Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Так же, как и предельная характеристика, характеристика редуктора при расходе газа подчиняется уравнению (9.39) только до определенного давления на входе р,„, несколько большего, чем р,„„. Как видно из уравнений (9.38) и (9.29), при значениях р.„, близких к р,, в связи с резким уменьшением А для сохранения заданного расхода и необходимо увеличивать значение Елр„, т.
е. увеличивать 6. Наибольший целесообразный подъем клапана Ь = Ь,„определяется тем условием, что площадь Рлр„не имеет смысла делать большей, чем площадь проходного сечения клапана Г . Следовательно, после открытия клапана до Ь редуктор перестает быть регулирующим органом (точка т на характеристике). При этом в случае дальнейшей подачи 9.4.
Характеристики редукторов 447 ~2 Посраппх— (9.42) Полагая Ы = 4р, получим (9.43) Аналогично можно получить величину Ь,„и для других схем клапанов. Подставляя Ь в формулу (9,38), находим выражение для определения р,„;„, до значения которого справедливо уравнение (9.39): Ш Ь Рвх ппп Ааср ~ —— (9.44) Чем больше расход газа через редуктор, тем (при прочих равных условиях) больше влияние третьего члена в уравнении (9.39) на характеристику. Характеристики редуктора при различных расходах и как бы вписываются в характеристику при т — + О. Таким образом, смысл характеристики при т -+ 0 состоит в том, что она является предельной характеристикой семейства характеристик редуктора при различных расходах.
Характеристики редуктора прямого хода Уравнение равновесия подвижных частей редуктора (см. рис. 9.9, б) составляется аналогично уравнению (9.22) и имеет вид д-и+р„(р' -р'„)-г р„=о, (9.45) где Ä— площадь поверхности поршня (плунжера). (Аналогичное уравнение получилось бы и для редуктора, работающего по схеме, представленной на рис. 9.9, а.) После несложных преобразований с учетом уравнения (9.38) получим уравнение характеристики газа через редуктор клапан редуктора открыт полностью и с уменьшением р,„соответственно уменьшается р, и расход газа т. Характеристика редуктора от точки т является уже характеристикой с переменным расходом и идет в начало координат.
Определим величину наибольшего целесообразного подъема клапана Ь для простейшей схемы, показанной на рис. 9.10, а. Поскольку Р;рсс ш =Р;„в,то 448 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи Рвых О Рис. 9.13. Влияние разности площадей Є— Р иа характеристику 1 т Рвых = 0 Рвх (т'п гкл ) ~кл А„~ Рвх 4ят,„ (9.46) 1 Рвых = ® Рвх ( нп Л'кл )). (9.47) В зависимости от величины Г„ — Е предельная характеристика будет иметь различный наклон. При Еп > Р' предельная характеристика будет иметь вид ОМУ» При Р„= Е второй член равен нулю и предельная характеристика на участке МУ» пройдет параллельно оси абсцисс.
При Р„< Р' изменится знак воздействия второго члена и предельная характеристика пройдет по ломаной ОМ)У»ь Очевидно, что при предельных характеристиках ОМУщ и ОМУ» характеристика при каком-либо расходе т будет убывающей по кривым Оть»)У»» или От»Ф» (т. е. с уменьшением р,„давление р, также уменьшается).
Большую возможность использования газа в баллоне высокого давления дает характеристика вида От~У» т. е. нам выгодно иметь некоторую положительную разность площадей ń— Р' . Характеристика редуктора (9.46) так же, как и характеристика, соответствующая уравнению (9.39), следует уравнению только до определенного Из сопоставления полученного уравнения с уравнением (9.39) видно, что их структура одинакова, однако при втором члене уравнения появился множитель (Ä— Г ). Варьируя значение разности площадей поршня и клапана г"„— Г, можно обеспечить получение характеристики, наиболее приближающейся к потребной.
Рассмотрим поведение предельной характеристики (рнс. 9.13). Уравнение предельной характеристики получаем из выражения (9.46) при т — + О: 449 9.4. Характеристики редукторов значения р,х;„, соответствующего полному открытию дросселирующего сечения. При дальнейшей подаче газа мы получим характеристику с переменным расходом (участки Оть Отп, Отш). Уравновешивание редукторов В рассмотренном выше примере наличие поршня, жестко связанного с клапаном, как бы разгружало клапан от воздействия сил давления на входе. Такие редукторы называют уравновешенными. Проведенный выше анализ редуктора прямого хода, работающего по схеме, представленной на рис.9.9, б, показывает, что уравновешивание улучшает характеристику редуктора.
При Г„= Г мы имеем полное уравновешивание, однако для получения лучшей характеристики нам выгодно оставлять некоторую неуравновешенность клапана. Уравновешивание применяется и в редукторах обратного хода. Пример уравновешенного редуктора обратного хода, работающего по схеме, приведенной на рис. 9.6, е, показан на рис. 9.8. Уравновешивание клапана достигается постановкой дополнительной мембраны 11 площадью Г„х и сообщением с помощью канала 12 полости низкого давления с полостью 13. Уравнение характеристики такого редуктора имеет вид 1 Ш рвых 02 Й Рвх (Рхх — Рм д ) й, (9.48) ~и-(р.„-~.) А рант,„ где Дз и Д~ — затяжки основной пружины 5 и пружины клапана 7; 1 — суммарная жесткость пружин и мембран.
Варьируя разность площадей Р; — Е„,х, можно обеспечить желательное изменение предельной и основной характеристик аналогично характеристике, приведенной на рис. 9.13. Использование запаса газа в баллоне Как бы удачно ни был спроектирован редуктор, получить такую. характеристику его работы, по которой давление на выходе оставалось бы неизменным (в пределах точности работы редуктора) вплоть до равенства давлений на входе и на выходе, невозможно. Всегда при каком-то рххквв > р„,„давление р, начинает уменьшаться.
Таким образом, мы не можем использовать весь запас газа в баллоне. Количество недоиспользованного запаса газа определяется величиной 450 Глава 9. Двигательнсле установки с вытеснительной системой подачи Лр =р вв — р (9 49) Рис. 9.14. К определению Ьр „ Влияние изменения давления иа входе р„на изменение р,„, Рассмотрим, во-первых, как влияет изменение давления на входе р на величину отклонения р,„х от заданного номинального значения р, о„т. е. на величину (9.50) гьрвых = рвых рвых О Очевидно, что величина в5р,„х определяет качество нашей характеристики.
Наиболее желательной является характеристика, для которой Лр,„„равно или близко к нулю. Для этого составим уравнение характеристики для какого-либо фиксированного значения давления на входе р,хо, при котором давление на выходе равно р„о (в дальнейшем, для конкретности, будем рассматривать уравнение характеристики (9.39) как более общее, хотя весь анализ, разумеется, справедлив для характеристики любого редуктора): Р вх Величину Ьрр„можно определить из графика характеристики редуктора (рис. 9.14).
Чем меньше величина Рвх=Рвыв Рвхввв Ьр „тем лучше использование запаса газа из баллона. Идеальной характеристикой лю- бого редуктора являлась бы характеристика, по которой при заданном постоянном расходе т независимо от изменения давления на входе р обеспечивалось бы неизменное давление на выходе р, . Выше было показано, что на протекание характеристики влияют второй и третий члены уравнения характеристики (9.39) или (9.46). Поскольку с изменением рвх эти члены изменяются по разным законам, очевидно, получить характеристику с неизменным р,ых (идеальную характеристику) нельзя, поэтому задача состоит в том, чтобы получить характеристику, возможно более близкую к идеальной.
Для этого конструктивные элементы редуктора (мембрана, пружина, поршень и т. д.) и размеры клапанов должны быть подобраны так, чтобы изменение упругих сил действия пружин и мембраны (последний член уравнения) наилучшим образом компенсировало воздействие сил давления. Рассмотрим, как влияют различные параметры работы редуктора на его характеристику. 9.4. Характеристики редукторов т Рг — О! Р ОР— 1с Рвх 0 Ч'лх~ВХ 0 1 Рвых О (9.5 1) Для определения Лр,„вычтем почленно уравнение (9.51) из уравнения (9.39); тогда получим 1 првых = (9.52) Рвх ВТвх или ххрвых ххрвых ! ххрвых 2п (9.53) где (9.54) Ьп 1 ! ххрвых 2 А(Рм — Ркл)с(р Рвх Рвх 0 ,/ВТ,„Дт,„, (9.55) Рассмотрим изменение Ьр, при изменении Р,„.
1. Влияние изменения р иа Ьр, !. Уравнение (9.54) является уравнением прямой. При р,х хв р,хо имеем лр, !=о; при р,х = р,х !и имЕем Зависимость гзр, ! =Яр,„) показана на рис. 9.15 прямой апЬ. 2. Влилние изменениЯР,„на ххРвмх 2. ПРи Р,„= Р,х О имеем хлрвых 2 О1 lст (Рвх О Рвх ) скл пр (РвхО Рвх)гкл ПРвых! = м кл (Рвх О Рвх ппп ) 5Рвых! = „. „. кл м кп Р о АСЯТ О 452 Глава 9. Двигательные установки с вытеснительной системой подачи алввх О Рис. 9.15.
Влияние изменения р,„на Ьр,„„ при р,„= р;„имеем Йт АЖ. -р.)Ар 1 1 Рвх ввп Р о ~Кт,„;„х~Ктвх при Рвх — + оо lст 1 ххрвых 2 + СхРи Рхв )с1св 1 Рвх О чКтвх О (9.56) Р =Р о+-дахр о. Величина Лр, в определяется требованиями к работе редуктора. Заданная величина допуска на отклонение р,„„от р, о для данного редуктора определяет наибольшее р,„2 и наименьшее р,„~ давления на входе, при которых работа редуктора удовлетворяет предъявляемым требованиям.
Для редуктора прямого хода, работающего по схеме, показанной на рис. 9.9, имеем Зависимость Лр, з =Яр,„) показана на рис. 9.15 кривой спев. Так как в уравнении (9.53) знаки воздействия Ьр, ~ и Лр, г на величину Ьр. х противоположны, то очевидно, что заштрихованная область между линиями спев и апЬ является в соответствующем масштабе зпюрой изменения Лр,„„= Лр,„„1— — Лр„ь Давление на выходе из редуктора р„,х задается с определенным допуском Ьр, о на отклонение от заданного: 9.4. Характеристики редукторов Ьи (Р в Р )(~'в Рхх ) А~~ср 1 Првих =— 1 1 (9.57) Рвх Рвх 0 Анализ этого уравнения, аналогичный приведенному выше анализу уравнения (9.54), показывает, что и в этом случае влияние р,„на Лр„„выражается графиком, представленным на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
