Материал: Шевелюк, М. И. Теоретические основы проектирования жидкостных ракетных двигателей учебное пособие для высших учебных заведений

клапанного седла и определении зазоров, задержки открытия кла­ пана обычно встречаются большие трудности.

Отсечные клапаны должны быть надежны в работе, так как любое повреждение клапана может привести к выходу из строя

всего двигателя. Течь в топливном клапане и задержка его откры­

тия или закрытия могут привести к аварии двигателя и боевого ап­ парата в целом.

В современных системах топливоподачи ЖРД встречаются так­ же сдвоенные или строенные клапаны, в которых один сервопор­ шень открывает два или три клапана на линиях различных компо­

нентов или на параллельных линиях одного компонента. Движе­ ние от сервопоршня к клапанам в этом случае передается при по­

мощи качающихся рычагов.

Перед установкой на двигатель отсечные клапаны проходят гидравлические испытания на проверку утечки через седло или направляющие и на точность их действия.

При выборе размера отсечного клапана исходят из того, чтобы диаметр его был равен диаметру соответствующего трубопровода в свету. При этом подъем клапана должен быть не больше ]/4 его диаметра.

Усилие, необходимое для надежного закрытия клапана, опре­ деляют из расчета клапана на герметичность.

Для уплотняющих вставок клапана можно использовать пласт­ массы и легкие металлы (в зависимости от типа и назначения кла­

пана). Для особенно агрессивных жидкостей иногда применяют клапаны, пришлифованные к седлам.

Мембраны свободного или принудительного разрыва (МР) при помощи пиропатрона с электрическим запалом являются весьма простыми и относительно легкими запорными органами, часто за­ меняющими отсечные клапаны в системах топливоподачи одноразо­

вого действия. Они обеспечивают надежное уплотнение. При до­ стижении заданного давления мембрана рвется и открывает доступ

компоненту топлива к месту его потребления. При этом для регу­ лирования расходов компонентов применяют сменные дроссель­ ные шайбы.

Двигатель с запорными мембранами, запущенный в работу, не может остановиться до полного израсходования одного или обоих компонентов топлива.

Существуют конструкции мембран с кольцевой и крестообраз­ ной насечкой. При достижении заданного давления в системе мем­

браны рвутся именно по этим насечкам, так как здесь сопротивле­

ние мембраны меньше. После разрыва мембраны первого типа по насечке лепесток ее отгибается и открывает проход жидкости или газу. В мембранах второго типа разрыв происходит также по на­

сечке, и отгибается ряд лепестков.

Мембрану на нужное давление разрыва обычно подбирают.

574 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД

так как усилие, разрывающее тонкий материал мембраны, в значи­ тельной мере зависит от допуска на толщину насечки.

Реле постоянства давления (РПД) служит для переключения электрических цепей при достижении в обслуживаемой магистра­ ли или объеме определенного давления и для обратного переключе­ ния цепи при понижении давления от заданного предела. Реле дав­ ления могут быть нормально открытого и нормально закрытого ти­ пов.

Обратные клапаны (ОК) служат для предупреждения движения жидкости или газа по трубопроводу в обратном направлении. В нерабочем состоянии тарелка этого клапана давлением пружины прижата к седлу. Компонент, поступивший в штуцер клапана, си­

лой своего давления на тарелку клапана открывает его и проходит к выходному штуцеру. Обратное движение жидкости или газа не­ возможно, так как оно всегда приводит к закрытию клапана. Дви­ жение тарелки клапана ограничено упорным выступом.

Редуктор давления (РД) служит для понижения до определен­ ного предела давления газа, поступающего из аккумулятора дав­ ления в баки для вытеснения из них компонентов топлива в камеру сгорания двигателя, и является одним из основных элементов вы­ теснительных систем топливоподачи.

Редукторы давления газа часто используются также в системах подачи для питания автоматики газом необходимого давления, для подачи компонентов в парогазогенератор и других целей.

Величина понижения давления газа при дросселировании в ре­ дукторе обусловливается размером отверстия между клапаном и седлом.

Конструкция редуктора в значительной мере определяется тем, в каком направлении открывается клапан редуктора. По этому признаку редукторы давления разделяются на редукторы прямого и обратного действия. В редукторе давления прямого действия кла­ пан открывается в направлении усилия, возникающего за счет дей­ ствия газа высокого давления (по потоку газа). В редукторе дав­ ления обратного действия клапан открывается против усилия, воз­ никающего за счет действия давления газа высокого давления (против потока газа).

В ЖРД обычно применяются редукторы давления обратного действия.

Редуктор давления не только уменьшает давление газа до вели­ чины, необходимой для вытеснения компонентов из баков, но он од­ новременно является регулятором, сохраняющим почти постоянным давление в топливных баках, несмотря на то, что давление газа на входе в редуктор все время понижается в связи с убылью газа из аккумулятора давления.

Редуктор давления обратного действия, как и большинстве редукторов других типов, работает с некоторой неравномерностью,

т. е, при изменении давления газа на входе в редуктор несколько

изменяется давление газа и на выходе из него. Зависимость дав­ ления газа на выходе от давления газа на входе в редуктор назы­ вается характеристикой редуктора. Различают два типа характе­

ристик редуктора. Зависимость давления газа на выходе из редук­ тора от давления на входе при отсутствии расхода газа называется статической характеристикой. Это же зависимость при расходе газа через редуктор называется динамической характеристикой.

Давление газа на выходе из редуктора должно быть постоян­ ным и не зависеть от давления на входе в редуктор (в баллоне).

При прекращении подачи компонентов в камеру сгорания редуктор

должен автоматически прекращать доступ газа к рабочим жидко­ стям.

Дроссельные шайбы (ДШ) служат для регулирования расхода компонентов в трубопроводах системы. Ставя дроссельную шайбу с большим или меньшим проходным сечением, можно существенно

уменьшить или увеличить сопротивление системы, что соответствен­ но изменяет расход компонента. При тарировке системы подачи

ЖРД постановка таких дросселей на линиях подачи компонентов неизбежна, так как только благодаря дросселям можно выдер­ жать как абсолютные величины расхода горючего и окислителя, так и их весовое соотношение.

Дренажные клапаны (ДК) служат для дренажа емкостей при

заправке компонентов топлива и стравливания избыточного давле­ ния из топливных баков при хранении изделия в заправленном

виде.

При проектировании двигателя необходимо стремиться к тому,

чтобы его удельный вес был возможно меньше. Чем меньше про­ ходное сечение трубопроводов, кранов и т. п., тем меньше их вес. Однако с уменьшением проходных сечений трубопроводов увели­ чатся потери давления компонентов топлива, и для необходимого секундного расхода нужно увеличивать давление подачи, что чрез­

Для агрессивных компонентов топлива нужно применять трубо­

Изготовление клапанов и других деталей контроля и регулиро­ вания больших расходов рабочих тел требует особого внимания конструктора; особенно это относится к таким ЖРД, где малейшее просачивание рабочих тел может привести к аварии двигателя и боевого аппарата в целом. Объясняется это тем, что в ЖРД обыч­ но применяются различные вещества, начиная от безвредных га­ зов, таких, как азот или воздух, до кипящих, вызывающих корро­

576 Гл. 10. Проектирование и расчет систем топливоподачи ЖРД.

пределах: от —183° С для жидкого кислорода до плюс нескольких сот градусов для газов турбины насосного агрегата.

Наиболее часто в ЖРД применяются запорные, дроссельные, обратные и редукционные клапаны; разрывные мембраны приме­ няются относительно реже. Рабочие условия этих органов могут быть весьма жесткими: переход из полностью закрытого состояния в полностью открытое должен совершаться за весьма короткое время (не более 10—20 мсек). Пуск, зажигание и отсечка больших

расходов компонентов топлива также являются весьма сложными операциями. Поэтому при проектировании двигателя необходимо обеспечить его надежную и нормальную работу при установленных режимах, избежать разрушения трубопроводов, камеры и двигате­ ля в целом во время выполнения указанных операций.

дов и поэтому нуждаются в значительных рабочих нагрузках. Чтобы получить эти нагрузки, например, при использовании соле­ ноидных клапанов, приходится утяжелять клапаны и увеличивать расход тока. Так как в ЖРД обычно имеется источник газа высо­ кого давления, можно использовать и пневматически действующие клапаны. Лишь клапаны, подающие рабочий газ, должны иметь небольшие размеры; они могут быть поршневого и анероидного

типов

При запуске ЖРД компоненты топлива должны поступать

в камеру сгорания двигателя вместе или в определенной последо­ вательности. Для этой цели часто используют спаренные клапаны, которые состоят из двух клапанов и открываются третьим, воздуш­ ным клапаном посредством траверсы, установленной так, что она открывает один клапан раньше другого.

В ЖРД с переменной тягой также необходимо иметь специаль­ ные контрольные клапаны для дросселирования расхода компонен­

тов топлива. Такие клапаны могут оказаться конструктивно очень

и соотношения компонентов топлива количество клапанов различ­ ного назначения и других органов регулирования обычно возрас­ тает.

Диаметр трубопроводов для системы топливоподачи ЖРД под­ бирают исходя из допускаемой скорости движения в них компо­

нентов. Скорость движения жидкости в трубопроводах двигателя