкости 2 (рисунок 4.1) и затем постепенно его уменьшали до атмосферного. Пос­ле этих продувок снова давление в емкости 2 плавно поднимали до максимальных значений. Строились графики G=f(p′). При рас­смотренной методике продувки клапанов легко определить точки перехода нелинейной (докритической) характеристики в линейную (закритическую). Данные совпадали друг с другом как при бы­стром подъеме давления в емкости 2 и медленном спаде, так и при плавном нарастании давления. На рисунке 4.2 точки перехода докритических характеристик в закритические, представляют харак­терные точки, в которых отношение давлений достигает критичес­кого значения. Для полноподъемных клапанов (p′кр)кл=0,3 и среднеподъемных (p′кр)кл≈0,5; такое расхождение можно объяснить разностью методик эксперимента, а также отличием проточных ча­стей исследуемых моделей.

С изменением показателя адиабаты k изменяется и критичес­кое отношение давлений p′кр.

Для различных проточных частей это влияние на p′кр будет очевидно одинаковым. Тогда можно приближенно, но достаточно точно, для полноподъ­емных и среднеподъемных клапанов определить p′кр по следующим эмпирическим формулам:

  • для среднеподъемных клапанов (pкр)кл = 0,945(pкр)с;

  • для полноподъемных (p′кр)кл = 0,57(pкр)с.





Рис. 4.1 (слева). Схема экспериментальной установки для исследования критического от­ношения давлений в клапанах



Рис. 4.2 (справа). Зависимость от (p′кр)кл относительных расходов воздуха:

1 — для полноподъемного клапана; 2 — для сошла Лаваля с сечением, равным проходной площади клапана 1; 3, 4для малоподъемных клапанов, имеющих h/dc=0,09 (—Δ—); h/dc=0,08 (—О—); h/dc=0,03(—x—);

——— докритический режим течения; — — — закритический режим.



  1. ^ ВЫБОР МЕТОДОВ

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ


Отталкиваясь от данных, полученных в результате анализа эксплуатационных факторов, воздействующих на ПК, в данной квалификационной работе считаю необходимым уделить внимание четырем основным видам контроля работы ПК, а именно:

  • Контроль функционирования;

  • Контроль герметичности;

  • Контроль виброустойчивости;

  • Контроль стойкости в экстремальных климатических

условиях.


5.1. Контроль функционирования


Контроль функционирования клапана можно осуществить путем сравнения времени достижения давления открытия и времени срабатывания клапана. Для этого измеряется давление срабатывания ПК с помощью штатных или технологических датчиков (деформационных датчиков давления, тензорезисторов и др.), которые присоединяются к информационно-измерительной системе (ИИС) стенда

Также можно осуществить контроль фиксации моментов и времени или продолжительности срабатывания клапана. Для этого используются штатные сигнальные лампы, электросекундомеры, концевые выключатели.

При контроле времени срабатывания ДПК применяется технологический мембранный датчик, который отрегулирован на допустимое предельное давление рабочего вещества в гидросистеме. К датчику подключается ИИС стенда.

  1   2

Похожие:

Введение описание назначения, устройства и работы iconВведение описание назначения, устройства и работы
Специфика наземных испытаний опытных образцов в стендовых условиях требует их существенной доработки — создания дополнительных систем,...
Введение описание назначения, устройства и работы iconКонтрольная работа Курс «Hardware»
Устройства ввода данных. Устройства вывода информации. Коммуникационные устройства
Введение описание назначения, устройства и работы iconПериферийные устройства Устройство компьютера
...
Введение описание назначения, устройства и работы iconИнформация об участнике
Краткое описание работы (пояснительная записка и описание в соответствии с критериями оценки (Приложение №3)
Введение описание назначения, устройства и работы iconВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 2 Глава 1. ОПИСАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ............................................................... 4

Введение описание назначения, устройства и работы iconВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ 3 Глава 1. ОПИСАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЯ............................................................... 6

Введение описание назначения, устройства и работы icon7 Изучение структуры ip-адреса Цель работы
Цель работы: изучение принципов адресации в сетях tcp/ip и приобретение практических навыков применения и назначения ip-адресов с...
Введение описание назначения, устройства и работы icon2. 3 Экономический расчет
Программное обеспечение выполнено для расчета конкурентоспособности предприятия, для облегчения расчетов и документации. Также необходимо...
Введение описание назначения, устройства и работы iconВведение Устройства автоматики и телемеханики служат для регулирования
Кроме того, каждые 100 км пути высвобождаются 45 55 чел. Внедрение средств комплексной механизации и автоматизации производственных...
Введение описание назначения, устройства и работы iconУстройство процессора и его назначение Описание и назначение процессоров
На самом деле то, что мы сегодня называем процессором, правильно называть микропроцессором. Разница есть и определяется видом устройства...
Введение описание назначения, устройства и работы iconМетодические рекомендации по написанию проекта. Проект должен включать в себя, как правило
Введение, которое дает анализ, разъяснение актуальности и новизны, указание сферы применения, функционального назначения, выявление...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы