Особенности эксплуатации водородных систем

1. Если из емкости не удалить кислород, то при объемной концентрации (12-4%)_Н2 произойдет объемный взрыв.

2. В жидком водороде хорошо растворимы газы, в частности гелий. Концентрация растворенного гелия определяется выражением , где P_He – парциальное давление гелия, а(Т) – константа Генри (при повышении температуры а(Т)→0, при Т=Тs а(Т)=0, т.е растворимость газов происходит во всех недогретых жидкостях.

Газовыделение по тракту опасно тем, что образуется газовая каверна, которая не исчезает (мощность насоса - величина постоянная, увеличение скорости приводит к увеличению газовыделения, а это, в свою очередь, сказывается на работе подшипников.

3. При наддуве водородного бака газообразным водородом может случиться ситуация, когда давление начнет понижаться (при конденсации газа), произойдет автовакуумирование и потеря устойчивости бака.

8.2 Процессы захолаживания криогенных систем

 

Захолаживание – процесс предварительного охлаждения элементов криогенных систем от температуры окружающей среды до температуры хранения криогенной жидкости в емкости.

При захолаживании используются:

1) газ;

2) пар;

3) жидкость;

4) пар-жидкость.

Выбор процесса захолаживания осуществляется с учетом двух критериев:

1) задано ограничение на максимальное время захолаживания ;

2) задано ограничение на расход компонента топлива в процессе захолаживания .

 

Способы захолаживания магистралей и баКОВ

Возможны несколько вариантов захолаживания криогенных систем.

Захолаживание жидкостью.

1.1 Подача жидкости напрямую в магистраль после открытия разделительного клапана.

При подаче жидкости наблюдаются интенсивные колебания расхода и давления, возможен обратный выброс жидкости в бак (этот процесс динамический, нестационарный, неуправляемый); при обратном выбросе происходит выход из строя сетчатых и капиллярных устройств, следовательно, нельзя запустить двигатель заново в условиях невесомости; значительные величины пульсаций давления и расхода могут привести к разрушению магистрали.

1.2 Подача жидкости через байпасную (обходную) магистраль

1.2.1 Открытие клапана захолаживания.

1.2.2 подача жидкости через байпасную магистраль в основную.

В байпасной магистрали диаметр жиклера выбирают таким образом, чтобы в нём реализовывалось критическое течение. В жиклере происходит вскипание жидкости, за ним - создается парожидкостная среда, которая поступает в основную магистраль двигательной установки.

Достоинства данного способа:

- отсутствие пульсаций давлений и расхода в системе;

- реализация малых расходов компонентов топлива на захолаживание.

Недостатки:

- большое время захолаживания;

- установка дополнительного оборудования (увеличение массы системы, уменьшение ее надежности).

1.3 Подача через специальную систему регулирования расхода жидкости (ступенчатая система подачи топлива).

Данный способ применяется для захолаживания разгонных блоков и третьих ступеней ракет.

Нельзя открыть все три клапана одновременно, т.к. сразу произойдет выброс большого количества жидкости в систему и если G _{дренажа}<G, то произойдет резкое увеличение давления в баке, что приведет к Þ разрушению бака.

 

Захолаживание газом

Для захолаживания используется переохлажденный газ из теплообменного аппарата.

Данный способ применяется для предстартового захолаживания систем.

 

Захолаживание паром.

Для захолаживания производится отбор пара из паровой подушки и подача в магистраль.