530 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
этого катализатора весовое соотношение водных растворов пере
киси водорода и перманганата натрия должно быть в пределах— 12—26. В существующих ПГГ расход жидкого катализатора составляет около 7—8% от расхода 80 %-ной перекиси водо рода.
Корродирующее действие на алюминиевые элементы турбины двигателя едкого натра, образующегося в процессе химического взаимодействия перекиси водорода с перманганатом натрия, не значительно. Менее агрессивны к металлам гидриды окисей каль ция и бария, что видно из сравнения растворимостей этих веществ Однако малая растворимость их является, с другой стороны, боль шим недостатком, так как турбина двигателя засоряется продук тами МпО2, Ва(ОН)2 и Са(ОН)2.
Это обстоятельство является одной из причин, заставивших
конструкторов двигателей отказаться от применения жидкого ка тализатора перекиси водорода в системах топливоподачи ЖРД и разработать ПГГ с твердым катализатором.
Перекисеводородный парогазогенератор с жидким катализато ром представляет собой систему (см. фиг. 10.4), состоящую из ре актора (камеры смешения), бака для перекиси водорода и бака для перманганата натрия, баллона сжатого азота для вытеснения из баков в реактор рабочих компонентов, редуктора давления, до зирующих контрольных клапанов, трубопроводов и других мелких
элементов.
Водные растворы перекиси водорода и перманганата натрия под давлением газа в их баках впрыскиваются через специальные струйные форсунки в реактор ПГГ, где смешиваются между собой
и вступают в химическую реакцию, в результате которой образуется парогаз заданных параметров.
Расчет перекисеводородного парогазогенератора с жидким ка тализатором в основном сводится к определению:
1) состава и параметров получаемого парогаза при заданном давлении в реакторе и выбранной рецептуре рабочих компо нентов;
2) основных геометрических размеров камеры парогазогенера тора (реактора) и автоматики, включая и коммуникации.
Конструкция и объем реактора должны обеспечивать достаточ ное перемешивание компонентов и возможно быстрое их взаимо действие, а автоматика парогазогенератора — стабильность задан ных режимов работы. Соотношение длины цилиндрического реак тора к его диаметру в существующих конструкциях ПГГ не пре вышает 2.
Так как диссоциация продуктов разложения перекиси при тех температурах, которые имеют место в реакторе, отсутствует, то па рогаз состоит из паров воды и газообразного кислорода (если пре небречь относительно небольшим содержанием образующихся твердых продуктов).
532 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД
что в сумме составляет
Опг=Он2о + Gq2 + Омпо2 + Оыаон кг/сек,
где Опер и дкат— секундные расходы в парогазогенератор соответ
ственно перекиси водорода и перманганата нат рия;
Опер и <гкат— весовые концентрации в водных растворах перекиси водорода и перманганата натрия.
На фиг. 10. 15 приведены результаты термохимического расчета состава парогаза при секундных расходах перекиси водорода
80%-ной весовой концентрации аПеР=2,035 кг/сек и перманганата натрия 28 %-ной весовой концентрации 6ка1г=0,165 кг/сек.
Фиг. 10. 15. Результаты расчета продуктов разложения перекиси водо
рода 80%-ной весовой концентрации с перманганатом натрия 28%-ной концентрации.
Расчеты показывают, что разные концентрации перманганата натрия и весовые соотношения его с перекисью водорода незначи тельно влияют на состав получаемого парогаза, что объясняется небольшим удельным весом реакции (10.54) в процессе образова ния парогаза. Состав парогаза определяется в основном заданной концентрацией перекиси водорода.
При технических расчетах содержанием в парогазе перекиси марганца и едкого натра обычно пренебрегают из-за малых их количеств.
В табл. 10.2 приведены средние значения весового и объемно го состава парогаза при разных весовых концентрациях перекиси водорода и перманганата натрия в водных растворах.
§ 7. Расчет перекисеводородных парогазогенераторов |
533 |
|
|
|
|
|
Таблица 10.2 |
Состав |
|
|
°пер % |
|
|
парогаза |
70 |
75 |
80 |
85 |
90 |
% |
|||||
£н,0 |
68,2 |
65,9 |
63,6 |
61,4 |
59,1 |
£о, |
31,8 |
34,1 |
36,4 |
38,6 |
40,9 |
ГН2О |
79,0 |
77,3 |
75,5 |
73,7 |
71,8 |
'о, |
21,0 |
22,7 |
24,5 . |
26,3 |
28,2 |
Получаемый в ПГГ парогаз характеризуется давлением, темпе |
|||||
ратурой и |
теплосодержанием. |
|
|
|
|
При расчетах давлением в реакторе парогазогенератора обыч но задаются, а температуру и теплосодержание парогаза опреде ляют на основании уравнения теплового баланса разложения пе рекиси водорода с заданным жидким катализатором. Температура получаемого парогаза зависит от:
1)давления в реакторе парогазогенератора;
2)физико-химических свойств рабочих компонентов (реаген
тов) ;
3)коэффициентов концентрации этих компонентов в водных растворах;
4)весового соотношения рабочих компонентов.
Если пренебречь небольшим количеством тепла, идущим на нагревание твердых продуктов NaOH и МпОг, то теоретическую температуру парогаза (в предположении полной реакции разло жения перекиси водорода и отсутствия потерь тепла в окружаю щую среду) можно определить из следующего уравнения баланса тепла:
[■Мн2О (рСр)н2О + Mo2 (Р-Ср)о2] ^пг.т= Рвыд»
т. е.
|
tпг.т = |
Свыд |
°C, |
(10.58) |
|
^н2о (^C/OhjO +7Мо2 (нСр)о2 |
|
|
|
GH,0 |
Go |
|
|
|
где Л4н2о = |
и Л7О2 =---о,-—число кмолей соответственно во- |
|||
18 |
32 |
и газообразного кислорода; |
||
|
дяного пара |
|||
(нСр)н2о и (|1Ср)о2 — молярные теплоемкости при постоянном давле нии в ккал1кмоль °C соответственно водяного
пара и газообразного кислорода; берутся из таблицы в зависимости от предполагаемой
температуры парогаза;