RU2299375C1 - Method and device for distributing gas - Google Patents

Method and device for distributing gas Download PDF

Info

Publication number
RU2299375C1
RU2299375C1 RU2006102862/06A RU2006102862A RU2299375C1 RU 2299375 C1 RU2299375 C1 RU 2299375C1 RU 2006102862/06 A RU2006102862/06 A RU 2006102862/06A RU 2006102862 A RU2006102862 A RU 2006102862A RU 2299375 C1 RU2299375 C1 RU 2299375C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
pressure
pipelines
gas
gas flow
Prior art date
Application number
RU2006102862/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Юрьевич Мелешко (RU)
Владимир Юрьевич Мелешко
Валерий Александрович Карелин (RU)
Валерий Александрович Карелин
Виктор Михайлович Атаманюк (RU)
Виктор Михайлович Атаманюк
Георгий Яковлевич Павловец (RU)
Георгий Яковлевич Павловец
Петр Николаевич Наумов (RU)
Петр Николаевич Наумов
кин Владимир Юрьевич Ал (RU)
Владимир Юрьевич Алякин
Юрий Леонидович Краснобаев (RU)
Юрий Леонидович Краснобаев
Original Assignee
Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого filed Critical Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого
Priority to RU2006102862/06A priority Critical patent/RU2299375C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2299375C1 publication Critical patent/RU2299375C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: storing or distributing gases or liquids.
SUBSTANCE: method comprises supplying gas from the high-pressure tank to consumers through the pipelines and connecting the outlet of the tank with collector. The air is supplied from the collector to the first supplying pipeline through the first sonic nozzle and valving member mounted downstream of the nozzle. The remainder supplying pipelines are supplied with air through the second and subsequent sonic nozzles provided with diaphragms mounted downstream of them. The air is distributed from each supplying pipeline over all consumers through the corresponding consuming sections. The diaphragms are broken out forcedly by the signal from the pressure gage mounted on the high-pressure tank. The device for distributing gas is also proposed.
EFFECT: improved environmental protection.
5 cl, 4 dwg,

Description

Изобретение относится к газовому машиностроению и более конкретно к способам и устройствам распределения расхода газа из емкости высокого давления по нескольким потребителям в условиях высокого стабилизированного общего расхода и с опорожнением емкости высокого давления в течение ограниченного времени. Такие способы и устройства находят применение при испытаниях моделей в высокоскоростных аэродинамических трубах, в системах пожаротушения с помощью инертных газов, в устройствах разбавления аварийных выбросов ядовитых веществ в химической промышленности, а также в системах дожигания продуктов неполного сгорания твердых ракетных топлив воздухом, подаваемым из емкостей высокого давления, при утилизации зарядов твердых ракетных топлив сжиганием в корпусе без сопла на установке утилизации закрытого типа.The invention relates to gas engineering and more specifically to methods and devices for distributing gas flow from a high pressure vessel to several consumers under conditions of high stable total flow and emptying the high pressure vessel for a limited time. Such methods and devices are used in testing models in high-speed wind tunnels, inert gas fire extinguishing systems, in devices for diluting accidental emissions of toxic substances in the chemical industry, as well as in afterburning systems for incomplete combustion of solid rocket fuels with air supplied from high-capacity tanks pressure during the utilization of solid rocket fuel charges by burning in a housing without a nozzle in a closed-type recycling plant.

При подаче газа из емкости в магистраль потребителя через ограничитель расхода со звуковым истечением (сопло, диафрагма) постоянного проходного сечения в емкости высокого давления будет происходить падение давления со снижением расхода, поскольку при звуковом истечении массовый расход является функцией давления перед сопломWhen gas is supplied from the tank to the consumer’s main line through a flow restrictor with sound outflow (nozzle, diaphragm) of constant flow area, a pressure drop will occur in the high-pressure reservoir, with a decrease in flow rate, because during sound outflow the mass flow is a function of the pressure in front of the nozzle

Figure 00000002
Figure 00000002

где Р - давление перед соплом;where P is the pressure in front of the nozzle;

F - площадь критического сечения сопла;F is the critical sectional area of the nozzle;

Г - функция показателя адиабаты газа;G is the function of the gas adiabatic exponent;

R - газовая постоянная;R is the gas constant;

Т - абсолютная температура.T is the absolute temperature.

Известен способ кратковременной подачи большого расхода воздуха из емкости высокого давления или баллонной группы через быстродействующий пусковой кран в аэродинамическую трубу высоких скоростей. При этом время действия такой трубы ограничено временем падения расхода в пределах допуска, так что большая часть накопленного запаса воздуха не используется [1].A known method for the short-term supply of a large flow of air from a high-pressure tank or balloon group through a high-speed starting crane to a high-speed wind tunnel. Moreover, the time of action of such a pipe is limited by the time the flow falls within the tolerance, so that most of the accumulated air supply is not used [1].

Известны способы подачи газа из емкости высокого давления в магистраль потребителя через газовый редуктор давления, дросселирующее проходное сечение которого изменяется в зависимости от давления в емкости и усилия пружин, поддерживая, таким образом, заданный постоянный расход [2]. Известны варианты этого способа, при которых регулирующий клапан имеет электрический привод и изменение проходного сечения между золотником и седлом осуществляется за счет перемещения золотника электромоторным приводом. Команды на электропривод вырабатываются с помощью датчиков давления на приемнике газа и преобразователя сигналов. В этом случае масса золотника не оказывает существенного влияния, но скорость перемещения зависит от динамических характеристик электродвигателя, передаточного отношения шестеренчатого редуктора и свободного хода редуктора [3]. Общим недостатком данного способа является инерционность подвижного органа газового редуктора с мощными пружинами и большая масса при высоких расходах и диаметрах магистрали, например, при диаметре магистрали 400 мм и расходе 300-400 кг/с.Known methods of supplying gas from a high pressure tank to the consumer line through a gas pressure reducer, the throttling passage section of which varies depending on the pressure in the tank and the force of the springs, thus maintaining a predetermined constant flow rate [2]. Variants of this method are known in which the control valve has an electric actuator and a change in the flow area between the spool and the seat is due to the movement of the spool by an electric motor drive. Commands for the electric drive are generated using pressure sensors on the gas receiver and a signal converter. In this case, the mass of the spool does not have a significant effect, but the speed of movement depends on the dynamic characteristics of the electric motor, the gear ratio of the gear reducer, and the gear free travel [3]. A common disadvantage of this method is the inertia of the movable body of the gas reducer with powerful springs and a large mass at high flow rates and diameters of the highway, for example, when the diameter of the highway is 400 mm and the flow rate is 300-400 kg / s.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ и устройство подачи инертного газа пожаротушения, например азота или азотовоздушной смеси, к нескольким пожароопасным объектам при расходовании газа из емкости высокого давления. Устройство содержит емкость высокого давления, распределитель газа и трубопроводы к отдельным пожароопасным объектам, снабженные отдельными запирающими и газораспределяющими устройствами [4]. При этом не ставится требование стабилизации общего расхода на уровне всегда выше номинального, но с минимальным превышением. Недостатком такого распределения газа является снижение расхода к отдельным объектам в зависимости от времени и отбора газа на другие объекты.The closest in technical essence and adopted for the prototype is a method and device for supplying an inert fire extinguishing gas, such as nitrogen or a nitrogen-air mixture, to several fire hazardous objects when gas is consumed from a high-pressure tank. The device contains a high pressure tank, a gas distributor and pipelines to individual fire hazardous facilities, equipped with separate locking and gas distribution devices [4]. At the same time, there is no requirement to stabilize the total flow at a level always above the nominal, but with a minimum excess. The disadvantage of this gas distribution is the reduction in flow to individual objects depending on the time and gas extraction to other objects.

Технической задачей, решаемой в настоящем изобретении, являлось создание способа и устройства для его осуществления, обеспечивающих непрерывное истечение воздуха или газа из емкости высокого давления со стабилизированным общим расходом на уровне всегда выше номинального, но с минимальным превышением, кратность которого объему емкости по постоянной времени истечения составляет десятки или сотни секунд. Постоянная времени истечения (характеристическое время) определяетсяThe technical problem solved in the present invention was the creation of a method and device for its implementation, providing continuous flow of air or gas from a high pressure tank with a stabilized total flow rate at a level always higher than the nominal, but with a minimum excess, the multiplicity of which is the volume of the tank in constant time is tens or hundreds of seconds. The expiration time constant (characteristic time) is determined

Figure 00000003
Figure 00000003

где V - объем емкости высокого давления;where V is the volume of the pressure vessel;

Fкр - площадь критического сечения выходного сопла;F cr - the area of the critical section of the outlet nozzle;

анач - скорость звука в воздухе в исходном состоянии емкости высокого давления.and nach is the speed of sound in air in the initial state of the high-pressure tank.

Такая техническая задача была поставлена при модификации стенда утилизации ракетных двигателей на твердом топливе путем сжигания в бессопловом варианте, описанным в книге Л.В.Забелин, Р.В.Гафиятуллин, А.Н.Поник, В.Ю.Мелешко. Основы промышленной технологии утилизации крупногабаритных твердотопливных зарядов. - М.: Недра, 2004, с.83-88. Экологически безопасный вариант стенда предусматривает дожигание и нейтрализацию продуктов неполного сгорания в газожидкостном эжекторе с подачей воздуха дожигания из емкостей высокого давления. Воздух в газожидкостный эжектор (ГЖЭ) должен поступать с таким номинальным расходом, чтобы обеспечивалось практически полное дожигание. Однако опорожнение емкостей высокого давления через простые запорные устройства не позволяет обеспечить стабильный расход воздуха в газожидкостный эжектор, так что, например, при постоянном расходе продуктов неполного сгорания полнота дожигания будет изменяться от требуемой до недостаточной или, в другом варианте, объем подаваемого воздуха дожигания будет избыточным практически в течение всего времени горения твердого топлива, но для этого потребуется существенно завышенный исходный объем воздуха в емкости высокого давления, а газожидкостный эжектор будет работать при завышенных скоростных режимах, в результате чего время пребывания газа и воздуха в канале газожидкостного эжектора для осуществления полного дожигания будет недостаточным. Кроме того, значительная часть запаса воздуха не будет использована.This technical task was posed when modifying the test bench for the utilization of solid-propellant rocket engines by burning in a non-fuel version described in the book by L.V. Zabelin, R.V. Gafiyatullin, A.N. Ponik, V.Yu. Meleshko. Fundamentals of industrial technology for the disposal of large solid propellant charges. - M .: Nedra, 2004, p. 83-88. An environmentally friendly version of the stand provides for the afterburning and neutralization of products of incomplete combustion in a gas-liquid ejector with the supply of afterburning air from high pressure tanks. The air in the gas-liquid ejector (GJE) must come with such a nominal flow rate that provides almost complete afterburning. However, emptying the pressure vessels through simple shut-off devices does not allow for a stable air flow into the gas-liquid ejector, so that, for example, with a constant flow of products of incomplete combustion, the completeness of afterburning will change from required to insufficient or, in another embodiment, the amount of supplied afterburning air will be excessive almost the entire time of burning solid fuel, but this will require a significantly overestimated initial volume of air in the high-pressure tank, and gas the liquid ejector will operate at high speed modes, as a result of which the residence time of gas and air in the channel of the gas-liquid ejector for complete afterburning will be insufficient. In addition, a significant portion of the air supply will not be used.

Решение поставленной технической задачи было достигнуто тем, что в способе распределения расхода газа по потребителям в системе, состоящей из источника газа высокого давления и соединенных с ним трубопроводов потребителей, включающем подачу газа из емкости высокого давления по трубопроводам потребителей, отличающийся тем, что соединяют через задвижку выход емкости конечного объема с коллектором, воздух из которого в первый питательный трубопровод подают через первое звуковое сопло и установленное за ним пусковое запорное средство, а в остальные питательные трубопроводы воздух подают через второе и последующие звуковые сопла с установленными за ними безударными безосколочными пиромембранами, воздух из каждого питательного трубопровода распределяют по всем потребителям через соответствующие секции потребления, безударные безосколочные пиромембраны прорывают принудительно по сигналам датчика давления на емкости высокого давления, причем распределение давлений срабатывания датчика задают с помощью выбора коэффициентов настройки, определяющих расчетные снижения давлений и расходов через проходные сечения звуковых сопел к концам расчетных временных участков периода работы устройства распределения расхода газа, число питательных трубопроводов равно числу расчетных временных участков, при открытии пускового запорного устройства первого трубопровода начальный расход газа задают выше номинального в соответствии с коэффициентом настройки, перед прорывом первой и каждой следующей безударной безосколочной пиромембраны расход принимают равным номинальному, после прорыва безударной безосколочной пиромембраны расход завышают на коэффициент настройки, отсечку опорожнения производят закрытием задвижки перед коллектором. При открытии запорного устройства расход газа задают в 1,5 раза выше номинального. Коэффициенты настройки задают одинаковыми по всем временным участкам периода работы устройства распределения расхода газа. Коэффициенты настройки задают различными по временным участкам периода работы устройства распределения расхода газа.The solution of the technical problem was achieved in that in a method for distributing gas flow to consumers in a system consisting of a high pressure gas source and consumer pipelines connected to it, including supplying gas from a high pressure tank through consumer pipelines, characterized in that they are connected through a valve the output of the final volume tank with a collector, air from which is supplied to the first feed pipe through the first sound nozzle and the starting locking means installed behind it, and air is supplied to the remaining supply pipelines through the second and subsequent sound nozzles with shock-free shatterproof pyromembranes installed behind them, air from each feed pipe is distributed to all consumers through the corresponding consumption sections, shock-free shatterproof pyromembranes are forcedly burst by the signals of the pressure sensor on the high-pressure vessels, and the distribution pressure response of the sensor is set using a selection of tuning factors that determine the calculated reduced pressure and flow rates through passage sections of sound nozzles to the ends of the calculated time sections of the gas flow distribution device operation period, the number of supply pipelines is equal to the number of calculated time sections, when the starting shut-off device of the first pipeline is opened, the initial gas flow rate is set higher than the nominal one in accordance with the setting factor by the breakthrough of the first and each subsequent shock-free shatterproof pyromembrane, the flow rate is taken equal to the nominal, after the breakthrough of the shock-free shatterproof In the case of a pyromembrane, the flow rate is overestimated by the tuning factor, the discharge is cut off by closing the valve in front of the collector. When the shut-off device is opened, the gas flow rate is set 1.5 times higher than the nominal value. The adjustment coefficients are set the same for all time sections of the period of operation of the gas flow distribution device. The adjustment factors are set different in time sections of the period of operation of the gas flow distribution device.

Устройство распределения расходов газа по потребителям, содержащее емкость высокого давления и трубопроводы потребителей с запорными и распределительными средствами, отличающееся тем, что емкость высокого давления соединена через задвижку с коллектором, к которому подсоединены питательные трубопроводы, первый питательный трубопровод снабжен первым звуковым соплом и вниз по потоку от него пусковым запорным средством, второй и последующие питательные трубопроводы снабжены вторым и последующими звуковыми соплами и вниз по потоку от них безударными безосколочными пиромембранами, каждый питательный трубопровод делится на трубы по числу потребителей, к каждому потребителю подсоединены трубы от каждого питательного трубопровода. Второй и последующие трубопроводы потребителей вниз по потоку от безударных безосколочных пиромембран соединены с первым трубопроводом потребителя через жиклеры создания противодавления в выходных коллекторах потребителей.A device for distributing gas flow rates to consumers, comprising a high-pressure container and consumer pipelines with shut-off and distribution means, characterized in that the high-pressure tank is connected through a valve to a manifold to which the feed pipelines are connected, the first feed pipe is provided with a first sound nozzle and downstream from it starting locking means, the second and subsequent feed pipelines are equipped with second and subsequent sound nozzles and downstream of their shock-free shatterproof pyromembranes, each feed pipe is divided into pipes by the number of consumers, pipes from each feed pipe are connected to each consumer. The second and subsequent consumer pipelines downstream of the impactless shatterproof pyromembranes are connected to the first consumer pipeline through backpressure jets in the consumer outlet collectors.

Сравнительный анализ существенных признаков прототипа и предлагаемого способа показывает, что отличительными существенными признаками предложения являются такие, в соответствии с которыми:A comparative analysis of the essential features of the prototype and the proposed method shows that the distinctive essential features of the proposal are those in accordance with which:

- выход емкости высокого давления через задвижку соединяют с коллектором;- the output of the high pressure vessel through the valve is connected to the manifold;

- воздух из коллектора в первый питательный трубопровод подают через пусковое запорное средство и установленное за ним звуковое сопло;- air from the collector to the first feed pipe is fed through the starting locking means and the sound nozzle installed behind it;

- воздух из коллектора в остальные питательные трубопроводы подают через звуковые сопла и установленные за ними пиромембраны;- air from the collector to the remaining feed pipelines is fed through sound nozzles and pyromembranes installed behind them;

- воздух из каждого питательного трубопровода распределяют по всем потребителям через секции потребления;- air from each feed pipe is distributed to all consumers through the consumption section;

- мембраны прорывают принудительно по сигналам от датчика давления на емкости высокого давления.- membranes break through forcibly by signals from a pressure sensor on a high-pressure tank.

Сущность настоящего изобретения будет понятна из рассмотрения чертежей, где:The essence of the present invention will be clear from a consideration of the drawings, where:

фиг.1 представляет общую схему подачи воздуха в газожидкостный эжектор по настоящему изобретению;figure 1 is a General diagram of the air supply to the gas-liquid ejector of the present invention;

фиг.2 показывает график снижения давления в емкости высокого давления при поддержании общего постоянного расхода в ГЖЭ с помощью пиромембран совместно со звуковыми соплами,figure 2 shows a graph of the pressure reduction in the high pressure vessel while maintaining the total constant flow rate in the GLC using pyromembranes together with sound nozzles,

фиг.3 представляет расчетные расходы воздуха при нерегулируемом истечении из емкости высокого давления и истечении через последовательно по времени подключаемые звуковые сопла по настоящему предложению в сравнении с расходом продуктов сгорания и требуемого для них номинального расхода воздуха,figure 3 represents the estimated air flow at uncontrolled outflow from the high-pressure tank and expiration through successively connected sound nozzles of the present proposal in comparison with the flow of combustion products and the required nominal air flow for them,

и следующего описания примера выполнения изобретения.and the following description of an example embodiment of the invention.

Как показано на фиг.1, система подачи воздуха дожигания модифицированного стенда утилизации ракетных двигателей на твердом топливе путем сжигания в бессопловом варианте включает газожидкостный эжектор 1 с тремя секциями 2, 3, 4 подачи воздуха дожигания, батарею емкостей высокого давления 5, соединенную через задвижку 6 с коллектором 7. От коллектора 7 отходят первый трубопровод 8 с запорным устройством 9 и первым звуковым соплом 10, второй трубопровод 11 с безударной безосколочной пиромембраной 12 и вторым звуковым соплом 13 и третий трубопровод 14 с безударной безосколочной пиромембраной 15 и третьим звуковым соплом 16. Перед газожидкостным эжектором 1, имеющим три секции подачи воздуха дожигания 2, 3, 4, каждый из трубопроводов 8, 11 и 14 разделяется на три трубы 8-2, 8-3, 8-4, 11-2, 11-3, 11-4, 14-2, 14-3, 14-4, которые подсоединяются к соответствующим секциям 2, 3 и 4. Секции 2, 3 и 4 имеют, соответственно, по три коллектора каждая с рядами распределительных выходных сопел или отверстий (не показаны) для равномерного распределения подаваемого воздуха дожигания по внутреннему объему канала газожидкостного эжектора. Батарея емкостей высокого давления снабжена датчиками давления 17 и датчиками температуры 18. Питательные трубопроводы 11 и 14 соединены через жиклеры 19 и 20 соответственно с первым питательным трубопроводом 8.As shown in FIG. 1, the afterburning air supply system of a modified solid fuel rocket engine utilization stand by combustion in a non-nozzle embodiment includes a gas-liquid ejector 1 with three afterburning air supply sections 2, 3, 4, a high-pressure tank battery 5 connected through a valve 6 with a collector 7. From the collector 7, the first pipe 8 with a locking device 9 and the first sound nozzle 10, the second pipe 11 with an unshocked non-fragmentation pyromembrane 12 and the second sound nozzle 13 and the third pipe 1 4 with an impactless shatterproof pyromembrane 15 and a third sonic nozzle 16. In front of the gas-liquid ejector 1 having three sections of the afterburning air supply 2, 3, 4, each of the pipelines 8, 11 and 14 is divided into three pipes 8-2, 8-3, 8 -4, 11-2, 11-3, 11-4, 14-2, 14-3, 14-4, which are connected to the corresponding sections 2, 3 and 4. Sections 2, 3 and 4 have, respectively, three each collector with rows of distribution output nozzles or holes (not shown) for uniform distribution of the supplied afterburning air over the internal volume of the gas-liquid ejection channel a. The battery of high-pressure vessels is equipped with pressure sensors 17 and temperature sensors 18. The feed lines 11 and 14 are connected through the nozzles 19 and 20, respectively, with the first feed pipe 8.

При работе модифицированного стенда утилизации по сжиганию ракетного двигателя на твердом топливе с массой топлива 25000 кг в емкость высокого давления или батарею емкостей 5 с общим объемом 2400 м3 закачивают воздух до давления 3,0 МПа. Работу стенда начинают с продувки канала газожидкостного эжектора воздухом из емкости высокого давления в течение 30 с через задвижку 6, коллектор 7 и первый трубопровод 8 с открытым пусковым запорным средством 9 и через звуковое сопло 10 с максимальным расходом в 1,5 раза от номинального расхода дожигания. После этого осуществляют воспламенение РДТТ и в канал газожидкостного эжектора поступают продукты неполного сгорания. Воздух дожигания поступает в канал газожидкостного эжектора через выходные сопла коллекторов секций 2, 3, 4 по трубам 8-2, 8-3, 8-4 от питательного трубопровода 8. По питательным трубопроводам 11 и 14 через жиклеры 19 и 20 от питательного трубопровода 8 воздух противодавления поступает по трубам 11-2, 14-2 в коллекторы секции 2, по трубам 11-3, 14-3 в коллекторы секции 3 и по трубам 11-4, 14-4 в коллекторы секции 4 для исключения заброса горячих продуктов сгорания через выходные сопла в коллекторы и разрушения сопел. При снижении давления в емкости высокого давления 5 до величины, при которой расход воздуха соответствует номинальному расходу воздуха дожигания, например, 348 кг/с, проходящему через первое звуковое сопло f], подают команду на срабатывание первой безударной безосколочной пиромембраны 12 и воздух к газожидкостному эжектору начинает поступать уже через два звуковых сопла с площадями критических сечений F1 и F2 по двум питательным трубопроводам 8 и 11 с увеличенным в 1,5 раза расходом по сравнению с номинальным. По трубопроводу 14 через жиклер 20 продолжает поступать воздух с малым расходом по трубам 14-2, 14-3, 14-4 в коллекторы секций 2, 3, 4 соответственно. При дальнейшем снижении давления в емкости высокого давления или батарее емкостей 5 до величины, при которой расход воздуха соответствует номинальному расходу воздуха дожигания, проходящему в сумме через звуковые сопла F1+F2, подают команду на срабатывание второй безударной безосколочной пиромембраны 15, и воздух дожигания к газожидкостному эжектору поступает уже через три звуковых сопла 10, 13 и 16 по трем питательным трубопроводам 8, 11, 14 с увеличенным в 1,5 раза расходом по сравнению с номинальным через суммарную площадь критических сечений F1+F2+F3.During operation of a modified disposal facility for burning a solid propellant rocket engine with a fuel mass of 25,000 kg, air is pumped to a pressure of 3.0 MPa into a high-pressure tank or a battery of tanks of 5 with a total volume of 2,400 m 3 . The work of the stand begins by blowing the channel of the gas-liquid ejector with air from the high-pressure vessel for 30 s through the valve 6, the collector 7 and the first pipe 8 with an open starting shutoff means 9 and through the sound nozzle 10 with a maximum flow rate of 1.5 times the nominal afterburning rate . After that, the solid propellant is ignited and incomplete combustion products enter the channel of the gas-liquid ejector. The afterburning air enters the channel of the gas-liquid ejector through the outlet nozzles of the collectors of sections 2, 3, 4 through the pipes 8-2, 8-3, 8-4 from the feed pipe 8. Through the feed pipes 11 and 14 through the nozzles 19 and 20 from the feed pipe 8 backpressure air flows through pipes 11-2, 14-2 into the collectors of section 2, through pipes 11-3, 14-3 into the collectors of section 3 and through pipes 11-4, 14-4 into the collectors of section 4 to prevent hot products of combustion through the outlet nozzles to the manifolds and the destruction of the nozzles. When the pressure in the high-pressure vessel 5 decreases to a value at which the air flow corresponds to the nominal afterburning air flow, for example, 348 kg / s passing through the first sonic nozzle f], a command is issued to actuate the first shock-free non-fragmentation pyromembrane 12 and air to the gas-liquid ejector it starts to flow through two sound nozzles with critical cross-sections F 1 and F 2 through two feed pipelines 8 and 11 with a 1.5 times increased flow rate compared to the nominal one. The pipeline 14 through the nozzle 20 continues to receive air with a low flow rate through pipes 14-2, 14-3, 14-4 in the collectors of sections 2, 3, 4, respectively. If the pressure in the high-pressure tank or battery of tanks 5 is further reduced to a value at which the air flow corresponds to the nominal afterburning air flow, passing in total through the sound nozzles F 1 + F 2 , a command is issued to trigger the second shock-free non-fragmentation pyromembrane 15, and the afterburning air the gas-liquid ejector enters through three sonic nozzles 10, 13 and 16 through three feed pipelines 8, 11, 14 with a 1.5 times increased flow rate compared to the nominal through the total critical cross-sectional area F 1 + F 2 + F 3.

Как показано на фиг.2, в соответствии со способом весь период сжигания разделяют на несколько расчетных участков по спаду давления путем задания коэффициентов настройки, например 1,5. Коэффициент настройки определяется как отношение начального давления или начального расхода на участке к конечному давлению или расходу на участке, так как mнач/mконначкон. Чем меньше коэффициент настройки, тем ближе максимальный расход из батареи емкостей высокого давления к номинальному, однако тем больше будет и число участков спада давления в заданном периоде сжигания. На первом участке воздух поступает в ГЖЭ через минимальную площадь критического сечения Fкр′, которая обеспечивает поступление воздуха в начальный момент с некоторым избытком по отношению к номинальному расходу, например, в 1,5 раза в соответствии с коэффициентом настройки. В конце этого временного участка, когда давление в емкости высокого давления снизится в 1,5 раза, массовый расход воздуха будет равен номинальному. Второй временной участок начинается с увеличенной площадью критического сечения F′кр+Fкр′′, например, в 1,5 раза, по отношению к Fкр′ за счет подключения в работу второго звукового сопла с F′′кр. В результате массовый расход возрастет до 1,5 расчетного расхода, и далее, в конце временного участка, массовый расход снизится до расчетного, если давление к этому моменту будет меньше давления в начале этого временного участка в 1,5 раза. Следующий временной участок назначается аналогично, с увеличением на коэффициент настройки площади критического сечения, например, в 1,5 раза по отношению F′кр+Fкр′′. В конце последнего временного участка массовый расход будет равен расчетному, если конечное давление будет выше давления в ГЖЭ по меньшей мере в два раза. Число питательных трубопроводов равно числу расчетных временных участков. На фиг.3 приведены изменения во времени расходов воздуха дожигания при истечении его из емкости высокого давления через одно звуковое сопло с постоянным критическим сечением и начальным расходом 522 кг/с (кривая 1), через одно звуковое сопло с начальным номинальным расходом 348 кг/с (кривая 2), через последовательно по времени подключаемые звуковые сопла по настоящему предложению (кривая 3) в сравнении с номинальным расходом воздуха, требуемым для дожигания (кривая 4) и усредненным по времени расходом продуктов сгорания (кривая 5).As shown in figure 2, in accordance with the method, the entire combustion period is divided into several calculated sections for the pressure drop by setting tuning factors, for example 1.5. The tuning factor is defined as the ratio of the initial pressure or initial flow rate in the area to the final pressure or flow rate in the area, since m start / m con = P start / R con . The lower the coefficient of adjustment, the closer the maximum flow rate from the battery of high-pressure vessels to the nominal, however, the greater will be the number of sections of the pressure drop in a given period of combustion. In the first section, air enters the GLC through the minimum critical cross-sectional area F cr ′, which provides air at the initial moment with a certain excess relative to the nominal flow rate, for example, by 1.5 times in accordance with the tuning factor. At the end of this time period, when the pressure in the pressure vessel drops 1.5 times, the mass air flow will be equal to the nominal. The second time section begins with an increased critical cross-sectional area F ′ cr + F cr ′ ′, for example, by 1.5 times, with respect to F cr ′ due to the connection of the second sound nozzle with F ′ ′ cr . As a result, the mass flow rate will increase to 1.5 of the estimated flow rate, and then, at the end of the temporary section, the mass flow rate will decrease to the calculated one if the pressure at this point is 1.5 times less than the pressure at the beginning of this temporary section. The next time section is assigned in the same way, with an increase by the coefficient of adjustment of the critical section area, for example, by 1.5 times in relation to F ′ cr + F cr ′ ′. At the end of the last time section, the mass flow rate will be equal to the calculated one if the final pressure is at least two times higher than the pressure in the GLC. The number of feed pipelines is equal to the number of estimated time sections. Figure 3 shows the changes in time of afterburning air flow rates when it expires from a high-pressure vessel through one sound nozzle with a constant critical section and an initial flow rate of 522 kg / s (curve 1), through one sound nozzle with an initial nominal flow rate of 348 kg / s (curve 2), through successively connected sound nozzles of this proposal (curve 3) in comparison with the nominal air flow rate required for afterburning (curve 4) and the time-averaged flow rate of combustion products (curve 5).

В таблице дан пример расчета площадей критических сечений по временным участкам и продолжительностей временных участков для РДТТ первой ступени с номинальным расходом воздуха 348 кг/с и начальной расчетной площадью критического сечения для номинального расхода Fкр=0,04973 м2. Начальное давление в емкости высокого давления 3,0 МПа, объем емкости высокого давления 2400 м3. Мгновенное увеличение суммарной площади критических сечений может быть достигнуто с помощью снабженных безударными безосколочными пиромембранами параллельных подводов в ГЖЭ. Это не потребует больших затрат. Управление безударными безосколочными пиромембранами может быть осуществлено по расчетным временам участков с дополнительным контролем датчиками давления. При срабатывании безударных безосколочных пиромембран не образуется воздушная ударная волна и отсутствуют летящие осколки внутри трубопровода. С помощью коэффициентов настройки может быть проведена оптимизация системы подачи воздуха, например, по временным участкам, по максимальному конечному давлению в емкости высокого давления к концу сжигания, по минимальному избытку воздуха и т.п. Коэффициенты настройки по участкам могут быть как одинаковыми, так и различными.The table gives an example of calculating the areas of critical sections for temporary sections and the durations of temporary sections for solid-state solid-propellant rocket engines of the first stage with a nominal air flow rate of 348 kg / s and an initial calculated critical section area for a nominal flow rate F cr = 0.04973 m 2 . The initial pressure in the high pressure vessel is 3.0 MPa, the volume of the high pressure vessel is 2400 m 3 . An instant increase in the total critical cross-sectional area can be achieved by using parallel inlets equipped with shock-free shatterproof pyromembranes in the GLC. It does not require large expenses. Management of shock-free shatterproof pyromembranes can be carried out according to the estimated times of the sections with additional control by pressure sensors. When triggered shock-free shatterproof pyromembranes do not form an air shock wave and there are no flying fragments inside the pipeline. Using tuning factors, the air supply system can be optimized, for example, in temporary sections, by the maximum final pressure in the high-pressure vessel at the end of the combustion, by the minimum excess of air, etc. The adjustment factors for the plots can be the same or different.

ТаблицаTable Пример расчета системы ступенчатого задания расхода воздуха в ГЖЭCalculation example of a system for step-by-step setting of air flow in the GLC ПараметрыOptions УчасткиPlots 1one 22 33 Коэффициент настройкиTuning factor 1,51,5 1,51,5 1,71.7 Начальный расход на участке, кг/сInitial flow rate, kg / s 522522 522522 591,6591.6 Конечный расход на участкеFinal consumption on the site 348348 348348 348348 Начальное давление на участке, МПаInitial pressure on the site, MPa 33 22 1,331.33 Конечное давление на участке, МПаThe final pressure on the site, MPa 22 1,331.33 0,7820.782 Fкр на участке, м2 F cr on the plot, m 2 0,074590,07459 0,111890,11189 0,19020.1902 Постоянная времени txap на участке, сThe time constant t xap on the plot, s 97,597.5 6565 38,238,2 Продолжительность участка, сDuration of the site, s 68,368.3 45,5345.53 35,0635.06

Использование относительных продолжительностей t/txap временных участков на диаграмме работы системы менее 1 позволяет получить практически линейную кусочно-гладкую зависимость снижения давления в емкости высокого давления от времени работы системы. Это следует из экспоненциальной зависимости опорожнения емкости от времени, разложение которой в ряд при t*<1 дает:The use of relative durations t / t xap of time sections on the system operation diagram of less than 1 allows one to obtain an almost linear piecewise smooth dependence of the pressure drop in the high-pressure vessel on the system operation time. This follows from the exponential dependence of the capacity emptying on time, the expansion of which in a series at t * <1 gives:

P*=1-At*+(At*)2/2,P * = 1-At * + (At *) 2/2,

где третий член разложения существенно меньше второго и может не учитываться. Здесь Р*=Р/Рнач; t*=t/txap.where the third term of the expansion is significantly smaller than the second and may not be taken into account. Here P * = P / P beg ; t * = t / t xap .

В отличие от устройства с работой последовательно по времени подключаемых звуковых сопел в один питательный трубопровод настоящее предложение позволяет исключить толчки расхода при срабатывании безударных безосколочных пиромембран во всех коллекторах секций потребителей, кроме одного. К тому же, пик расхода при срабатывании безударной безосколочной пиромембраны сглаживается при заполнении соответствующего питательного трубопровода, труб и коллекторов секций потребителей. Применительно к процессам дожигания продуктов сгорания это позволяет исключить проскок воздуха без взаимодействия с продуктами неполного сгорания.Unlike a device with sound nozzles connected sequentially in time to a single feed pipe, this proposal allows eliminating flow shocks during the operation of shock-free shatterproof pyromembranes in all collectors of consumer sections except one. In addition, the flow peak during the operation of an impactless shatterproof pyromembrane is smoothed when the corresponding feed pipe, pipes and collectors of consumer sections are filled. With regard to the processes of afterburning of combustion products, this allows to eliminate air leakage without interacting with products of incomplete combustion.

Реализация настоящего предложения в конструкции стенда утилизации ракетных двигателей на твердом топливе путем сжигания в бессопловом варианте позволяет более полно использовать накопленный запас воздуха высокого давления с обеспечением высокой полноты дожигания в течение всего времени работы ракетного двигателя.The implementation of this proposal in the construction of a booth for the utilization of solid propellant rocket engines by burning in a non-nozzle version allows more fully use the accumulated stock of high pressure air with high completeness of afterburning during the entire operation of the rocket engine.

Реализация настоящего предложения в конструкции газовой системы пожаротушения огнеопасных объектов позволяет обеспечить подачу изолирующего огонь газа с высоким расходом как при обнаружении возгорания, так и в завершающий момент, что исключает вероятность повторного воспламенения.The implementation of this proposal in the design of a gas fire extinguishing system for flammable objects allows for the supply of insulating gas with a high flow rate both when a fire is detected and at the final moment, which eliminates the possibility of re-ignition.

Источники информацииInformation sources

1. А.К.Мартынов. Экспериментальная аэродинамика. М.: Оборонгиз 1958, стр.105, рис.5.15.1. A.K. Martynov. Experimental aerodynamics. M .: Oborongiz 1958, p. 105, Fig. 5.15.

2. Н.М.Беляев, Н.П.Белик, Е.И.Уваров. Реактивные системы управления летательных аппаратов. М.: Машиностроение 1979, стр.45, рис.2.5.2. N.M. Belyaev, N.P. Belik, E.I. Uvarov. Reactive aircraft control systems. M.: Mechanical Engineering 1979, p. 45, Fig. 2.5.

3. ЕР 1336795, 2003.3. EP 1336795, 2003.

4. JP 2004130054, 20044.JP 2004130054, 2004

Claims (5)

1. Способ распределения расхода газа по потребителям в системе, состоящей из источника газа высокого давления и соединенных с ним трубопроводов потребителей, включающий подачу газа из емкости высокого давления по трубопроводам потребителей, отличающийся тем, что соединяют через задвижку выход емкости высокого давления с коллектором, воздух из которого в первый питательный трубопровод подают через первое звуковое сопло и установленное за ним пусковое запорное средство, а в остальные питательные трубопроводы воздух подают через второе и последующие звуковые сопла с установленными за ними безударными безосколочными пиромембранами, воздух из каждого питательного трубопровода распределяют по всем потребителям, безударные безосколочные пиромембраны прорывают принудительно по сигналам датчика давления на емкости высокого давления, причем распределение давлений срабатывания датчика задают с помощью выбора коэффициентов настройки, определяющих расчетные снижения давлений и расходов через проходные сечения звуковых сопел в концах расчетных временных участков периода работы устройства распределения расхода газа, число питательных трубопроводов равно числу расчетных временных участков, при открытии пускового запорного устройства первого трубопровода начальный расход газа задают выше номинального в соответствии с коэффициентом настройки, перед прорывом первой и каждой следующей безударной безосколочной пиромембраны расход принимают равным номинальному, после прорыва безударной безосколочной пиромембраны расход завышают на коэффициент настройки, отсечку опорожнения производят закрытием задвижки перед коллектором.1. A method of distributing gas flow to consumers in a system consisting of a high pressure gas source and consumer pipelines connected to it, comprising supplying gas from the high pressure reservoir to consumer pipelines, characterized in that the outlet of the high pressure reservoir is connected to the manifold via a valve, air from which the first feed pipe is fed through the first sound nozzle and the starting locking means installed behind it, and air is fed into the remaining feed pipes through the second subsequent sound nozzles with shock-free non-fragmentation pyromembranes installed behind them, air from each feed pipe is distributed to all consumers, shock-free non-fragmentation pyromembranes are forced to break through the pressure sensor signals at high pressure vessels, and the pressure distribution of the response of the sensor is set using a selection of tuning factors that determine the calculated reduction pressures and flows through passage sections of sound nozzles at the ends of the calculated time sections period the operation of the gas flow distribution device, the number of supply pipelines is equal to the number of calculated time sections, when the starting shut-off device of the first pipeline is opened, the initial gas flow rate is set higher than the nominal one in accordance with the tuning factor, before the breakthrough of the first and each subsequent shock-free non-fragmentation pyromembrane, the flow rate is assumed to be nominal, after the break shock-free non-fragmentation pyromembrane flow rate is overestimated by the setting factor, the discharge is cut off by closing the rear buckle front of the collector. 2. Способ распределения расходов газа по п.1, отличающийся тем, что при открытии пускового запорного средства расход газа задают в 1,5 раза выше номинального.2. The method of distributing gas flow rates according to claim 1, characterized in that when opening the starting shut-off means, the gas flow rate is set 1.5 times higher than the nominal value. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты настройки задают одинаковыми для всех расчетных временных участков периода работы устройства распределения расхода газа.3. The method according to claim 1, characterized in that the tuning coefficients are set the same for all calculated time sections of the period of operation of the gas flow distribution device. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты настройки задают различными по расчетным временным участкам периода работы устройства распределения расхода газа.4. The method according to claim 1, characterized in that the tuning factors are set different in the calculated time sections of the period of operation of the gas flow distribution device. 5. Устройство распределения расходов газа, содержащее емкость высокого давления и трубопроводы потребителей с запорными и распределительными средствами, отличающееся тем, что емкость высокого давления соединена через кран с коллектором, к которому подсоединены питательные трубопроводы, первый питательный трубопровод снабжен первым звуковым соплом и вниз по потоку от него пусковым запорным средством, второй и последующие питательные трубопроводы снабжены вторым и последующими звуковыми соплами и вниз по потоку от них безударными безосколочными пиромембранами, каждый питательный трубопровод делится на трубы по числу потребителей, к каждому потребителю подсоединены трубы от каждого питательного трубопровода, причем второй и последующие питательные трубопроводы потребителей вниз по потоку от безударных безосколочных пиромембран соединены с первым питательным трубопроводом через жиклеры создания противодавления в выходных коллекторах потребителей.5. A gas flow distribution device comprising a high-pressure container and consumer pipelines with shut-off and distribution means, characterized in that the high-pressure tank is connected through a tap to a manifold to which the feed pipelines are connected, the first feed pipe is provided with a first sound nozzle and downstream from it starting locking means, the second and subsequent feed pipelines are equipped with second and subsequent sound nozzles and downstream of them shock-free without with split pyromembranes, each feed pipe is divided into pipes by the number of consumers, pipes from each feed pipe are connected to each consumer, and the second and subsequent feed pipes of consumers downstream of the shock-free split pyromembranes are connected to the first feed pipe through backpressure nozzles in the consumer outlet manifolds .
RU2006102862/06A 2006-02-01 2006-02-01 Method and device for distributing gas RU2299375C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102862/06A RU2299375C1 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method and device for distributing gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102862/06A RU2299375C1 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method and device for distributing gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2299375C1 true RU2299375C1 (en) 2007-05-20

Family

ID=38164189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006102862/06A RU2299375C1 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method and device for distributing gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2299375C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2343104B1 (en) Apparatus for ejecting material
EP1756456B1 (en) Controlled dispersion multi-phase nozzle and method of making the same
US5133183A (en) Gel/solid bipropellant propulsion system with energy management capability
CN110749445A (en) Ramjet direct-connected test device utilizing detonation driving technology
RU2299375C1 (en) Method and device for distributing gas
JPH0478888B2 (en)
CN101994601A (en) Fuel supplying system of lpi engine
US9915398B2 (en) Rapid gas exchange and delivery system
KR101465442B1 (en) Supply Apparatus of Gas Fuel Having Converging-Diverging Nozzle
Brophy et al. Detonation initiation improvements using swept-ramp obstacles
CN110271693B (en) Integrated cold air propulsion system
CN114776479B (en) Nitrous oxide kerosene bi-component liquid rocket engine power system
CN115419520A (en) Carrier rocket main and auxiliary integrated power system based on storage tank self-generated pressurizing air cushion and use method thereof
RU2359876C1 (en) Method for cleaning of rocket separating part from liquid toxic remains of rocket fuel components and device for its realisation
RU2786967C1 (en) Method for controlling a gas turbine engine with an afterburner
RU2339835C2 (en) Fuel-tank pressurisation system
CN117552894B (en) Rocket engine high-altitude simulation test method and equipment
US7926587B2 (en) Explosive water jet with precursor bubble
RU2143579C1 (en) Pressurization system for spacecraft engine plant propellant tanks (fuel tanks and oxidizer tanks)
US20100089460A1 (en) Valve, device and method for the generation of a fluid pulse
CN109238625A (en) Big-flow high-pressure oxygen long-time supply system
US6868790B1 (en) High velocity underwater jet weapon
RU2189485C2 (en) Propellant supply system for spacecraft engine plant
Bogdanoff New tube end closure system for the ram accelerator
CN114008404A (en) System and method for cleaning heat exchanger of boiler using shock wave

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130202