Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 73
Текст из файла (страница 73)
е. клапан 2 данного редуктора полностью или частично разгружен от сил давления газа (полностью при равенстве площади поверхностей мембраны!1 и площади клапана 2). Редуктор не только уменьшает давление газа до необходимой величины, но и является регулятором, сохраняющим давление на выходе постоянным, несмотря на то, что давление на входе в редуктор, т. е. давление в баллоне, все время работы двигательной установки падает. Действительно, если, например, давление в полости низкого давления 9 возрастет выше заданного, определяемого затяжкой пружины 5, то сила, действующая на поверхность Г„, становится настолько большой, что она преодолевает силу пружины 5. Тогда шток б вместе с клапаном 2 перемещается вверх и проходное сечение уменьшается.
Поступление газа в полость 9 при этом уменьшается до тех пор, пока давление в ней не станет опять равным заданному. 439 9.3. Редукторы давления газа Рис. 9.8. Редуктор (обозначения см. рис, 9.6) Если давление в полости 9 станет ниже заданного, то уменьшится сила давления на поверхность Р'„, действующая против пружины 5, и пружина вместе со штоком б переместится вниз, а вместе с ней переместится и клапан 2. Вследствие этого проходное сечение увеличится, степень дросселирования газа уменьшится и давление газа в полости 9 снова поднимется до заданного. Редуктор прямого хода. Газ высокого давления входит в полость 3 (рис.
9.9). Дросселирование газа происходит в дросселирующем отверстии П между клапаном 5 и седлом клапана 4. Газ пониженного давления поступает в полость низкого давления В и оттуда к потребителю. В редукторе, работающем по схеме, приведенной на рис. 9.9, а, клапан 5 разгружен от уси- 440 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи Рис.
9.9. Схемы редукторов прямого хода: а — с сообшаюшимися полостями высокого и низкого давлений; б — без сообшаюшился полостей; ! — регулировочный винт; 2 — основная пружина; 3 — полость высокого давления; 4 — седло клапана; 5 — клапан; 6 — поршень (плунжер); 7 — канал низкого давления; 0 — полость низкого давления; 9 — шток; 10 — канал высокого давления; !! — злзосселируюшее отверстие лия, действующего на него со стороны пружины 2 и высокого давления в полости 3, путем установки двух поршней 6. В полости 3 и 8 над поршнями по каналам 10 и 7 поступает газ, давлением которого поршни 6 разгружаются. В редукторах, работающих по схеме, представленной на рис. 9.9, б, усилие, действующее на клапан 5 со стороны пружины 2 и давления газа в полости 3, компенсируется за счет давления на поршень б, который штоком 9 жестко связан с клапаном 5. Отличие редуктора, изображенного на рис.
9.9, а, от редуктора, показанного на рис. 9.9, б, заключается в том, что в первом полости высокого и низкого давления 3 и 8 состоят из двух частей, соединенных соответственно каналами 10 и 7; во втором редукторе этого соединения нет. Редуктор прямого хода работает следующим образом. В случае превышения давления в полости 8 сверх заданного и установленного путем соответствующей затяжки пружины 2 сила на клапан 5, действующая вверх, возрастет, при этом клапан 5 поднимется и дросселирующее отверстие уменьшится, что вызовет понижение давления на выходе до заданной величины. В случае понижения давления в полости 8 клапан 5 будет опускаться, дросселирующее отверстие 11 увеличиваться и давление снова повысится до заданного.
9.4. Характеристики редукторов 9.4. Характеристики редукторов Как было показано ранее, редуктор давления газа при правильном его устройстве является регулятором давления газа на выходе. Но, как большинство регуляторов, он работает с некоторой неравномерностью, т. е. при изменении давления на входе в редуктор меняется давление и на выходе из него. Зависимость давления на выходе р, от давления на входе в редуктор р,„ называется характеристикой редуюпора. Зависимость давления на выходе из редуктора от давления на входе при отсутствии расхода газа будем называть предельной характеристикой . Характеристики редуктора обратного хода Для того чтобы определить характеристики редуктора, т.
е. найти зависимость р, от р,„, составим уравнение равновесия подвижных частей редуктора при открытом клапане (см. рис. 9.6 и 9.7). Силы, действующие вниз, будем считать положительными, вверх — отрицательными. При работе редуктора вниз действует только сила пружины 5: рпр 02 «гп где Дг — сила давления пружины 5 при закрытом клапане редуктора (Н); /сг — жесткость пружины 5 (Н/м); й — подъем клапана (м).
Вверх действуют следующие силы. 1. Сила, возникающая от разности давлений на клапан 2: 1рвх — рвых)г ко где Г„л — площадь поверхности клапана, на которую действует сила разности давления газа высокого давления и редуцированного газа. Для схемы, показанной на рис. 9.10, а, имеем г Г гивер 4 где Н,р — — Н +б; для схемы, показанной на рис. 9.10, б, имеем Иногда пользуются терминами «динамнческая» н «статическая» характеристики. Однако этн названия не соответствуют терминологии, принятой в теории регулирования, и поэтому в определении типа характеристики удобнее пользоваться принятыми выше терминами. 442 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой модами Рис.
9.10. К определению Р и Р„ 2. Сила давления на клапан 2 пружины 7 (см. рис. 9.6) -(Д! + 1р!Ь), где Д! — сила давления пружины 7 при закрытом клапане (сила предварительной затяжки); lс! — жесткость пружины 7. 3. Сила давления газа в полости низкого давления на мембрану или сильфон — Рвыхгм~ где Рм — площадь поверхности мембраны или сильфона. 4. Сила, действующая вверх вследствие жесткости мембраны: где 7с„— жесткость мембраны.
Эта сила учитывается при установке жестких металлических мембран. В случае установки «мягкиххь резиновых или пла- стиковых, мембран жесткость их удобнее учитывать введением вместо Р„ приведенной площади мембраны: Р„„р„, = Рвам, где ам — коэффициент, учитывающий жесткость мембраны (см. з 9.5). При равновесии редуктора сумма всех этих сил равна нулю, т. е. уравнение равновесия подвижных частей редуктора будет иметь вид Я2 вг2х2) (Рвых Рвх)х'кв (Ы! + в!х2) РвыхУм 7гмх2 О.
Обозначив (9.22) (9.23) получим 1 Рвых ((02 О!) Рвхскв Я. Е,— Р (9.24) Величина подъема клапана Ь связана с расходом газа, протекающего через дросселирующее сечение редуктора. 9.4. Характеристики редукторов 443 Площадь дросселирующего сечения вычисляется по формуле ~ врос К аср х1 (9.25) где Ь„определяется в зависимости от конструкции клапана. При схеме клапана, показанной на рис.
9.10, а, й„= Ь; при схеме, приведенной на рис. 9.10, б, Ь, = Ь соз 13. В дальнейшем для простоты анализа будем рассматривать клапан схемы, показанной на рис. 9.10, а. В случае клапана, выполненного по схеме 9.10, б, порядок изложения не меняется. Расход газа через редуктор определяется по формуле = ФевыхГлрссрвых~ (9.26) уравнения, определяющие расход газа. 1. При докритическом течении схяасрсс (9.27) По уравнению состояния удельный объем вычисляется по формуле ЯТ,„ о вх Рвх Подставив в уравнение (9.27) выражение для удельного объема, получим т = рксхсрн Рвх 4%т,„ (9.28) Введя обозначение (9.29) где шы и р„— соответственно скорость истечения и плотность газа на выходе из дросселирующего сечения; р — коэффициент расхода. Подставив в выражение (9.26) известные из газодинамики значения швв,х 1 Рвых 1т и р„,х =р,„, после простых преобразований получим следующие Рвх 444 Глава 9.
Двигательные установки с вытеснительной системой подачи л(7) 0,7 0,5 0,4 0,3 0,2 О,! 0 О 523 О 4 О 5 0 б О 7 О 8 О 9 рвык/рвх Рнс. 9.11. Зависимость А(у) =/( р „/р,„) при у = 1,4 получим т=1Ы„/ Рвх А(у). ~//12вх (9.30) т=АИ, /7 ~//1увх (9.31) где А = /зкА(у). Отсюда находим подъем клапана при докритическом течении: Ьл = Рвх "Ят (9.32) (9.33) 2. При сверхкритическом течении т = /х7и/вр/7 Рвх ЯТ,„ 1'2— (9.34) или х//х тех (9.35) Значения величины А(у) в зависимости от р,„х /р,х при у = 1,4 приведены на рис. 9.11. Выражение (9.30) можно переписать в виде 9.4.
Характеристики редукторов 445 где А = 1итА(у). Здесь А(у) = г (9.36) Отсюда находим подъем клапана при сверхкритическом течении: 7г, = Ас(, акт,. (9.37) (9.38) При этом, однако, величина А(у) для докритического течения газа определяется формулой (9.29); при сверхкритическом течении А(у) — величина постоянная и определяется формулой (9.36). Подставив полученное выражение (9.38), определяющее 7г, в уравнение (9.24), получим уравнение характеристики редуктора: 1 т Р. = 0г — 01 — РР— lс Гм Ркл А 1 Рвх акт,„ (9.39) При расходе газа через редуктор, когда т- О, получим уравнение предельной характеристики: 1 Рных = (0г 0~ Рвхгкл )1 м кл (9.40) или 0г 01 Рвхгкл Г„- ŠÄ— Гкл (9.41) т.е. уравнение прямой.
Протекание характеристики показано на рис. 9.12. Мы видим, что при и — О с уменьшением давления на входе давление на Таким образом, при любом режиме истечения газа через клапан (докритическом или сверхкритическом) перемещение клапана определяется фор- мулой 446 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи 3 св б Рис. 9.12. Характеристики редуктора выходе несколько возрастает.
Такой вид предельной характеристики типичен для редукторов обратного хода и, как мы увидим далее, очень часто имеет место и в редукторах прямого хода. Очевидно, что предельная характеристика, получаемая из выражения (9.41), имеет смысл только до точки М(см, рис. 9.12), так как из равенства (9.41) следует, что левее точки М давление на выходе р, становится больше давления на входе р,„, что невозможно.
Таким образом, в случае и — +О (бесконечно малый расход) при р < р, редуктор уже не является регулятором. Клапан редуктора открыт полностью до Ь, и через него происходит сброс давления газа из баллона. Так как при бесконечно малом расходе потери на сопротивление равны нулю, то р„,„= р на участке ОМ, т. е. предельная характеристика пойдет в начало координат под углом 45'. Рассмотрим, какой вид будет иметь характеристика редуктора при некотором конечном расходе газа. Как видно из уравнения (9.39), при расходе газа на протекание характеристики влияет еще третий член уравнения, причем влияние его на изменение р„обратно влиянию второго члена. По мере уменьшения Ар,„(АКТ,„влияние третьего члена увеличивается и характеристика все более отходит от предельной характеристики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
