Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания энергетических установо (Венгерский Э.В., Морозов В.А., Усов Г.Л., 1982 - Гидродинамика двухфазных потоков в системах питания энергетических установок), страница 2

Учитывая при этом наличие в гидравлических линиях свободных газовых включений, при рассмотрении совместной работы системы питания с ЖРД приходится решать ряд весьма сложных проблем по определению кавитационных запасов насосов, параметров потока при запуске, включении и из- !7 !6 Рпс. КК Схема ЖР/дз/ с дожнганнем окнслительного газа (типа «газ — жид. кость»): / — ТНА; 2 †пусков клапаны; 3 †регулят тяги; 4 †систе литвин» горючего; 5-бак го. рючего; 6 †б окислителя; 7 — мембрвииые клапаны:  †регулят наддува бака окислителя; У вЂ газогенерат ивддува бака горючего; /Π†систе питаиия окислителя; !! — газогеиератор Рис. !.2.

Схема реактивной системы управления на одиокомпо~ентном жидком топливе с двигателими жесткой и мягкой стабилизации: / — топлпвкый бак; 2 — эластичный меюок; 3 — топливо; 4 — заправочяо.сливкой клепая: 5— преобразователь температуры; 6, 22 — пусковые клапаны; 7 — й/ильтр; В-обратиый клапан; У— Рессивер: /Π†газогенерат; й, /2, 24 †преобразовате давлеиив топлива; И, /9 †систе питаиия; !4, / — электроклапаиы двигателей; /5, /6 †соп: !7 †каме разложения: 20.

Н— поверочкые клапаны; 23 †нагревате; 26 †клап заправки тела наддува меиеиии режимов работы, в том числе по определению гидроударов и провалов давления иа входе в двигатели. При рассмотрении задач такого рода гидравлические линии представляют в виде систем с распределенными параметрами, на концах которых сосредоточены свойства входящих в состав системы питания агрегатов и узлов. Параметры потока в гидравлических линиях определяются при этом в результате интегрирования уравнений неразрывности, сохранения количества движения '/ энергии при заданных начальных и граничных условиях.

Основным параметром, определяющим при такой постановке задачи Нпддуд д Рис. 1.3. Система питания ЖРД 1, 1 — ЖРД, 2, 12 — пусковые клапаны; В. 6. 1С 12— малоинсрцнонные преобразователи давления; С вЂ упругна компенсатор:  †трубопров системы питы<па; 7 — предокраннтельный клапан;  — ЭПК системы надлува; У вЂ” тапливныа бак; 1 †клап системы заправки; И вЂ трубопров питания двигателя упругие свойства гидравлической линии, является скорость распространения упругих возмущений, или, как ее часто называют, скорость звука а. Рассмотрим работу типовой системы питания топливом двух ЖРД, схема которой представлена на рис.

1.3. Для регистрации изменения давления в системе перед пусковыми клапанами 2 и 14, а также в середине и в начале трубопровода б установим малоинерционные преобразователи 12, 3, б, 11. В исходном состоянии бак 9 и магистрали питания до клапанов 13 и 2 заполнены топливом и находятся под д пусковым баковым давлением ро (рис.

1.4). При подаче команды на запуск двигателя 15 (двигатель 1 в это время 14 выключен или работает на основном 1 режиме) производится открытие пускового клапана 13 — время т1. Время открытия клапанов такого типа составляет обычно 0,005 — 0,05 с. Открытие клапана является началом неустановившегося процесса заполнения магистрали питания 14 и трактов двигателя 1б, В системе питания возникают колебания давления, исходным возмущением для которых служит распространение по магистралям волны разрежения, образовавшейся при открытии клапанов. В силу упругости жидкости и трубопроводов системы питания распространение возмущений по магистралям происходят со скоростью а. Это хорошо иллюстрирует задержка по времени начала изменения давления преобразователями 11, 3 по сравнению с преобразователем 12— Т1, Т2; Та. Зная длину магистралей и располагая записью изменения давлений в системе, скорость распространения возмущений в процессе заполнения можно оценить по крайней мере двумя способами.

Во-первых, по времени прохождения возмущения между преобразователями, например, 12 и 11: а=А,а 11гг(та — тг), где 11о 11 — расстояние между указанными преобразователями. Вовторых, по периоду колебаний давления в системе исходя из изгестного положения, что при движении жидкости в процессе заполнения (трубопровод с открытым концом) период акустических колебаний давления пропорционален двойной длине трубопрово- Рпс.

1.4 Изменение давления в системе питания (см. рис. 1.3) при запуске двигателя 1р! ! †давлен на входе в систему питания (иреобраэователь б); 3 †давлен в системе питания (нреобразователь )!); 3 †давлен перед пусковым клапаном Ы (преобразователь М); 4 †давлен госле пускового «лэпана, т, †вре открытия пускового клапана )3; т †вре прихода фронта волны разрежении к преобразователю М: т †вре прихола фронта волны разрежения к преобразователю 3; т, †вр» прихода жидкости к двигателю )3: тз †вре закрытия пускового клапана (3; т, †т ' врем» открытия пускового клапана )3 (Вротяженность фронта волны разрежения у клапана Ы); те †ту †протяженн фронта волны разрежения, зафиксированная преобразователеиф)!) П н Гт †перио колебания да, т.

е. а=2ЦТ, где Š— длина трубопровода от фронта жидкости до бака; Т вЂ” период колебаний (на рис. 1.4. зто либо Ть либо 73). Продолжительность периода заполнепния обычно незначительна и не превышает 0,5 с. Прн заполнении трубопровода 74 и достижении фронтом жидкости двигателя !5 в момент тэ происходит ее резкое торможение, и на входе в двигатель возникает гидравлический удар, который, распространяясь по магистралям системы питания, вызывает в ) ей новый колебательный процесс. Причем скорость распрострачепия возмущений может несколько отличаться от величин, заФиксированных в процессе заполнения. Оценка значений а может быть, как и прежде, произведена по измерению продолжительности прохождения возмущений давления между преобразователямн или по замеру периода колебаний давления после гидравли ческого удара, только с той разницей, что после контакта жидкости с двигателем скорость распространения возмущений будет пропорциональна учетверенной длине трубопровода (закрытый конец), т.

е. а=4ЦТ3. По заполнении коммуникаций двигателя происходит его запуск, который, в свою очередь, может сопровождаться резкими изменениями расхода, а следовательно, возникновением в магистралях питания новых волновых процессов. Идентичные явления наблюдаются и при регулировании тяги двигателей, если скорости изменения расхода значительны. При подаче команды на включение двигателя 15 — -в момент та происходит закрытие клапана 13, расход жидкости прекрашается, и в результате его резкого торможения преобразователь !2 фиксирует новый гидравлический удар, который также распространяется по системе питания, вызывая новый цикл колебаний давления. Исследователи, занимающиеся нестационарными процессами в системах питания, часто обрашают внимание на факт несоответствия экспериментальных значений скорости звука в гидросистемах с расчетными значениями, полученными по известной форме Жуковского: где а„— скорость распространения малых возмущений в неограниченном объеме; Е, ń— модули объемной упругости жидкости и металла трубопровода; д, б — гидравлический параметр и толшииа стенки трубопровода.

Причем эта- разница достигает иногда 200 †30!а при расчетных значениях 1000 — 1300 м/с. Экспериментальные данные показывают 400 †8 м/с. Наличие в системе питания упругих элементов типа сильфонов, демпферов и т. п, не может столь сильно влиять на скорость а в силу их сушествеиио малой протяженности по сравнению с магистралями. Элементы такого типа, их обычно называют сосредоточенные упругости, увеличивают декременты затухания колебательных процессов, приводят к выполаживанию фронта проходящих через них волн возмущения, что видно из сравнения характера изменения давлений, зарегистрированных преобразователяму 12 и б. Фронт первой волны разрежения у клапана 13 (падение давления в период т~ — т~') определяется в основном временем его открытия.

Этот фронт всегда круче фронта этой же волны после прохождения элемента с сосредоточенной упругостью и зафиксированного преобразователем !1 (период тх — т~'). То же самое можно сказать и о прохождении ьозмушениями местных гидравлических сопротивлений и других элементов с сосредоточенными параметрами. Сушественное снижение скорости распространения малых возмушений может быть обусловлено только наличием в системе дополнительной распределенной по длине магистралей упругости, например пузырьков газа.

В общих чертах механизм таких явлений имеет следуюшую картину. Топливо в результате длительного контакта с газовой подушкой в баке или специального предварительного насышения в заправочной емкости иасышается до равновесной концентрации, соответствующей баковому давлению. При открытии пускового клапана !3 и начале движения жидкости давление в магистралях падает ниже начального, при котором количество растворенного газа в жидкости соответствовало этому ю давлению. Иногда нижний уровень давления в магистрали пр неустановившемся процессе может оказаться ниже давления упр! гости паров топлива при данной температуре. Падение давленн нарушает равновесие в системе жидкость — газ и возникают пре.

посылки для выделения в потоке свободного газа и пара, а сл! довательно, появления дополнительной распределенной упругост в системе. Причем объемами, в которые в основном происходи выделение парогаза, являются газовые пузырьки, выросшие и микропор стенок трубопроводов, При восстановлении давления начинается обратный процесс )~олебательный характер изменения давления и малый перно! колебаний (0,0! — 0,05 с) приводят к тому, что в каждом цикл! колебаний процесс выделения и растворения газа может носит! неравновесный характер.

Причем равновесие между количеством газа и давлением в жидкости не наступает до окончания переход. ного процесса. Это подтверждается возрастанием в ряде случаев при заполнении трубопровода двигателя периода волновых колебаний давления (Тз) Т, на рис. !.4.). С увеличением в потоке количества пузырьков свободного газа существенно изменяется и внешняя картина переходных процессов — колебания более размыты, быстро затухают, уменьшаются значения гидроударов. Детальное рассмотрение процессов газовыделения и образования газожидкостных потоков в трубопроводах будет проведено в последующих главах. Здесь же следует отметить, что процессы газовыделения в системах питания совсем не всегда связаны с колебаниями давления акустической природы.