Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1241539), страница 16
Текст из файла (страница 16)
в - ° л ~----- у - -* л- ° тн полета или уменьшение относительного веса топлива на ракете, а это позволяет увеличить полезную нагрузку. Однако применение этих новых окислителей осложнено н целесообразно только в соответствии со' строжайшим учетом требований для каждого конкретного типа ракеты.
Так, учитывая высокую коррозионную активность фторпронзводных окислителей, очевидно, нецелесообразно применять их на ракетах массового производства,"изготовляемых иэ дешевых материалов и рассчитанных на длительный срок хранения. Такие системы очень быстро выйдут из строя в результате коррозии материала. Так как эти окислители взрывоопасны и обладают высокой токсичностью, для работы с ними потребуется высококвалифицированный и хорошо обученный персонал. Для систем дальнего действия или космического назначения применение этих окислителей может быть целесообразным с точки зрения условий эксплуатации.
Эти системы обычно изготовляют из качественных материалов, хорошо сопротивляющихся коррозии. Персонал, обслуживающий стартовые установки, должен быть высококвалифицированным. Сами'установки должны иметь развитое и хорошо оборудованное хозяйство для хранения и транспортировки таких жидкостей. В то же время, применение в этом случае высокоэнергетических окислителей может способствовать относительному увеличению полезной нагрузки, а для крупных ракетных систем это очень важно. Физико-химические константы фтора и его основных производных как окислителей показаны в табл. 2.3. Рассмотрим последовательно эксплуатационные характеристики приведенных в таблице веществ.
Фтор При нормальных условиях светлозеленый газ с неприятным гнилостным запахом. При температуре ниже 88 К конденсируется в зеленовато-желтую жидкость высокой степени криогенности. тъ ф ( О О х О О О О О ! СР ! (О ОО ! Ф ! ОР 3 ! О ! й О Х О О о о Р о О З О, О в в". о О. О х О. О е 74 й ( О О О О ЪФ Е О $ З и -К \ Ф О О О 1:( О Ф О ы о ро СЧ ! ! ~( О. О 9. О И И р О В З О О О. О $ $ О О в $ х В х й йф к з О О 1 Ю О О О О Р О й О О. ! Химически очень активное вещество, в нем горят все органики и углеводороды: при сжигании с водородом образует очень токсичный и коррозионно-активный фтористый водород (НР). Таким образом, фтор очень надежно обеспечивает самовоспламенение топлива с любым горючим.
Фтор очень хорошо смешивается и соединяется с кислородом, образуя при этом смеси и соединения окислителей, которые удобно использовать при сжигании углеводородных горючих. Как окислитель фтор лучше всего применять с водородом или другими веществами, где водород является основной горючей составляющей, например, с аммиаком. Такие топлива обеспечивают наибольший удельный импульс. В настоящее время производство фтора развито очень широко, так как его производная, газ фреон, применяется в бытовых холодильниках, а фторопласты — пластмассы на основе фтор углерода — в машиностроении, химической промышленности н атомной энергетике.
Основным сырьем для получения фтора служит флюорнт — плавиковый шпат (СаРэ). Промышленный способ производства — электролиз раствора бнфторида калия в безводном фтористом водороде с последующим сжижением, охлаждением жидким азотом. Фтор является чрезвычайно токсичным веществом и, кроме того, вследствие исключительной химической активности поражает кожные покровы, слизистые оболочки, особенно дыхательных путей н обладает паралитическим действием. Характерный раздражающий запах фтора обнаруживается при концентрациях 2!О-а, минимально допустимая концентрация для восьмичасового рабочего дня составляет б'10-г, а для коротких периодов работы в атмосфере с присутствием паров фтора— до 3 10-6.
Прн работе со фтором надо пользоваться кислородными или воздушными масками со шланговым питанием или изолирующими кислородными или воздушными противогазами типа «акваланг». Применение защитных противогазов с поглочителями недопустимо, так как возможно воспламенение и взрыв поглотителя (например, активированный уголь взрывается). Учитывая возможность поражения кожных покровов, при работе со фтором нужно применять специальную, защитную, быстроснимающуюся одежду, изготовленную из несгораемых материалов на основе неопрена. Даже специальная одежда в атмосфере с предельными концентрациями фтора имеет ограниченный срок службы, она должна периодически контролироваться и заменяться.
Взрыво- и пожароопасность фтора обусловлена его исключительной химической активностью. Все углеводороды и органики во фторе воспламеняются и горят, как в кислороде, некоторые со взрывом. Большинство реакций может начинаться при нормальной температуре или при подогреве до 30 — 30'С; 300 — 320 К. т5 Все емкости и трубопроводы для фтора, краны, клапаны и другие детали, с которыми соприкасается фтор, должны быть тщательно очищены от технической грязи, обезжирены, промыты и высушены. Очень полезна пассивация сначала сухим азотом, затем малыми концентрациями газообразного фтора или трифторида хлора.
После вытеснения всего газообразного азота и пассивации газофазным фтором через 10 — 15 мин на поверхности металла образуется пленка фторида, система продувается и может заполняться жидким фтором. Коррозионная активность фтора очень велика и для работы с ним нужен очень тщательный подбор конструкционных материалов. Наиболее стойкими во фторе считаются красная аналитическая медь, никель и монель-металл. Относительно стойкими являются чистый алюминий и некоторые марки нержавеющей стали и бронзы.
В условиях повышенных температур рекомендуется применять медь, никель и монель-металл, которые стойки до 873 — 973 К. При контакте чистого фтора с поверхностью металла обычно образуется пленка довольно стойких фторидов металла. Образование пленки препятствует дальнейшему разрушению детали, но с увеличением температуры, давления или скорости движения жидкости по поверхности пленка фторида может разрушаться, затем снова образовываться и снова разрушаться ч так до полного разрушения детали. Такой процесс в некоторых случаях может привести к образованию внутреннего очага горения металла конструкции в жидком фторе и взрыву. Из прокладочных материалов со фтором удовлетворительно работают медь и алюминий, а при отсутствии непосредственного контакта с жидкостью — тефлон, до температуры не выше 373 К.
В качестве смазки рекомендуется фторкарболовое масло. Транспортировка и хранение фтора. Перевозка газообразного фтора производится в стальных баллонах емкостью до 1О л при давлении в баллоне до !60 кгс/см'.. Жидкий фтор перевозится в специальных стальных или никелевых баллонах под давлением 27 — 30 кгс/смз. Наддув баллонов производится газообразным гелием, газообразный азот при контакте с жидким фтором конденсируется и застывает. Длительное хранение и перевозку жидкого фтора надо производить в баках с вакуум-порошковой теплоизоляцией.
Наилучшая теплоизоляция обеспечивается в баках с тройными стенками и экраном, охлаждаемым жидким азотом (см. рис. 3.3) [411. В таких условиях возможно хранение жидкого фтора до 15— 20 суток, обычная потеря фтора не превышает 0,75 — 1,5%, а для азота — от 4 до 87, в сутки.
В качестве конструкционных материалов для баков, в которых хранится фтор, рекомендуется использовать медь, алюминий, магний, никель и легированные стали. Складские помещения, где располагаются баки для хра- нения, должны иметь специальные вентиляционные и холодильные системы для отбора и конденсации паров фтора. В малых количествах возможна нейтрализация паров фтора специальными поглотителямп. В результате последних исследований по фтору (40) выявилась заметная разница в опубликованных данных о плотности фтора в зависимости от температуры.
Так, в пределах температур жидкофазного состояния поданным Сарнера и Миллера (40) плотность меняется от 1,679 г/см' при 58 К до 1,47 г/см' при 90 К. Среднее значение плотности, обычно принимаемое в расчетах для оценки размеров баков, труб и других систем равным 1,55 г/см', рекомендуется корректировать в соответствии с частными условиями системы. Так как жидкий фтор при движении смывает и даже воспламеняет образовавшуюся на металле пленку фторида, скорость его движения по трубам не должна превышать 10 м/с. Все стыки и соединения лучше делать сварными.
Резьбовые соединении лучше не применять из-за трудностей очистки н удаления технологической грязи с резьбовых поверхностей. Ненадежная очистка этих поверхностей может привести к воспламенению и взрыву внутри соединения. Дифторид кислорода, или моноокись фтора В газообразном состоянии бесцветна, обладает неприятным запахом фтора. В жидком виде бело-желтого цвета, очень подвижна и гигроскопична. Моноокись фтора представляет собой соединение двух активных окислителей — кислорода и фтора.
Содержание фтора велико — до 727о. При нагревании до 575К моноокись медленно разлагается на фтор и кислород с малым поглощением тепла. Продукты сгорания всегда содержат много фтористого водорода (НГ). Моноокись — химически очень активное вещество, и с горючими органического происхождения надежно обеспечивает самовоспламенение. Особенно целесообразно ее использование с горючими, содержащими большое количество углерода. Со фтором смешивается в широких пределах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
