Расчет двигательной установки с жидкостным ракетным двигателем

Работа из раздела: «Производство и технологии»

Введение

двигательный установка ракетный

Звездная даль с глубокой древности притягивала к себе человеческий разум. Мысль о проникновении в космос казалась дерзкой и неосуществимой. Шло время и, наконец, уровень развития техники, науки и технологии позволил совершить первый полёт в космос.

Эра освоения космического пространства начиналась с запуска первого искусственного спутника Земли. Это событие произошло в октябре 1957 г.

В конце XIX-го в. - начале XX в. были заложены основы теории реактивного движения и механики тел переменной массы. В разработке этих вопросов неоценима роль выдающихся русских ученых Н.Е. Жуковского, И.В. Мещерского и др. Их работы стали основой теории движения ракет.

Крупнейшим вкладом в развитие реактивного движения явились работы знаменитого русского ученого К.Э. Циолковского, по праву считающегося основоположником современной ракетно-космической техники. Идеи, высказанные им, были смелы, они на десятилетия опережали развитие науки и технологии. К.Э. Циолковский был первым, кто увидел ракету как средство преодоления «земных окон». Воплощением его идей в жизнь занимаются крупные НИИ, КБ, заводы, предложенная им схема ракетного двигателя на жидком топливе стала базой для современных разработок. К.Э. Циолковским были предложены кислородно-углеводородные и кислородно-водородные топлива; регенеративное охлаждение камеры сгорания и сопла двигателя компонентами жидкого топлива; керамическая изоляция элементов конструкции; раздельное хранение и насосная подача компонентов топлива в смесительную головку камеры с последующим сжиганием; управление вектором тяги поворотом выходной части сопла и газовыми рулями; многоступенчатая схема космического летательного аппарата. Им была показана первостепенная важность высокой скорости истечения рабочего тела со среза сопла и охарактеризованы способы её получения. За сравнительно небольшой период своего развития ЖРД достигли большого совершенства. Результаты этого не замедлили сказаться на темпах исследования космического пространства. Венцом труда тысяч людей явился запуск в околоземное пространство космического корабля с человеком на борту. Первым космонавтом Земли в 1961 г. стал Юрий Гагарин.

Мировой космонавтикой пройден большой путь космических исследований: от запусков небольших спутников до полетов к другим планетам многотонных научных станций автоматических аппаратов, от одиночных рейсов летчиков- космонавтов до стыковки на орбите нескольких многоместных кораблей, создания долговременных научных станций, экспедиций на Луну.

Принципиально новым в развитии космической техники является создание систем многоразового использования - советской «Энергии» и американской «Спейс Шаттл».

Важнейшим элементом ракетно-космической системы является двигательная установка (ДУ) с жидкостным ракетным двигателем (ЖРД).

Для современного состояния и перспектив развития ракетно-космической техники характерны многорежимные, регулируемые в широком диапазоне значений параметров двигательные установки многократного использования.

ДУ с ЖРД может быть различной сложности в зависимости от ее назначения и от того, какие топлива и рабочие тела используются в двигателе.

К ЖРД, используемым на маршевых ДУ многократного включения, предъявляются ряд требований:

1) высокие удельные характеристики ДУ;

2) высокая надежность агрегатов и узлов;

3) экономичность;

4) низкая стоимость изготовления, эксплуатации топлив;

5) простота конструкции и технологии.

С использованием более современных топлив резко возрастает рабочие параметры ДУ. Но, несмотря на сложность протекающих в ЖРД процессов, существует тенденция совершенствования конструкции ДУ и ее элементов за счет применения конструкций узлов и агрегатов. В этой связи можно выделить следующие основные тенденции развития:

1) применение более эффективных топлив, дающих высокий удельный импульс;

2) применение новых конструкций камер сгорания (кольцевых, плоских и др.);

3) использование новых технологических процессов в изготовлении КС;

4) применение новых схем;

5) совершенствование процессов в ЖРД;

6) переход к многоразовым ДУ;

7) создание экономичных ЖРД.

Конечным результатом реализации этих направлений должно явиться значительное снижение стоимости выполнения космических программ и повышение эффективности применения ракетно-космической техники.

В настоящее время проявляется повышенный интерес на всех уровнях управления к проблемам качества продукции, анализа и оценки технического уровня объектов новой техники, конкурентоспособности продукции. Для предприятия является важным управление повышением технического уровня, конкурентоспособности продукции, получением экономического эффекта от внедрения в производство новой конструкции с улучшенными техническими и экономическими показателями, контроль и управление затратами на производство продукции.

Таким образом, ЖРД и по настоящее время остаются основными для маршевых ступеней ракетоносителей.

Обоснование выбора топливной пары

В современных ЖРД в качестве источника энергии используется химическая реакция горения жидкого топлива, а в качестве рабочего тела - продукты его сгорания. В значительной степени характеристики ЖРД определяют вид топлива и его свойства. В зависимости от назначения двигателя различными будут требования, предъявляемые к физическим, эксплуатационным и экономическим показателям. Жидкие ракетные топлива (ЖРТ) могут быть разделены на две группы.

1 Топлива длительного хранения (стабильные топлива) - топлива, обладающие стабильностью физико-химических свойств в течение длительного промежутка времени. Эти топлива допускают хранение в баках ракет или других резервуарах при эксплуатационных температурах и давлении без существенных потерь.

2 Топлива недлительного хранения - топлива, требующие заправки в баки непосредственно перед стартом. Это в основном криогенные компоненты.

Если группа топлив по физико-химическим свойствам соответствует назначению ДУ, то дальнейший выбор должен основываться на следующих требованиях:

1 Энергетические требования.

2 Эксплуатационные требования к надежности работы двигателя.

3 Экономические требования.

Энергетические требования

Удельные импульс тяги на расчетном режиме двигателя равен скорости истечения газов, которая приблизительно выражается формулой

(1.1)

где - давление и температура на входе в сужающуюся часть сопла;

- давление на срезе сопла;

- универсальная газовая постоянная;

- молекулярная масса продуктов сгорания;

- показатель адиабаты.

Приращение скорости ступени летательного аппарата (ЛА) при отсутствии гравитации и аэродинамического сопротивления среды выражается формулой Циолковского

(1.2)

где - стартовая масса ЛА;

- конечная масса ЛА;

- эффективная скорость истечения продуктов сгорания (ПС);

- объем и плотность топлива.

Анализ приведенных соотношений позволяет сделать вывод, что наиболее эффективные ракетные топлива должны обладать высокой теплотворной способностью, низкой молярной массой продуктов и высокой плотностью компонентов. Для получения высокотеплотворных топлив в качестве окислителя выгодно использовать фтор (F), кислород (О). В качестве горючих выступают элементы первых трех периодов: в первую очередь водород, углерод и обогащенные водородом соединения углерода и азота. Использование металлов в качестве горючего в РД является перспективным направлением с точки зрения повышения энергетических возможностей топлива, однако сопровождается большими техническими сложностями, значительно сокращая их потенциальные энергетические возможности.

В настоящем дипломе применяется топливо водород + кислород Эта пара уступает топливу водород + фтор но не является токсичной - при сгорании в атмосферу выделяется водяной пар, что не вредит окружающей среде. Удельная тяга ~ на сто единиц выше, чем у топлив длительного хранения. Данная пара наиболее перспективна для двигателей верхних ступеней и разгонных блоков.

Эксплуатационные требования

Данные требования связаны с непосредственной эксплуатацией двигателя в составе ракетоносителя.

1. Высокая скорость распространения пламени;

2. Высокая температура кипения;

3. Термическая стойкость;

4. Малая вязкость и поверхностное натяжение;

5. Малый период задержки воспламенения (желательно самовоспламенения).

6. Хорошая охлаждающая способность;

7. Отсутствие коррозионной активности в отношении конструкционных материалов.

Пара удовлетворяет всем этим требованиям, кроме касающихся температуры кипения, так как оба компонента являются низкокипящими.

Экономические требования

Это, в основном, требования к стоимости получения и хранения топлива. Получение водорода имеет сравнительно высокую стоимость, в сочетании с его низким удельным весом что делает затруднительным его использование на первых ступенях РН. Применение сильно переохлажденного водорода позволяет уменьшить объем баков и сократить потери на испарение. В данном случае, при проектировании ЖРД для верхней ступени, применение пары водород + кислород является обоснованным, так как, во-первых, она имеет высокие энергетические характеристики, во-вторых, удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к ДУ, в-третьих, не имеет недостатков, связанных с высокой токсичностью и высокой агрессивностью к конструкционным материалам.

Основные физико-химические и теплофизические свойства компонентов топлива ЖРД

Табл. 2.1 Характеристики горючего (жидкий водород )

Параметр	Значение
Химическая формула,
Молекулярный вес,	2,016 у.е.
Плотность,	76,8
Температура плавления,	13,76
Температура кипения,	20,46
Теплота испарения,	452
Вязкость,	0,13
Теплоемкость,	9420
Критическое давление,	1,75
Критическая температура,	35
Критическая плотность,	31,8
Газовая постоянная,	4150
Полное теплосодержание,	918

Жидкий водород практически на 100 % состоит из пароводорода. При нормальных и отрицательных температурах водород мало активен. При нагреве активность возрастает, что связано с выделением атомарного водорода. В этих условиях он энергично реагирует с окислителями. При отрицательных температурах водород адсорбируется на поверхности металлов. Диффузия водорода в металлы увеличивается с возрастанием температуры и давления. Диффузия водорода в металлы ухудшает их твердость, термическую стойкость и электропроводность, магнитные и другие свойства. При растворении водорода в углеродистой стали в ней появляются пузырьки и трещины вследствие водородной газовой коррозии. Она устраняется при легировании стали введением хрома, молибдена, вольфрама, ванадия и других элементов. При использовании жидкого водорода применяют следующие конструкционные материалы. Стали: 12Х18Н10Т, Х14Г14Н3Т и другие. Медные сплавы: Л62, ЛС69-1, БРОФ 10-1. Алюминиевые сплавы: А14Г, АМЦ, АМГ5В, А5-19, АМГ-6. при пайке желательно применять припой ПОС18, ПОС30, ПОС40.

Табл. 2.2 Характеристики окислитель (жидкий кислород О₂)

Параметр	Значение
Химическая формула,
Молекулярный вес,	32 у.е.
Плотность,	1136
Температура плавления,	54,36
Температура кипения,	90,16
Теплота испарения,	213,5
Вязкость,	2,0
Теплоемкость,	1700
Критическое давление,	5,004
Критическая температура,	154,34
Критическая плотность,	429,9
Газовая постоянная,	257,8
Теплопроводность,	0,21

Жидкий кислород - прозрачная, легкоподвижная жидкость голубого цвета. Кислород представляет собой полную диссоциацию молекул на атомы при температуре 5300 К. С водородом при нормальной температуре реагирует очень медленно, а выше реакция протекает со взрывом. Жидкий кислород не токсичен, но при попадании на кожу вызывает обморожение с тяжелыми последствиями.

Пневмогидравлическая схема (ПГС) двигателя. Выбор схемы

ДУ является независимым энергетическим комплексом ЛА, способным обеспечить выполнение летного задания с требуемым качеством независимо от условий окружающей среды. ДУ включает в себя агрегаты двигателя, хранения и подачи топлива, а также агрегаты системы управления, обеспечивающие как процесс функционирования, так и управления параметрами ДУ с целью выполнения летного задания.

Многообразие типов ДУ [1]-[5], отличающихся видом применяемого топлива и способом его подачи, а также условиями эксплуатации в основном определяется многообразием полетных задач и собственных параметров ЛА. Кроме того, каждая полетная задача может иметь различный критерий оптимальности:

- точность вывода ЛА на орбиту;

- минимум времени вывода;

- максимум полезной нагрузки и др.

Разработка ПГС ДУ основывается на тщательном анализе прототипов ДУ и оценке возможности внесения в них таких изменений, которые способны улучшить свойства и характеристики вновь разрабатываемых двигателей.

Конструируемый двигатель должен соответствовать следующим требованиям:

- высокий удельный импульс;

- минимальная масса;

- высокая надежность;

- минимальное, но эффективное использование компонентов топлива.

Как видно, двигатель для космических полетов должен соответствовать жестким требованиям по эффективности и предполагает применение перспективных технологий.

Возможны два варианта подачи топлива:

- вытеснительная;

- насосная.

Первая является более простой по конструкции, но жестко ограниченной малым давлением подачи компонентов, а, следовательно, и давлением в камере сгорания (КС) р_К и большим весом топливных баков вследствие недостаточного предела прочности конструкционных материалов.

Насосная система дает возможность получения более высоких давлений при меньшей массе конструкции. Увеличение давления подачи компонентов приводит к росту р_К, что уменьшает габариты КС, и, следовательно, и ее массу.

В свете вышесказанного выбираем насосную систему подачи как более выгодную.

Для выбранного типа схемы двигателя различия в основном связаны с приводом турбины турбонасосного агрегата (ТНА). Обычно, для этой цели используют продукты неполного сгорания компонентов, полученные в агрегате, называемом газогенератором. Данный метод в сочетании с дожиганием газа после турбины в КС вместе с основными компонентами позволяет создать, высокое давление в КС, и высокую экономичность двигателя.

В нашем случае проектируется двигатель для верхних ступеней РН, то есть рост р_К не будет напрямую оказывать влияние на удельный импульс I_уд, так как отсутствует давление окружающей среды. Поэтому возможно применение безгенераторной схемы, где привод турбин ТНА производится газообразным рабочим телом, полученным газификацией его в рубашке охлаждения КС и сопла. Требуемый импульс тяги можно получить за счет соответствующей степени расширения сопла.

Данный подход исключает такой напряженный агрегат, как газогенератор, а также агрегаты управления процессами в нем, но приводит к некоторому увеличению размеров КС в сравнении с генераторной схемой.

Описанная схема имеет для данного случая больше преимуществ, чем другие, поэтому принята за основу.

В качестве вариантов ТНА для подачи компонентов в КС могут быть:

- ТНА в одном агрегате с насосами на одном валу;

- ТНА, где между насосами окислителя и горючего находится редуктор;

- ТНА, имеющий два вала, каждый из которых приводится отдельной турбиной.

В первом случае рабочие колеса насосов приводятся в движение одной турбиной и вращаются с одним числом оборотов, что при разной плотности компонентов топлива понижает КПД системы подачи.

Во втором случае применение редуктора позволяет несколько улучшить КПД, но он все равно остается ниже, чем в третьем случае, кроме того возникают проблемы смазки, охлаждения и прочности элементов редуктора, работающих с высокими угловыми скоростями.

При приведении насосов раздельными турбинами возможен параллельный и последовательный подвод рабочего тела к ним.

Следует выбрать последовательный подвод как более простой и обеспечивающий лучшую синхронизацию работы двигателя. Для каждого компонента будет применяться отдельный ТНА с приводом турбин газообразным водородом.

Обоснование применения бустерных насосных агрегатов

Вследствие больших чисел оборотов роторов ТНА больших расходов компонентов топлива появляется опасность возникновения на входе явления кавитации (холодного кипения). Это обстоятельство можно устранить:

1) увеличением давления наддува бака компонента топлива;

2) применение бустерных насосных агрегатов БНА.

Увеличение давления наддува нежелательно, чтобы не увеличивать массу баков, так как ограничены пределы прочности конструкционных материалов, поэтому применение БНА является более целесообразным.

Потребные напоры насосов БНА невелики и возможен привод БНА окислителя (БНАО) путем отбора активной жидкости из магистрали окислителя после насоса. Привод БНА горючего (БНАГ) осуществляется газообразным водородом после турбины ТНАГ.

Описание ПГС и взаимодействие агрегатов при работе ЖРД

Принципиальная пневмогидравлическая схема (ПГС) представляет собой схематическую взаимосвязь основных агрегатов ДУ.

Она включает следующие основные агрегаты и системы (таблицы 3.1, 3.2):

- камера;

- система зажигания;

- система подачи компонентов топлива;

- система регулирования;

- система управления;

- система наддува бака горючего.

Таблица 3.1 - Состав агрегатов ПГС

Позиционное обозначение	Наименование
АЗ	Агрегат зажигания
ТНАО	Турбонасосный агрегат окислителя
ТНАГ	Турбонасосный агрегат горючего
БТНАГ	Бустерный турбонасосный агрегат горючего
БТНАО	Бустерный турбонасосный агрегат окислителя
БР	Баллон раскрутки турбины БТНАГ на запуске
ДР	Дроссель
РР	Регулятор
ЗП	Запальник
К1	Клапан подачи окислителя в смесительную головку камеры
К2	Клапан слива горючего
К3	Клапан подачи горючего в смесительную головку камеры
К4	Клапан пуска окислителя
К5	Клапан пуска горючего
КО1	Клапан обратный по линии заправки БР
КО2	Клапан обратный по линии раскрутки турбины БТНАГ
РД	Редуктор
КМ	Камера
М1, М2, М3, М4	Приводы РР, ДР, К4, К5
Ф1	Фильтр по линии подачи окислителя на вход в БТНАО
Ф2	Фильтр по линии отвода окислителя после насоса ТНАО на турбину БТНАО
Ф3	Фильтр по линии подачи гелия для заправки БР
Ф4	Фильтр по линии подачи горючего на вход в БТНАГ
ЭК1, ЭК2	Электроклапан подачи окислителя и горючего в запальник ЗП
ЭПК1, ЭПК2, ЭПК3	Электропневмоклапан подачи гелия в уплавляющие полости клап. К1, К2, К3
ЭПК4	Электропневмоклапан подачи гелия управления
ЭПК5	Электропневмоклапан подачи водорода на наддув бака горючего
ЭПК6	Электропневмоклапан подачи газа из баллона БР на турбину БТНАГ

Таблица 3.2 - Наименование стыков

Наименование	Назначение стыка
О	Подача окислителя на вход в насос БТНАО
Г	Подача горючего на вход в БТНАГ
НБГ	Наддув бака горючего
ГУ	Подача гелия управления
ЗБ	Заправка баллона БР
СО	Слив окислителя при захолаживании двигателя и после его выключения
СГ	Слив горючего при захолаживании двигателя и после его выключения

Камера КС создает тягу двигателя.

Система зажигания включает:

- кислородно-водородный запальник ЗП;

- агрегат зажигания АЗ.

Запальник, предназначен для выработки высокотемпературного газа, который поступает в камеру для поджига компонентов топлива при запуске двигателя.

Система подачи компонентов топлива включает:

- турбонасосный агрегат окислителя ТНАО;

- турбонасосный агрегат горючего ТНАГ;

- бустерный турбонасосный агрегат окислителя БТНАО;

- бустерный турбонасосный агрегат горючего БТНАГ.

Рабочее тело турбин ТНАО, ТНАГ и БТНАГ - водород, подогретый в тракте охлаждения камеры, турбины БТНАО - жидкий кислород, отбираемый на выходе из насоса ТНАО.

Водород после турбины БТНАГ отводится в окружающую среду через сопло СС для создания дополнительной тяги.

Раскрутка ротора БТНАГ на запуске двигателя осуществляется гелием, поступающим из баллона. Понижение давления газа раскрутки до заданного значения обеспечивается редуктором КР.

Система регулирования включает:

- регулятор РР;

- дроссель ДРР.

Регулятор обеспечивает перевод двигателя на заданный режим работы, изменяя расход водорода в линии вокруг турбин ТНАО и ТНАГ по команде системы управления (СУ).

Дроссель по команде СУ регулирует соотношение компонентов топлива в двигателе за счет изменения расхода кислорода, поступающего в камеру, и обеспечивает запуск двигателя. Управление регулятором и дросселем осуществляется электромеханическими приводами М2 и М3 соответственно.

СУ включает:

- два шаровых клапана на входах в двигатель - по линии окислителя К4 и по линии горючего К5. Управление клапанами К4 и К5 осуществляется электромеханическими приводами М1 и М4 соответственно;

- клапан К1 подачи окислителя в смесительную головку камеры и слива окислителя при захолаживании и выключении двигателя;

- клапан К2 слива горючего при захолаживании и выключении двигателя;

- клапан К3 подачи горючего в смесительную головку камеры;

- электроклапаны ЭК1 и ЭК2 подачи в запальник ЗП окислителя и горючего соответственно;

- электропневмоклапаны ЭПК1, ЭПК2, ЭПК3, обеспечивающие подачу гелия в управляющие полости клапанов К1, К2, К3 соответственно, для их срабатывания на открытие (К1, К3) и закрытие (К2);

- электропневмоклапан ЭПК4, обеспечивающий подачу гелия управления автоматикой;

- электропневмоклапан ЭПК5 подачи водорода для системы наддува бака горючего;

- электропневмоклапан ЭПК6 подачи газа из баллона БР на турбину БТНАГ.

Сброс остатков компонентов топлива при останове двигателя осуществляется через клапан К1 в линии слива окислителя СО и нормально открытый клапан К2 в линии слива горючего СГ.

На рисунке 3.1 представлена безгенераторная схема ЖРД с насосной подачей компонентов топлива, двумя ТНА - окислителя (ТНАО) горючего (ТНАГ).

Рисунок 3.1 - ПГС двигателя

Для привода турбин ТНАГ и ТНАО используется водород, который газифицируется в тракте охлаждения камеры двигателя.

Окислитель (кислород) из бака проходит через БНАО и основной ТНАО, после чего распределяется на три части.

Основная часть окислителя подается через дроссель соотношения компонентов ДР и клапан К1 в головку камеры сгорания.

Вторая часть окислителя подается на турбину БНАО и затем возвращается на вход насоса окислителя.

Третья часть подается на запальное устройство (ЗУ) через клапан ЭК1.

Горючее (водород) из бака проходит через насос БНАГ, основной насос THAГ, после чего одна его часть поступает в рубашку охлаждения камеры, другая на наддув бака горючего. После прохождения тракта охлаждения горючее распределяется на три части.

Основная часть горючего поступает на привод турбины ТНАО, после на турбину ТНАГ.

Вторая часть подается на запальное устройство (ЗУ) через клапан ЭК2.

Третья часть поступает на регулятор тяги РР.

После турбины ТНАГ водород разделяется на 2 части, в головку КС и на привод турбины БТНАГ, после нее водород отводится в окружающую среду через сопло СС для создания дополнительной тяги.

Подготовка двигателя к работе начинается с захолаживания агрегатов подачи компонентов топлива открытием клапанов К4 и К5, а также дросселя ДР. Захолаживание двигателя обеспечивается протоком компонентов топлива, которые отводятся через открытые в сторону слива клапаны К1 и К2.

Расход компонентов в процессе захолаживания на начальном этапе определяется предварительным открытием клапанов К4 и К5 и увеличивается при полном их открытии. Клапаны К4 и К5 вначале открываются на угол приблизительно равный 10 , затем - открываются полностью на угол 90 (полное открытие).

Управление клапанами К1, К2, К3 осуществляется при помощи ЭПК1, ЭПК2 ЭПК3, и клапанами пуска К4 и К5 - при помощи электромеханических приводов М1 и М4.

После достижения требуемых температур конструкции агрегатов подачи подается команда на закрытие дросселя ДР и начинается процесс запуска двигателя. Поступление окислителя в ЗУ обеспечивается открытием клапана ЭK1. Поступление горючего к форсункам КС и турбинам обеспечивается открытием клапана К3 с одновременным закрытием клапана К2 сброса горючего в линию СГ. При запуске открывается также клапан ЭК2 для подачи горючего на ЗУ.

Поджиг компонентов топлива в ЗУ при опережающем поступлении окислителя обеспечивается электрическими разрядами на свечах. Напряжение на свечи подается от агрегата зажигания, установленного на двигателе. Выключение запальника производится после выхода двигателя на режим предварительной ступени тяги закрытием клапанов ЭК1 и ЭК2 и снятием напряжения с агрегата зажигания.

Для обеспечения плавного выхода на режим предварительной ступени тяги сопротивление тракта окислителя уменьшается открытием дросселя ДР.

Выход двигателя на основной режим тяги и перевод двигателя на конечную ступень тяги обеспечивается синхронным изменением сопротивления магистрали кислорода и магистрали водорода на привод турбин ТНА с помощью дросселя ДР и регулятора PP. Поддержание соотношения компонентов топлива на режиме основной ступени тяги и конечной ступени тяги обеспечивается дросселем ДР по командам от системы управления, а уровень режима работы двигателя предварительной настройкой регулятора PP. Останов двигателя производится путем открытия клапанов К1 и К2 в линии слива компонентов СО и СГ, закрытия клапана К3, закрытия клапанов К4 и К5 подачи компонентов топлива в двигатель.

Выбор давления в камере сгорания

Давление в камере сгорания (Р_К) оказывает существенное влияние на параметры двигателя. С ростом давления камере значительно возрастает температура в камере сгорания (Т_К). При Р_а= сonst увеличивается степень расширения в сопле:

(4.1)

и температура на срезе сопла Т_а уменьшается:

(4.2)

Влияние Т_К мало по сравнению с влиянием е. Из этого следует, что с ростом Р_К растет разность (Т_К-Т_а) и, как следствие, растет удельный импульс тяги двигателя:

(4.3)

Таким образом, с ростом давления в камере Р_К возрастает термический КПД двигателя

(4.4)

Давление в камере сгорания также обуславливает геометрию КС и сопла двигателя. Площадь критического сечения при увеличении давления резко уменьшается за счет увеличения комплекса в:

(4.5)

где

(4.6)

Также площадь критического сечения резко уменьшается при увеличении давления за счет обратной зависимости от давления в КС:

(4.7)

Соответственно уменьшается и площадь на срезе сопла F_a, несмотря на рост F_a/F_КР:

(4.8)

Откуда

(4.9)

Таким образом, увеличение давления в камере сгорания приводит к уменьшению всех размеров сопла и камеры и, следовательно, к уменьшению массы конструкции.

С другой стороны, рост давления в камере сгорания приводит к необходимости решать задачи прочности, охлаждения, а также увеличения числа ступеней насосов

Для данной схемы ограничению по давлению в КС способствует еще и тот факт, что турбины насосов приводятся в движение за счет расширения одного из компонентов (водорода) вследствие его газификации. Поэтому давление перед турбинами, а значит, и давление в камере сгорания зависит от способности компонента к расширению и от подогрева охладителя в тракте охлаждения камеры сгорания.

В данной схеме выбрано оптимальное давление в КС 80 атм (8 МПа).

Термодинамический расчёт

Целью расчета являются определение термодинамических параметров продуктов сгорания (ПС) и определение скорости истечения газов в трех сечениях: в КС, в критическом сечении и на срезе сопла.

Преобразование топлива в ПС включает в себя следующие основные процессы: распыление, дробление, испарение, смешение, горение. Особенностью процессов в тепловых двигателях при высоких температурах является значительное усиление термической диссоциации рабочего тела. Время пребывания ПС в таких двигателях очень мало: газообразные ПС в КС находятся тысячные доли, а при течении по соплу - десятитысячные доли секунды. При течении по соплу температура и давление газа уменьшаются [1,7,8].

Исходные данные для проведения термодинамического расчета:

1) Топливо: «кислород-водород» (H₂+ O₂);

2) Давление в КС: р_К= 8 МПа;

3) Давление на срезе сопла: р_а= 0,001 МПа (проектируемый ЖРД предназначен для верхних ступеней РН);

4) Коэффициент избытка окислителя: б = 0,75, k_m= 6,08

Расчет произведен в специализированной программе, предназначенной для проведения термодинамического расчета ЖРД ThermoDynamic Soft (TDSoft) [9]. Результаты расчета: параметры ПС (таблица 5.1) и равновесный состав ПС (таблица 5.2) по трем сечениям.

Таблица 5.1 - Параметры продуктов сгорания

Параметры	КС	Критическое сечение	Срез сопла
р, кПа	8000	4611,9	1,7122
Т, К	3518,2	3324,3	908,5
К_m	6,08
с, кг/м³	3,7234	2,2963	0,00324
µ, кг/моль	13,614	13,762	14,273
R, Дж/кг•К	610,71	604,18	582,52
w, м/с	-	1512,9	4558,8
М	0	0,99992	5,5723
г	-	1,1396	1,1988
в, м/с	-	2302,8	-
I_{уд.пуст.теор.}, м/с	-	2840,4	4704,1
е	1	1,7346	4672,2

В таблице 5.1 использованы следующие обозначения:

р - давление;

Т - температура;

К_m- коэффициент действительного соотношения компонентов;

с - плотность топлива;

µ - средний молекулярный вес;

R - газовая постоянная топлива;

w - скорость потока газа;

М - число Маха;

г - средний показатель изоэнтропы;

в - расходный комплекс;

I_У.П - удельный импульс в пустоте;

I_У.Р - удельный импульс расчетный;

- энтальпия топлива;

е - степень расширения газа в сопле.

Таблица 5.2 - Равновесный состав газовой среды

Обозначение	КС	Критическое сечение	Срез сопла
Н	0,03370	0,02783	-
Н₂	0,23944	0,23621	0,23387
ОН	0,04376	0,03380	-
Н2О	0,67563	0,69711	0,76613
О	0,00358	0,00235	-
О₂	0,00384	0,00267	-
НО₂	0,00004	0,00002	-
Н₂О₂	0,00001	0,00001	-

Профилирование КС и сопла. КС двигателя. Потери в КС

Наиболее широкое распространение получила КС цилиндрической формы. Она более технологична, а ее головка обычно имеет плоскую форму, что также упрощает технологию изготовления.

Кроме того, одни из основных недостатков цилиндрических камер - большая поверхность охлаждения, увеличивающая теплонапряженность, может в данном случае рассматриваться как достоинство, так как именно в рубашке камеры путем подогрева водорода, являющегося охладителем, мы получаем рабочее тело для турбины ТНА.

Применение шарообразных камер или камер каких-либо других форм является нецелесообразным и менее выгодным главным образом из-за очень сложной технологии их изготовления.

Пользуясь результатами термодинамического расчета, необходимо определить основной размер КС любой формы - площадь критического сечения F_кр, этот параметр является исходной точкой для определения формы и размеров камеры сгорания.

Для определения F_кр необходимо для начала найти ожидаемые значения удельных параметров истечения ПС, и в первую очередь действительный удельный импульс тяги в пустоте I_{уд.дейст.}:

где I_{уд.пуст.теор} - теоретический удельный импульс тяги, м/с, I_{уд.пуст.теор}=4758,75 м/с;

- коэффициент потерь удельного импульса тяги.

Потери удельного импульса тяги определяются потерями в КС на несовершенство сгорания и смесеобразования _k, потерями в сопле _с, так что:

На данном этапе проектирования значения отдельных составляющих потерь следует избирать на основании рекомендаций работ [1]-[3].

Несовершенство сгорания _k оценивается величиной коэффициента от 0,96 до 99.

На расчётных режимах потери в сопле _с складываются в основном из потерь на трение _тр (коэффициент, учитывающий потери на трение при течении газового потока вдоль стенки сопла), потерь на непараллельность истечения _х и потерь на тепловое сопротивление _q, так что:

Обычно для сопел величина _тр лежит в пределах от 0,975 до 0,995.

Коэффициент _х отражает газодинамические потери, связанные с неравномерностью поля скоростей по величине и направлению на срезе сопла, его принимают равным 0,990.

Коэффициент _q учитывает термодинамические потери. К ним относят неполное выведение тепла в сопле за счет некоторой неравномерности и потери за счет теплоотдачи в стенку, его значение лежит в пределах от 0,990 до 0,998.

Найдем суммарные потери :

Выбранные и вычисленные коэффициенты потерь занесем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 - Коэффициенты потерь в КС и сопле

_тр	0,995
_х	0,990
_q	0,998
_с	0,983
_k	0,990
_У	0,97

Теперь можем найти значение действительного удельного импульса тяги в пустоте с учетом потерь:

с.

Массовый расход топлива:

кг/с.

Расход горючего:

где

кг/с.

Расход окислителя:

кг/с.

Теоретическая площадь критического сечения:

Диаметр критического сечения:

Определим геометрическую степень расширения сопла :

где n - показатель изоэнтропы ().

Отсюда площадь выходного сечения сопла:

Диаметр выходного сечения сопла равен:

Площадь цилиндрической части камеры:

Объем цилиндрической части камеры:

где берем равной (из конструкторских соображений для водородной камеры);

возьмем из термодинамического расчета.

Длина цилиндрической части камеры:

Профилирование дозвуковой части камеры

Дозвуковая часть сопла должна обеспечивать безотрывное течение с равномерным по сечению и известным полем скоростей. Дозвуковая часть сопла состоит из трёх основных элементов:

а) область выхода в дозвуковую часть с радиусом ;

б) конический участок с углом ;

в) область критического сечения с радиусом .

Радиус перехода от цилиндрической части к соплу равен диаметру камеры:

Радиус перехода к критическому сечению сопла равен 1,5 радиуса критического сечения:

Угол конусности сужающейся части сопла равен (по 25⁰ на каждую сторону);

Длина входной части сопла:

где

Для выравнивания газового потока в критическом сечении длина цилиндрической части примерно равна 2 мм.

Профиль дозвуковой части камеры представлен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Газодинамический профиль дозвуковой части камеры

Профилирование сверхзвуковой части камеры

В связи с особенностью сверхзвукового течения, к контуру сверхзвуковой части сопла предъявляются значительно более строгие требования, чем к дозвуковой. Контур необходимо выбрать так, чтобы все струи имели возможность непрерывно изменять своё сечение так, чтобы происходило непрерывное увеличение скорости истечения. При профилировании сверхзвуковой части сопла необходимо определить такой контур, который удовлетворял бы следующим требованиям:

- сопло должно иметь минимальные потери тяги;

- поверхность стенок при заданных F_а и F_кр должны быть минимальными;

- конструкция и технология изготовления стенок сопла должны быть возможно более простыми.

Для реальной оценки действительного импульса сопла необходимо определить идеальный импульс сопла и коэффициент потерь в сопле.

В общем случае записывается как суммарный коэффициент потерь импульса от всех факторов, учитывающих отличие реального течения от течения в идеальном сопле с идеальным процессом расширения.

= _f + _тр+_вх+_f_п+_усл+_кор

где: _f - коэффициент потерь импульса от рассеяния, связанный с непараллельностью вектора скорости и оси в выходном сечении сопла;

_тр - коэффициент потерь на трение, связанных с течением вязкого газа в реальном сопле;

_вх - коэффициент входных потерь, вследствие наличия неравномерности скорости течения в критическом сечении, которая в свою очередь трансформируется по сверхзвуковой части и в выходном сечении появляется дополнительная неравномерность потока, что и приводит к потере импульса;

_f_п - коэффициент потерь за счёт отклонения профиля из-за технологических и других соображений;

_усл - коэффициент потерь связанных с течением в районе критики вязкого реального газа;

_кор - коэффициент, связанный с конечными скоростями установления физико- химического равновесия в потоке газа.

Потери на рассеивание могут быть сведены к минимуму, если применять профилированное сопло.

Идеальное сопло - сопло с изоэнтропическим расширением, с однородным потоком газа на срезе сопла, параллельным его оси.

Для идеального сопла потери на рассеивание равны нулю. Но такое сопло не является оптимальным, так как концевой участок дает малый прирост удельного импульса. Укоротив сопло, сопло, можно получить выигрыш в габаритах и весе сопла. Для получения укороченного сопла исходное должно быть рассчитано на большее число Маха, чем полученное из термодинамического расчета. Эта прибавка составит до .

Найдем примерную координату крайней точки:

Из таблиц работы [3] выбираем столбец со второй линией тока. Определяем основные значения (x, y) для найденной координаты выбранного сопла

Так как основная часть потерь из сопла приходится на _f и _тр, то определим их для заданного сопла по формулам:

- потери на рассеивание

- потери на трение

где - величина потери удельного импульса, отнесенная радиусу.

Выбираем фактор теплообмена:

Находим

Меньшее соответствует выбранному соплу, так как оно обеспечивает меньшие потери.

Для построения выбранного сопла производят перерасчет основных параметров (,) в значения L и D. Значения и представлены в таблице 6.2.

Для нахождения длины сопловой части диаметра воспользуемся формулами:

Значения этих параметров занесены в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 - Значения и

L_с	D_с
0	97,6
15,11	107,26
25,72	121,84
54,84	164,03
142,62	288,18
251,82	423,14
363,95	543,2
526,83	694,01
642,27	788,99
948,71	1005,17
1378,47	1247,81
1649,23	1375,84
1936,25	1493

Таким образом, полная длина сверхзвуковой части сопла равна , а диаметр - равен , число Маха . Потери сопла: _f = 0,46, _тр = 0,34, _вх = 0,135, _с= 0,98. Выходной угол сопла в = 10⁰56'. На рисунке 6.2 (приложение Б) представлена камера двигателя. На рисунке 6.3 показан профиль сверхзвуковой части сопла.

Рисунок 6.3 - Камера сгорания

1 - головка смесительная; 2 - камера сгорания;

3 - сопло верхнее; 4 - сопло нижнее

Расчет охлаждения двигателя

Особенности охлаждения камеры сгорания ЖРД. Защита стенок камеры ЖРД от опасного перегрева - одна из самых важных и сложных проблем ракетной техники. Организация надежной защиты стенок современных высоконапряженных камер сгорания при небольших потерях удельного импульса - одна из трудных задач, возникающих при создании новых конструкций. Сложность проблемы защиты стенок современных камер ЖРД связана с тем, что продукты сгорания имеют высокие температуры (3500-4500 К), высокое давление и скорость движения (). Разность температур между поверхностями стенки, несмотря на её толщину, может достигать огромных величин. Между газом и стенкой возникает интенсивный теплообмен, способный при недостаточной защите быстро нагреть стенку КС до температуры, близкой к температуре газов. Если учесть, что большинство материалов стенки допускают весьма умеренные нагревы (1300-1500К), то сложность проблемы становится очевидной.

В соответствии с основными понятиями теории теплообмена тепловой поток , передаваемый от газа в стенку, в общем случае складывается из конвективного и лучистого тепловых потоков:

. (7.1)

Максимум теплового потока главным образом из-за влияния конвективной части достигается в дозвуковой части сопла, вблизи критического сечения. Характер распределения и величина суммарного теплового потока в основном определяются конвективной составляющей. Наиболее напряженным местом является входная часть сопла и особенно критическое сечение, которое имеет максимальный тепловой поток и поэтому нуждается в наибольшей защите. Максимальная численная величина теплового потока в критическом сечении в основном определяется конвективной составляющей.

Наименее напряженный участок - конец сопла. Здесь тепловые потоки могут составлять не более 10 % от потоков в критическом сечении. Поэтому теплозащита конца сопла может быть облегчённой.

Тепловые потоки в КС могут составлять 30 % - 50 % и более от потоков в критическом сечении, поэтому цилиндрическая часть по теплозащите близка к критическому сечению.

Разрушение стенки камеры и сопла обычно происходит в виде размягчения материала или его оплавления, окисления материала или его выгорания, эрозии, размывания потоком.

Для предупреждения опасного перегрева огневой оболочки камеры и защиты её от разрушения в современных ЖРД применяют теплозащиту: наружное проточное, внутреннее, транспирационное (испарительное) охлаждение стенок, а также наружное радиационное охлаждение стенки, теплозащитные термостойкие покрытия, теплозащитные аблирующие покрытия, емкостное охлаждение.

Все перечисленные методы защиты применяются в практике, причем в большинстве случаев комплексно, совместно дополняя друг друга.

Несмотря на большое разнообразие схем защиты стенки КС в ЖРД, наиболее распространенным является проточное наружное охлаждение совместно с внутренним.

Для охлаждения необходимо применять один из компонентов, так как наличие на борту ЛА специального охладителя нерационально. На организацию охлаждения влияет также род топлива, тип и назначение двигателя.

При работе ЖРД на низкокипящих компонентах организация наружного охлаждения стенок камеры усложняется. Охладитель, поступая в охлаждающий тракт, быстро превращается в пар, и дальнейшее охлаждение происходит уже холодным паром. Задача надежного охлаждения стенок камеры двигателя при этом усложняется по следующим причинам:

1) при переходе охладителя из жидкого состояния в газообразное коэффициенты теплоотдачи от стенок к газу меньше, чем от стенки к жидкости;

2) удельный объём газообразного охладителя значительно больше, чем жидкого, и сильно увеличивается с ростом температуры (в 2-3 раза), поэтому площадь сечения охлаждающего тракта должна быть переменной по длине для того, чтобы в каждом сечении тракта скорость охлаждающей жидкости была такой, чтобы обеспечивать требуемое значение ;

3) решение задачи усложняется еще и тем, что при условиях, имеющих место в ЖРД, охлаждение стенок камеры низкокипящими компонентами происходит в околокритической и сверхкритической области.

При этом в околокритической области происходит резкое изменение физических свойств охладителя, что оказывает сильное влияние на теплообмен. Так, например, теплопроводность водорода в околокритической области увеличивается в 5-10 раз.

В проектируемом двигателе в качестве охладителя используется водород, который обладает хорошими охлаждающими свойствами, имеет высокие значения теплоёмкости (примерно в 3 раза больше, чем у воды, в 4 раза больше, чем у кислорода).

Применение кислорода как охладителя представляется затруднительным. Это обусловлено повышенной активностью кислорода по отношению к металлам.

Наиболее теплонапряженные участки изготавливают из бронзы БРХ08, имеющей высокий коэффициент теплопроводности ( Вт/мК).

Далее использованы обозначения:

- температура в камере,

- температура стенки со стороны горячих газов,

- температура стенки со стороны жидкости (охладителя),

- температура охладителя.

Тепло путём конвективного и лучистого теплообмена передается от горячих продуктов сгорания к стенке камеры. Таким образом, суммарный тепловой поток от горячих газов к стенке камеры двигателя складывается из двух тепловых потоков:

. (7.2)

Благодаря теплопроводности стенки тепло передается через стенку камеры:

, (7.3)

где - теплопроводность стенки:

- толщина стенки.

Путем конвекции тепло передается от стенки к охладителю:

, (7.4)

где коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости.

Внутреннее охлаждение

Чтобы обеспечить приемлемую температуру стенки необходимо, помимо наружного охлаждения, применить и внутренние. В этом случае температура стенки снижается либо благодаря защите её жидкой плёнкой, либо газовым слоем с пониженной по сравнению с ядром потока температурой. Такой слой называется пристеночным. Температура этого слоя снижается за счет обогащения его одним из компонентов, как правило, горючим. Избыток горючего подаётся либо через периферийный ряд форсунок, либо через пояса завесы, которые располагаются в различных местах камеры сгорания. В данном случае целесообразно применение периферийных форсунок.

Недостатком является резкое ухудшение их эффективности при увеличении длины камеры сгорания, что происходит в основном из-за отрыва пристеночного слоя. Для защиты камер возможно использование термостойких покрытий в сочетании с наружным охлаждением. Это позволяет увеличить допустимую температуру стенки.

Покрытие должно удовлетворять следующим требованиям:

- высокая температура плавления,

- стойкость к тепловым ударам,

- низкая теплопроводность,

- коэффициент линейного расширения, близкий по значению коэффициенту линейного расширения основного материала,

- хорошая адгезия к основному материалу и хорошие антикоррозионные свойства.

Расчёт наружного охлаждения

Для расчета наружного охлаждения необходимо знать:

- схему охлаждения,

- геометрию охлаждающего тракта,

- расход охладителя,

- конструкционные материалы.

Камера и сопло разбивается на некоторое количество участков, в пределах которых параметры считаются постоянными. Расчет охлаждения производится методом последовательных приближений и ведётся в следующем порядке.

1 Определяются осредненные значения диаметра и относительного диаметра на каждом участке, а также длина участка. Определяются все параметры, которые характеризуют теплонапряженность оболочки камеры сгорания в центре каждого участка.

2 Рассчитывается геометрия охлаждающего тракта.

Средний диаметр участка

, (7.7)

где - средний диаметр для каждого участка,

- внутренний диаметр оболочки сопла,

- толщина внутренней оболочки,

- высота охлаждающего тракта.

Шаг ребер

, (7.8)

где - число ребер;

- угол закрутки.

Средний гидравлический диаметр

, (7.9)

где - толщина ребра.

3 Определяется температура водорода на входе в охлаждающий тракт с учетом подогрева его в насосе.

4 По температуре охладителя и геометрии при заданном расходе охладителя задаемся в первом приближении температурой стенки со стороны охладителя и определяем коэффициент теплоотдачи от стенки к жидкости по формуле

, (7.10)

где - комплекс, характеризующий теплофизические свойства охладителя и его давление. Значение определяется из справочного материала;

F- проходная площадь тракта.

5 Коэффициент эффективности оребрения охлаждающего тракта рассчитывается по формуле

, (7.11)

, (7.12)

где - теплопроводность материала оребренной стенки.

6 Определяются удельные конвективные тепловые потоки на каждом участке методом пересчета с эталонного двигателя по формуле:

. (7.13)

где , - удельные тепловые конвективные тепловые потоки в сходственных сечениях рассчитываемой и эталонной камеры (- средний безразмерный диаметр участка);

и - комплексы, характеризующие энергетические и теплофизические свойства топлива в зависимости от соотношения компонентов и .

Тогда уравнение для конвективного потока можно переписать:

. (7.14)

С другой стороны, конвективный поток определяется по следующей формуле:

. (7.15)

Разделив обе части уравнения на , получим

. (7.16)

Чтобы определить действительные конвективные удельные тепловые потоки, систему уравнений решают графически.

7 Определяется температура стенки камеры сгорания со стороны охладителя

. (7.17)

8 Эту температуру сравниваем с той. которой задавались ранее. Если разница между ними составляет больше 5 % то расчет необходимо повторить со второго пункта.

Определяем подогрев охладителя на участке

, (7.18)

где - поверхность нагрева i-го участка камеры;

- расход охладителя;

- средняя теплоёмкость охладителя, взятая при температуре:

. (7.19)

9 Температура охладителя на следующем участке:

. (7.20)

10 Гидравлические потери на каждом участке охлаждающего тракта:

. (7.21)

где - коэффициент потерь,

- длина участка по образующей,

- плотность охладителя,

W - скорость охладителя.

Результаты расчётов в этом разделе представлены в виде графиков и сведены в таблицы.

Результаты расчёта охлаждения камеры

Таблица 7.1 Результаты расчета геометрии КС

№	ds	dk	xs	xk	dx	dl	sb	Nr	cos	fl	dst	dp	dr	hr	dg	шst	шr	шrub	Max	dpodl	dtzp	Mat
1	196,1	196,1	12,5	25	25	25	0,0154	152	1	0,001987	0,8	3,27	0,9	4	3,6	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
2	196,1	196,1	37,5	50	25	25	0,0154	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
3	196,1	196,1	62,5	75	25	25	0,0154	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
4	196,1	196,1	87,5	100	25	25	0,0154	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
5	196,1	196,1	112,5	125	25	25	0,0154	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
6	196,1	196,1	147,5	170	45	45	0,0277	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
7	196,1	196,1	200	230	60	60	0,0370	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
8	196,1	196,1	260	290	60	60	0,0370	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
9	196,1	196,1	320	350	60	60	0,0370	306	1	0,001436	0,8	1,18	0,9	4	1,82	12,8	12,8	12,8	0,148	0	0	7
Цилиндр
10	195,4	193,4	363,3	377,2	27,2	27,3	0,0168	306	1	0,001428	0,8	1,17	0,9	4	1,81	12,8	12,8	12,8	0,15	0	0	7
11	190,7	187,2	388,1	399,0	21,8	22,1	0,0132	306	1	0,001369	0,8	1,12	0,9	4	1,75	12,8	12,8	12,8	0,157	0	0	7
12	182,7	177,4	409,9	420,8	21,8	22,4	0,0129	306	1	0,001269	0,8	1,04	0,9	4	1,65	12,8	12,8	12,8	0,172	0	0	7
13	171,0	163,6	431,7	442,6	21,8	23,0	0,0124	152	1	0,001672	0,8	2,75	0,9	4	3,26	12,8	12,8	12,8	0,197	0	0	7
14	157,4	150,4	450,8	458,9	16,3	17,8	0,0088	152	1	0,001501	0,8	2,47	0,9	4	3,05	12,8	12,8	12,8	0,235	0	0	7
15	143,7	136,6	466,6	474,2	15,3	16,8	0,0076	152	1	0,001329	0,8	2,19	0,9	4	2,83	12,8	12,8	12,8	0,286	0	0	7
16	130,5	124,3	480,7	487,3	13,1	14,5	0,0059	152	1	0,001042	0,8	1,90	0,9	3,6	2,49	12,8	12,8	12,8	0,355	0	0	7
17	119,3	114,2	492,7	498,1	10,9	12,0	0,0045	152	1	0,000783	0,8	1,66	0,9	3,1	2,16	12,8	12,8	12,8	0,441	0	0	7
18	109,8	106,2	503,6	509,0	10,9	11,5	0,0040	152	1	0,000691	0,8	1,47	0,9	3,1	1,99	12,8	12,8	12,8	0,551	0	0	7
19	103,7	101,7	513,4	517,8	8,7	8,9	0,0029	152	1	0,000632	0,8	1,34	0,9	3,1	1,87	12,8	12,8	12,8	0,666	0	0	7
20	100,1	98,9	52,1	526,5	8,7	8,8	0,0028	152	1	0,000597	0,8	1,27	0,9	3,1	1,80	12,8	12,8	12,8	0,777	0	0	7
21	98,2	97,8	529,7	533,0	6,5	6,5	0,0020	152	1	0,000578	0,8	1,23	0,9	3,1	1,76	12,8	12,8	12,8	0,883	0	0	7
22	97,7	97,6	535,3	537,7	4,7	4,7	0,0014	152	1	0,000573	0,8	1,22	0,9	3,1	1,75	12,8	12,8	12,8	0,965	0	0	7
23	97,6	97,6	539,3	541,0	3,3	3,3	0,0010	152	1	0,000572	0,8	1,21	0,9	3,1	1,75	12,8	12,8	12,8	1	0	0	7
Критика
24	97,8	99,1	544,2	547,5	6,5	6,7	0,0020	152	1	0,000574	0,8	1,22	0,9	3,1	1,75	12,8	12,8	12,8	1,258	0	0	7
25	101,4	105,1	550,8	554,0	6,5	7,5	0,0024	152	1	0,000609	0,8	1,29	0,9	3,1	1,82	12,8	12,8	12,8	1,826	0	0	7
26	111,5	118,8	559,1	564,3	10,2	12,6	0,0044	152	1	0,000708	0,8	1,50	0,9	3,1	2,02	12,8	12,8	12,8	2,265	0	0	7
27	122,0	125,3	566,4	568,6	4,4	5,5	0,0021	152	1	0,000633	1,5	1,73	0,9	2,4	2,01	12,8	12,8	12,8	2,456	0	0	7
28	128,6	131,9	570,8	573,0	4,4	5,5	0,0022	142	1	0,000992	1,5	2,01	1	3,5	2,55	12,8	12,8	12,8	2,515	0	0	7
29	140,3	148,7	578,4	583,9	10,9	13,8	0,0061	142	1	0,001274	1	2,26	1	4	2,89	12,8	12,8	12,8	2,569	0	0	7
30	165,6	182,5	594,8	605,7	21,8	27,6	0,0143	142	1	0,001592	1	2,82	1	4	3,31	12,8	12,8	12,8	2,664	0	0	7
31	202,6	222,6	618,7	631,8	26,1	32,9	0,0210	284	1	0,001489	1	1,32	1	4	1,98	12,8	12,8	12,8	2,816	0	0	7
32	242,3	261,7	644,9	657,9	26,1	32,5	0,0248	284	1	0,001989	1	1,76	1	4	2,44	12,8	12,8	12,8	2,991	0	0	7
33	277,6	293,3	668,8	679,7	21,8	26,8	0,0234	284	1	0,002432	1	2,15	1	4	2,8	12,8	12,8	12,8	3,124	0	0	7
34	310,3	326,9	691,7	703,7	24,0	29,2	0,0285	284	1	0,002842	1	2,51	1	4	3,09	12,8	12,8	12,8	3,231	0	0	2
35	329,9	332,9	705,9	708,0	4,4	5,3	0,0055	284	1	0,002709	1,5	2,73	1	3,5	3,07	12,8	12,8	12,8	3,292	0	0	2
36	335,9	338,9	710,2	712,4	4,4	5,3	0,0056	254	1	0,003004	1,35	3,53	0,7	3,35	3,44	12,8	12,8	12,8	3,311	0	0	4
37	352,3	365,4	722,2	732,0	19,6	23,6	0,0261	254	1	0,003690	0,80	3,73	0,7	3,90	3,81	12,8	12,8	12,8	3,359	0	0	4
38	386,9	408,0	748,4	764,7	32,7	38,9	0,0473	254	1	0,004115	0,80	4,15	0,7	3,90	4,02	12,8	12,8	12,8	3,458	0	0	4
Коллектор
39	442,2	475,3	791,9	819,2	54,5	63,7	0,0885	254	1	0,004793	0,80	4,84	0,7	3,90	4,32	12,8	12,8	12,8	3,601	0	0	4
40	507,5	538,7	846,4	873,6	54,5	62,8	0,1000	510	1	0,004896	0,80	2,47	0,7	3,90	3,02	12,8	12,8	12,8	3,751	0	0	4
41	575,0	610,2	906,3	939,0	65,4	74,2	0,1340	510	1	0,005723	0,80	2,88	0,7	3,90	3,32	12,8	12,8	12,8	3,891	0	0	4
42	651,1	690,4	978,2	1017,4	78,4	87,8	0,1795	510	1	0,006655	0,80	3,35	0,7	3,90	3,61	12,8	12,8	12,8	4,035	0	0	4
43	732,9	773,9	1061,0	1104,5	87,1	96,3	0,2217	510	1	0,007657	0,80	3,86	0,7	3,90	3,88	12,8	12,8	12,8	4,176	0	0	4
44	809,7	844,4	1143,8	1183,0	78,4	85,8	0,2182	510	1	0,008598	0,80	4,33	0,7	3,90	4,10	12,8	12,8	12,8	4,297	0	0	4
45	853,9	863,3	1193,9	1204,8	21,8	23,7	0,0637	510	1	0,009140	0,80	4,60	0,7	3,90	4,22	12,8	12,8	12,8	4,363	0	0	4
46	886,7	909,6	1232,0	1259,2	54,5	59,1	0,1646	510	1	0,009542	0,80	4,81	0,7	3,90	4,31	12,8	12,8	12,8	4,411	0	0	4
47	932,2	954,4	1286,5	1313,7	54,5	58,8	0,1732	1020	1	0,008707	0,80	2,19	0,7	3,90	2,81	12,8	12,8	12,8	4,474	0	0	4
48	972,0	989,3	1335,5	1357,3	43,6	46,9	0,1432	1020	1	0,009194	0,80	2,31	0,7	3,90	2,90	12,8	12,8	12,8	4,528	0	0	4
49	1017,8	1045,8	1393,6	1430,0	72,8	77,9	0,2492	1020	1	0,009756	0,80	2,45	0,7	3,90	3,01	12,8	12,8	12,8	4,589	0	0	4
Срез
49	1017,8	1045,8	1393,6	1430,0	72,8	77,9	0,2492	1020	1	0,009756	0,80	2,45	0,7	3,90	3,01	12,8	12,8	12,8	4,589	0	0	4
48	972,0	989,3	1335,5	1357,3	43,6	46,9	0,1432	1020	1	0,009194	0,80	2,31	0,7	3,90	2,90	12,8	12,8	12,8	4,528	0	0	4
47	932,2	954,4	1286,5	1313,7	54,5	58,8	0,1723	1020	1	0,008707	0,80	2,19	0,7	3,90	2,81	12,8	12,8	12,8	4,474	0	0	4
46	886,7	909,6	1232,0	1259,2	54,5	59,1	0,1646	510	1	0,009542	0,80	4,81	0,7	3,90	4,31	12,8	12,8	12,8	4,411	0	0	4
45	853,9	863,3	1193,9	1204,8	21,8	23,7	0,0637	510	1	0,009140	0,80	4,60	0,7	3,90	4,22	12,8	12,8	12,8	4,363	0	0	4
44	809,7	844,4	1143,8	1183,0	78,4	85,8	0,2182	510	1	0,008598	0,80	4,33	0,7	3,90	4,10	12,8	12,8	12,8	4,297	0	0	4
43	732,9	773,9	1061,0	1104,5	87,1	96,3	0,2217	510	1	0,007657	0,80	3,86	0,7	3,90	3,88	12,8	12,8	12,8	4,176	0	0	4
42	651,1	690,4	978,2	1017,4	78,4	87,8	0,1795	510	1	0,006655	0,80	3,35	0,7	3,90	3,61	12,8	12,8	12,8	4,035	0	0	4
41	575,0	610,2	906,3	939,0	65,4	74,2	0,1340	510	1	0,005723	0,80	2,88	0,7	3,90	3,32	12,8	12,8	12,8	3,891	0	0	4
40	507,5	538,7	846,4	873,6	54,5	62,8	0,1000	510	1	0,004896	0,80	2,47	0,7	3,90	3,02	12,8	12,8	12,8	3,751	0	0	4
39	442,2	475,3	791,9	819,2	54,5	63,7	0,0885	254	1	0,004793	0,80	4,48	0,7	3,90	4,32	12,8	12,8	12,8	3,601	0	0	4

Условные обозначения:

1) ds - диаметр середины сечения, мм; 12) dp - ширина паза, мм;

2) dk - диаметр конца сечения, мм; 13) dr - толщина ребра, мм;

3) xs - осевая координата середины сечения, мм; 14) hr - высота ребра, мм;

4) xk - осевая координата конца сечения, мм; 15) dg - диаметр гидравлический паза, мм;

5) dx - длина сечения по оси, мм; 16) шst - шероховатость стенки, мкм;

6) dl - длина сечения по образующей, мм; 17) шr - шероховатость ребра, мкм;

7) sb - площадь боковой поверхности, ; 18) шrub - шероховатость рубашки, мкм;

8) Nr - число ребер; 19) Max - число Маха;

9) cos - косинус угла закрутки; 20) dpodl - толщина подложки, мкм;

10) fl - площадь в свету по охладителю, ; 21) dtzp - толщина ТЗП, мкм;

11) dst - толщина стенки, мм; 22) Mat - материал огневой стенки.

Материалы огневой стенки: 1) БрХЦРТ; 2) ЭП-666; 3) ЭП-915; 4) Я1Т; 5) ЭП-750; 6) БрХ0,8-кр; 7) БрХ0,8-кр.

Таблица 7.2 Результаты расчета охлаждения КС

№	ml	qet	al	eal	est	ereb	S	aps	ql	Qs	Twg	Twpp	Twl	Twr	Tl	dTl	dPl	pl	Qss%	cg	wl	Mat
1	3,6	39,51	34145	1,75	1,19	1,19	1,28	0,172	0,818	13,33	570	570	515	320	292,5	4,30	4,07	220,3	100	0,028	114,6	7
2	3,6	39,51	51526	2,08	1,26	1,26	2,176	0,286	1,520	22,21	585	585	492	298	285,4	7,11	1,13	221,4	98,36	0,0362	154,3	7
3	3,6	39,51	45494	2,23	1,26	1,26	3,221	0,572	1,870	32,98	725	725	600	302	274,9	10,43	0,94	222,3	95,64	0,0362	148,6	7
4	3,6	31,04	43673	2,27	1,26	1,26	3,185	0,572	1,870	35,93	814	757	626	296	263,7	11,23	0,90	222,3	91,59	0,0362	142,5	7
5	3,6	28,06	44517	2,25	1,27	1,27	3,234	0,572	1,870	33,25	772	713	585	281	253,4	10,27	0,87	224,1	87,17	0,0362	137,0	7
6	3,6	25,82	44683	2,24	1,27	1,27	3,299	0,572	1,870	31,34	734	674	550	261	236,3	17,11	1,46	225,6	83,09	0,0362	127,7	7
7	3,6	23,90	44385	2,23	1,28	1,28	3,371	0,572	1,870	29,76	695	637	516	238	215,1	21,18	1,77	227,4	76,16	0,0362	116,3	7
8	3,6	22,56	43637	2,23	1,29	1,29	3,428	0,572	1,870	28,64	664	608	489	217	195,1	19,99	1,61	229,0	67,39	0,0362	105,8	7
9	3,6	21,62	42200	2,25	1,29	1,29	3,469	0,572	1,870	27,85	642	586	469	198	176,0	19,15	1,46	230,4	58,95	0,0362	96,1	7
Цилиндр
10	3,6	21,23	46768	2,12	1,29	1,29	3,684	0,572	1,870	20,84	475	475	379	181	169,5	6,47	0,6	231,1	50,74	0,0362	93,4	7
11	3,6	21,90	48285	2,13	1,30	1,30	3,690	0,572	1,870	21,46	472	472	373	175	164,3	5,23	0,58	231,7	47,95	0,0366	94,5	7
12	3,6	23,40	51483	2,13	1,32	1,32	3,690	0,572	1,870	22,80	472	472	367	168	158,9	5,39	0,73	232,4	45,69	0,0374	98,8	7
13	3,6	26,09	27918	2,02	1,25	1,25	3,335	0,572	1,870	23,13	655	655	563	219	153,7	5,22	0,26	232,7	43,35	0,0291	72,7	7
14	3,6	29,99	30202	2,07	1,27	1,27	3,306	0,572	1,870	26,10	671	671	567	209	149,5	4,19	0,17	232,8	41,07	0,0299	78,9	7
15	3,6	35,04	32700	2,12	1,29	1,29	3,263	0,572	1,870	29,84	693	693	575	200	145,3	4,17	0,22	233,0	39,24	0,0308	87,0	7
16	3,6	41,29	40795	2,10	1,33	1,33	3,274	0,572	1,870	34,91	687	687	549	189	141,5	3,84	0,36	233,4	37,44	0,0321	108,3	7
17	3,6	48,09	53763	2,03	1,38	1,38	3,302	0,572	1,870	40,63	673	673	509	179	138,1	3,41	0,61	234,0	35,78	0,0335	140,9	7
18	3,6	55,13	59083	2,06	1,40	1,40	3,266	0,572	1,570	45,54	692	692	509	170	134,7	3,39	0,82	234,8	34,32	0,0345	155,8	7
19	3,6	60,34	63300	2,07	1,41	1,41	3,246	0,572	1,354	49,20	703	703	508	163	132,0	2,71	0,82	235,7	32,88	0,0354	167,2	7
20	3,6	63,40	65775	2,08	1,43	1,43	3,240	0,572	1,241	51,38	709	709	505	158	129,3	2,70	0,94	236,6	31,74	0,0359	173,5	7
21	3,6	64,60	67041	2,08	1,43	1,43	3,240	0,572	1,187	52,27	709	709	502	155	127,3	2,01	0,75	237,3	30,61	0,0362	176,1	7
22	3,6	64,50	67247	2,08	1,43	1,43	3,243	0,572	1,171	52,23	707	707	498	153	125,8	1,43	0,55	237,9	29,76	0,0363	175,9	7
23	3,6	64,16	66944	2,09	1,43	1,43	3,245	0,572	1,169	52,00	705	705	497	152	124,8	1,00	0,38	238,3	29,17	0,0363	174,6	7
Критика
24	3,6	58,45	68092	2,06	1,43	1,43	3,316	0,572	1,165	48,40	666	666	468	146	122,9	1,91	0,76	239,0	28,75	0,0363	171,4	7
25	3,6	35,42	75136	1,91	1,42	1,42	3,642	0,572	1,094	32,46	497	497	348	132	121,4	1,50	0,70	239,7	27,96	0,0357	159,5	7
26	3,6	20,24	74370	1,81	1,39	1,39	3,886	0,572	0,919	20,00	370	370	269	126	119,7	1,71	0,75	240,5	27,34	0,0343	135,4	7
27	3,6	15,51	90506	1,69	1,41	1,41	3,888	0,572	0,765	15,34	369	369	220	126	119,1	0,62	0,40	240,9	26,64	0,0336	150,6	7
28	3,6	14,30	54436	1,79	1,33	1,33	3,843	0,572	0,683	13,91	393	393	261	127	118,5	0,60	2,51	243,4	26,38	0,0317	95,0	7
29	3,6	13,35	40590	1,86	1,30	1,30	3,881	0,572	0,557	13,12	373	373	291	130	116,9	1,55	0,15	243,6	26,14	0,0306	73,1	7
30	3,6	11,82	31096	1,86	1,26	1,26	3,865	0,572	0,407	11,38	381	381	311	137	113,7	3,20	0,16	243,7	25,50	0,0290	57,1	7
31	3,6	9,58	46346	2,01	1,29	1,29	4,042	0,572	0,281	9,66	289	289	223	117	109,7	4,00	0,48	244,2	24,20	0,0351	59,1	7
32	3,6	7,42	31154	2,01	1,24	1,24	4,066	0,572	0,188	7,48	276	276	225	119	106,1	3,69	0,17	244,4	22,59	0,0325	42,9	7
33	3,6	6,08	25229	1,99	1,21	1,21	4,083	0,572	0,141	6,14	267	267	225	121	103,2	2,88	0,08	244,4	21,11	0,0309	34,2	7
34	3,6	5,18	18294	1,21	1,19	1,19	3,378	0,572	0,115	4,37	634	634	298	101	100,7	2,51	0,05	244,5	19,96	0,0298	28,7	2
35	3,6	4,72	20586	1,19	1,20	1,20	3,253	0,572	0,102	3,85	698	698	257	101	100,2	0,43	0,01	244,5	18,97	0,0294	30,0	2
36	3,6	4,58	17663	1,25	1,18	1,18	3,442	0,572	0,098	3,94	601	601	278	100	99,8	0,44	0,14	244,6	18,80	0,0280	26,9	4
37	3,6	4,26	13228	1,27	1,15	1,15	3,608	0,572	0,089	3,81	514	514	325	98	97,8	2,03	0,02	244,7	18,62	0,0271	21,6	4
38	3,6	3,66	11769	1,26	1,13	1,13	3,662	0,572	0,072	3,31	486	486	319	95	94,5	3,24	0,02	244,7	17,83	0,0268	18,9	4
Коллектор
39	3,6	2,93	23027	1,21	1,20	1,20	3,906	0,572	0,051	2,83	360	360	193	92	91,9	2,61	0,10	244,8	16,58	0,0266	31,8	4
40	3,6	2,32	26156	1,21	1,20	1,20	4,010	0,572	0,036	2,29	305	305	162	89	89,5	2,42	0,22	245,0	15,58	0,0300	30,5	4
41	3,6	1,87	22546	1,20	1,18	1,18	4,073	0,572	0,025	1,84	273	273	155	87	86,9	2,64	0,11	245,1	14,67	0,0289	25,5	4
42	3,6	1,49	19602	1,19	1,15	1,15	4,125	0,572	0,018	1,49	246	246	148	84	84,0	2,89	0,08	245,2	13,68	0,0278	21,4	4
43	3,6	1,20	17277	1,18	1,13	1,13	4,170	0,572	0,013	1,21	222	222	141	81	81,0	2,96	0,06	245,2	12,62	0,0269	18,1	4
44	3,6	1,00	15526	1,17	1,12	1,12	4,207	0,572	0,010	1,01	203	203	134	79	78,6	2,44	0,04	245,3	11,55	0,0267	15,7	4
45	3,6	0,90	14791	1,16	1,11	1,11	4,224	0,572	0,008	0,91	194	194	131	78	77,9	0,65	0,01	245,3	10,67	0,0266	14,7	4
46	3,6	0,83	14169	1,16	1,10	1,10	4,237	0,572	0,007	0,85	187	187	128	76	76,3	1,57	0,02	245,3	10,44	0,0266	13,8	4
47	3,6	0,76	17624	1,18	1,12	1,12	4,275	0,572	0,006	0,78	168	168	112	75	74,8	1,51	0,04	245,3	9,88	0,0308	14,9	4
48	3,6	0,70	16720	1,18	1,11	1,11	4,287	0,572	0,005	0,71	162	162	110	74	73,7	1,17	0,03	245,4	9,35	0,0304	14,0	4
49	3,6	0,63	15729	1,18	1,10	1,10	4,300	0,572	0,004	0,65	155	155	107	72	71,8	1,87	0,12	245,5	8,94	0,0300	12,9	4
Срез
49	3,6	0,63	15501	1,18	1,10	1,10	4,302	0,572	0,004	0,65	153	153	106	70	69,9	1,89	0,12	245,6	8,29	0,0300	12,6	4
48	3,6	0,70	16038	1,18	1,11	1,11	4,292	0,572	0,005	0,72	159	159	106	69	68,7	1,20	0,03	245,6	7,65	0,0304	13,3	4
47	3,6	0,76	16463	1,19	1,11	1,11	4,284	0,572	0,006	0,78	163	163	107	67	67,1	1,58	0,04	245,7	7,24	0,0308	13,9	4
46	3,6	0,83	12688	1,16	1,09	1,09	4,244	0,572	0,007	0,86	184	184	124	66	65,4	1,68	0,02	245,7	6,70	0,0266	12,5	4
45	3,6	0,90	12928	1,16	1,09	1,09	4,231	0,572	0,008	0,92	190	190	126	65	64,7	0,70	0,01	245,7	6,14	0,0266	13,0	4
44	3,6	1,00	12975	1,17	1,10	1,10	4,214	0,572	0,010	1,02	200	200	129	62	62,0	2,71	0,03	245,7	5,91	0,0267	13,5	4
43	3,6	1,20	13339	1,18	1,11	1,11	4,178	0,572	0,013	1,22	218	218	136	59	58,7	3,38	0,05	245,8	5,02	0,0269	14,7	4
42	3,6	1,49	13865	1,20	1,12	1,12	4,126	0,572	0,018	1,51	245	245	146	55	55,2	3,47	0,06	245,8	3,95	0,0278	16,3	4
41	3,6	1,87	14539	1,22	1,13	1,13	4,069	0,572	0,025	1,85	275	275	156	52	51,9	3,26	0,08	245,9	2,87	0,0289	18,2	4
40	3,6	2,32	15025	1,25	1,15	1,15	3,998	0,572	0,036	2,28	312	312	171	49	48,8	3,09	0,15	246,1	1,88	0,0300	20,8	4
39	3,6	2,93	10195	1,24	1,13	1,13	3,806	0,572	0,051	2,75	412	412	262	46	45,4	3,43	0,06	246,1	0,97	0,0266	21,2	4

Условные обозначения:

1) ml - расход охладителя, кг/с; 12) Twg, Twpp, Twl, Twr - температура огневой стенки на газовой

2) qet - эталонный тепловой поток, ккал/; поверхности, под покрытием, со стороны

3) al - коэффициент теплоотдачи, ккал/; охладителя, на пайке ребра с рубашкой, К;

4) eal - коэффициент оребрения; 13) dPl - гидросопротивление участка, ;

5) est - интенсификация теплообмена на ребре; 14) pl - давление в охладителе, ;

6) S - параметр S; 15) cg - коэффициент гидравлического трения;

7) aps - коэффициент избытка окислителя на стенке; 16) wl - скорость охладителя, м/с;

8) ql - лучистый тепловой поток, ккал/;

9) Qs - полный тепловой поток, ккал/;

10) Tl - температура охладителя, К;

11) dTl - подогрев охладителя, К;

Расчет параметров турбонасосных агрегатов. Конструкция насосов

Основными элементами насоса любого типа являются ротор, корпус, опоры ротора и уплотнительные устройства. Помимо валов деталями роторов являются крыльчатки и шнеки. Детали корпуса образуют входные и выходные устройства, стенки полостей, в которых располагаются роторы. Непосредственно с конструкцией корпуса также связаны спрямляющие аппараты осевых насосов и лопаточные диффузоры центробежных насосов. Крыльчатки насосов выполняются открытого и закрытого типа. Крыльчатки открытого типа, имеющие радиальные лопатки, просты по конструкции, но КПД их ниже, чем крыльчаток закрытого типа. Выполняются они чаще стальными, так как перо лопатки не подкреплено с торца и значительно нагружено центробежными силами. Крепление крышки к лопаткам производится пайкой по всей поверхности кромок лопатки, обращенных к крышке, на твердых припоях. Крутящий момент с вала на крыльчатку передается через шпоночное или шлицевое соединение.

Результаты расчета I ступени насоса горючего

Таблица 8.1 Геометрические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Вход в шнек
Диаметр корпуса над шнеком, мм	45.0
Наружный диаметр, мм	44.5
Диаметр втулки, мм	24.0
Угол установки на среднем диаметре, град	22.8
Выход из шнека
Наружный диаметр, мм	44.5
Диаметр втулки, мм	26.0
Толщина лопасти на расчетном диаметре, мм	4.00
Угол установки на среднем диаметре, град	21.5
Число лопастей	3.00
Вход в крыльчатку
Периферийный диаметр, мм	44.5
Диаметр втулки, мм	26.0
Средний диаметр кромки лопасти, мм	44.0
Ширина кромки, мм	8.00
Толщина кромки, мм	1.00
Угол установки лопасти, град	20.0
Число лопастей	6.00
Выход из крыльчатки
Наружный диаметр (расчетный), мм	85.0
Ширина кромки, мм	5.00
Толщина кромки, мм	1.20
Угол установки лопасти, град	40.0
Число лопастей	12.0
Спиральный отвод
Количество каналов отвода	5.00
Диаметр начала отвода, мм	88.0
Ширина (высота) отвода, мм	5.90
Переднее уплотнение
Диаметр, мм	49.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.0600
Длина, мм	6.00
Коэффициент расхода	0.467
Заднее уплотнение
Диаметр, мм	85.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.120
Длина, мм	6.00
Коэффициент расхода	0.627
Автомат осевой разгрузки
Диаметр, мм	35.0
Осевой зазор, мм	0.220
Зазор: диск-корпус, мм	3.00
Коэффициент расхода	0.790
Разгрузочные отверстия
Диаметр отверстия, мм	5.00
Наименование параметра	Значение параметра
Диаметр средней линии отверстия, мм	30.0
Количество отверстий	6.00
Диаметр вала	26.0

Таблица 8.3 Гидравлические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Давление (полное), атм:
-на входе	3.80
-на выходе	122.8
Температура, К:
-на входе	21.1
-на выходе	48.8
Массовый расход через насос, кг/с	3.80
Объемный расход через насос, дм³/с	55.9
Напор насоса, м	17502.4
Частота вращения ротора, об/мин	125000.0
Коэффициент быстроходности	70.9
Вход в шнек(параметры на среднем диаметре)
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	50.7
Окружная скорость, м/с	224.2
Относительная скорость, м/с	229.8
Скорость потока в межлопаточном канале, м/с	183.9
Расходный параметр q = Cm/(u*tg(bettal))	0.539
Угол атаки, град	10.0
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	73.9
Окружная скорость на расчетном диаметре, м/с	238.5
Теоретический напор, м	1247.2
Гидравлические потери, м	788.3
Напор шнека, м	459.0
Статический напор, м	324.9
Вход в крыльчатку
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	58.7
Расходная составляющая абсолютной скорости с учетом загром., м/с	67.2
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	42.5
Абсолютная скорость, м/с	72.4
Окружная скорость на среднем диаметре кромки, м/с	288.0
Относительная скорость, м/с	252.4
Угол потока в относительном движении, град	13.4
Угол потока с учетом загромождения, град	15.3
Угол атаки с учетом загромождения, град.	4.69
Выход из крыльчатки
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	48.6
Расходная состав. абсолютной скорости с учетом загромождения, м/с	53.0

Таблица

Наименование параметра	Значение параметра
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	400.1
Абсолютная скорость, м/с	403.1
Абсолютная скорость с учетом загромождения, м/с	403.6
Окружная скорость на наружном диаметре, м/с	556.3
Относительная скорость, м/с	163.6
Угол потока в относительном движении, град	17.3
Гидравлические потери в крыльчатке, м	1165.5
Спиральный отвод
Скорость в минимальном сечении отвода, м/с	321.4
Суммарные потери в отводе, м	3243.8
Переднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	71.5
-на выходе из уплотнения	6.01
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	1.87
- массовый, кг/с	0.127
Заднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	89.5
-на выходе из уплотнения	52.2
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	0.0000
- массовый, кг/с	0.0000
Автомат осевой разгрузки
Давление, атм:
-на среднем диаметре	52.2
-на входе в регулируемую щель	52.2
-на выходе из регулируемой щели	11.1
Расход через щель, дм³/с	6.58
Разгрузочные отверстия в крыльчатке
Давление, атм:
-на входе в отверстия	10.1
-на выходе из отверстий (на среднем диаметре)	3.62
Расход через отверстия, дм³/с	7.05
Диски крыльчатки
Мощность трения дисков крыльчатки, кВт:
-основного	45.4
-покрывного	24.4
Мощность механических потерь, кВт	0.0000
Кавитационные параметры
- Шнека -
Коэффициент кавитации шнека по 1-му режиму	0.0832
Кавитационный запас шнека по 1-му режиму, м	355.2
Коэффициент кавитации шнека по 2-му режиму	0.0726
Кавитационный запас по 2-му режиму, м	326.7
Коэффициент запаса по 2-му режиму	1.74
- Колеса -
Коэффициент кавитации	0.261
Срывной кавитационный запас колеса, м	1116.2

Таблица

Наименование параметра	Значение параметра
Кавитационный запас на входе в центробежное колесо (при dhвх = 0), м	-657.2
Параметры ступени
Относительный расход Q/n10⁷, м³мин/(с*об)	4.48
Относительный напор H/n²10⁷, ммин²/об²	11.2
Гидравлическая мощность насоса, кВт	975.2
Потребляемая насосом мощность, кВт	1045.0
КПД насоса:
-гидравлический	0.771
-объемный	0.868
-дисковый	0.933
-механический	1.00
-суммарный	0.625
Осевые силы
Сила на покрывающий диск	3049.7
Сила между шнеком и передним уплотнением	19.9
Сила на входе	32.1
Динамическая сила	22.8
Сила у заднего уплотнения	0.0000
Сила в полости АОР	-2461.1
Сила от заднего диска	2504.7
Сила в полости за АОР	-43.6
Внешняя сила	0.0000
Суммарная сила	619.8

Результаты расчета II ступени насоса горючего

Таблица 8.3 Геометрические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Вход в крыльчатку
Периферийный диаметр, мм	44.5
Диаметр втулки, мм	26.0
Средний диаметр кромки лопасти, мм	44.0
Ширина кромки, мм	8.00
Толщина кромки, мм	1.00
Угол установки лопасти, град	20.0
Число лопастей	6.00
Выход из крыльчатки
Наружный диаметр (расчетный), мм	85.0
Ширина кромки, мм	5.00
Толщина кромки, мм	1.20
Угол установки лопасти, град	40.0
Число лопастей	12.0
Спиральный отвод
Количество каналов отвода	2.00
Диаметр начала отвода, мм	88.0
Ширина (высота) отвода, мм	9.80
Переднее уплотнение
Диаметр, мм	49.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.0600
Длина, мм	6.00
Коэффициент расхода	0.467
Заднее уплотнение
Диаметр, мм	24.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.0300
Длина, мм	10.0
Коэффициент расхода	0.377
Автомат осевой разгрузки
Диаметр, мм	24.0
Осевой зазор, мм	10.0
Зазор: диск-корпус, мм	3.00
Коэффициент расхода	0.790
Разгрузочные отверстия
Диаметр отверстия, мм	1.15
Диаметр средней линии отверстия, мм	23.0
Количество отверстий	4.00
Диаметр вала	22.0

Таблица 8.4 Гидравлические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Давление (полное), атм:
-на входе	124.9
-на выходе	253.6
Температура, К:
-на входе	33.2
-на выходе	64.4
Плотность, кг/м³	68.0
Массовый расход через насос, кг/с	3.80
Объемный расход через насос, дм³/с	55.9
Напор насоса, м	18930.7
Частота вращения ротора, об/мин	125000.0
Коэффициент быстроходности	66.9
Вход в крыльчатку
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	52.6
Расходная составляющая абсолютной скорости с учетом загромождения, м/с	60.3
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	31.8
Абсолютная скорость, м/с	61.5
Окружная скорость на среднем диаметре кромки, м/с	288.0
Относительная скорость, м/с	261.5
Угол потока в относительном движении, град	11.6
Угол потока с учетом загромождения, град	13.2
Угол атаки, град.	8.39
Угол атаки с учетом загромождения, град.	6.75
Выход из крыльчатки
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	43.6
Расходная составляющая абсолютной скорости с учетом загромождения, м/с	47.6
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	405.4
Абсолютная скорость, м/с	407.8
Абсолютная скорость с учетом загромождения, м/с	408.2
Окружная скорость на наружном диаметре, м/с	556.3
Относительная скорость, м/с	157.1
Угол потока в относительном движении, град	16.1
Гидравлические потери в крыльчатке, м	1280.4
Спиральный отвод
Скорость в минимальном сечении отвода, м/с	291.2
Суммарные потери в отводе, м	1853.4
Переднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	192.0
-на выходе из уплотнения	124.9
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	1.90
- массовый, кг/с	0.129
Заднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	185.2
-на выходе из уплотнения	133.1
Наименование параметра	Значение параметра
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	0.0000
- массовый, кг/с	0.0000
Автомат осевой разгрузки
Давление, атм:
-на среднем диаметре	133.1
-на входе в регулируемую щель	133.1
-на выходе из регулируемой щели	133.1
Расход через щель, дм³/с	0.331
Разгрузочные отверстия в крыльчатке
Давление, атм:
-на входе в отверстия	133.0
-на выходе из отверстий (на среднем диаметре)	124.9
Расход через отверстия, дм³/с	0.378
Диски крыльчатки
Мощность трения дисков крыльчатки, кВт:
-основного	14.5
-покрывного	18.2
Мощность механических потерь, кВт	0.0000
Кавитационные параметры
- Колеса -
Коэффициент кавитации	0.225
Срывной кавитационный запас колеса, м	976.3
Кавитационный запас на входе в центробежное колесо (при dhвх = 0), м	-976.3
Параметры ступени
Относительный расход Q/n10⁷, м³мин/(с*об)	4.48
Относительный напор H/n²10⁷, ммин²/об²	12.1
Гидравлическая мощность насоса, кВт	856.6
Потребляемая насосом мощность, кВт	889.2
КПД насоса:
-гидравлический	0.858
-объемный	0.961
-дисковый	0.963
-механический	1.00
-суммарный	0.794
Осевые силы
Сила на покрывающий диск	7613.3
Сила на входе	1674.4
Динамическая сила	20.4
Сила у заднего уплотнения	-10316.6
Сила в полости АОР	0.0000
Сила от заднего диска	10412.7
Сила в полости за АОР	-96.1
Внешняя сила	0.0000
Суммарная сила	-1104.6

Результаты расчета насоса окислителя

Таблица 8.5 Геометрические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Вход в шнек
Диаметр корпуса над шнеком, мм	49.0
Наружный диаметр, мм	48.0
Диаметр втулки, мм	22.0
Угол установки на среднем диаметре, град	15.3
Выход из шнека
Наружный диаметр, мм	48.0
Диаметр втулки, мм	26.0
Толщина лопасти на расчетном диаметре, мм	2.00
Угол установки на среднем диаметре, град	17.6
Число лопастей	3.00
Вход в крыльчатку
Периферийный диаметр, мм	48.0
Диаметр втулки, мм	26.0
Средний диаметр кромки лопасти, мм	48.0
Ширина кромки, мм	10.0
Толщина кромки, мм	1.00
Угол установки лопасти, град	18.0
Число лопастей	6.00
Выход из крыльчатки
Наружный диаметр (расчетный), мм	78.0
Ширина кромки, мм	5.00
Толщина кромки, мм	1.20
Угол установки лопасти, град	20.0
Число лопастей	6.00
Спиральный отвод
Количество каналов отвода	1.00
Диаметр начала отвода, мм	84.0
Ширина (высота) отвода, мм	19.0
Переднее уплотнение
Диаметр, мм	54.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.0600
Длина, мм	5.00
Коэффициент расхода	0.487
Заднее уплотнение
Диаметр, мм	78.0
Максимальный рабочий зазор (радиальный), мм	0.120
Длина, мм	5.00
Коэффициент расхода	0.649
Автомат осевой разгрузки
Диаметр, мм	38.0
Осевой зазор, мм	0.130
Зазор: диск-корпус, мм	3.00
Коэффициент расхода	0.790
Разгрузочные отверстия
Диаметр отверстия, мм	6.00
Диаметр средней линии отверстия, мм	32.0

Таблица 8.6 Гидравлические параметры насоса

Наименование параметра	Значение параметра
Давление (полное), атм:
-на входе	4.20
-на выходе	133.2
Температура, К:
-на входе	80.0
-на выходе	94.9
Плотность, кг/м³	1180.0
Массовый расход через насос, кг/с	24.5
Объемный расход через насос, дм³/с	20.8
Напор насоса, м	1093.1
Частота вращения ротора, об/мин	41200.0
Коэффициент быстроходности	114.1
Вход в шнек(параметры на среднем диаметре)
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	14.6
Окружная скорость, м/с	75.5
Относительная скорость, м/с	76.9
Скорость потока в межлопаточном канале, м/с	69.8
Расходный параметр q = Cm/(u*tg(bettal))	0.706
Угол атаки, град	4.35
Выход из шнека(параметры на расчетном диаметре)
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	18.6
Окружная скорость на расчетном диаметре, м/с	83.3
Теоретический напор, м	208.4
Гидравлические потери, м	74.3
Напор шнека, м	134.1
Статический напор, м	103.4
Вход в крыльчатку
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	14.9
Расходная составляющая абсолютной скорости с учетом загромождения, м/с	17.1
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	19.7
Абсолютная скорость, м/с	24.7
Окружная скорость на среднем диаметре кромки, м/с	103.5
Относительная скорость, м/с	85.1
Угол потока в относительном движении, град	10.1
Угол потока с учетом загромождения, град	11.5
Угол атаки, град.	7.93
Угол атаки с учетом загромождения, град.	6.48
Выход из крыльчатки
Расходная составляющая абсолютной скорости, м/с	18.3
Расходная составляющая абсолютной скорости с учетом загромождения, м/с	20.0
Окружная составляющая абсолютной скорости, м/с	78.2
Наименование параметра	Значение параметра
Абсолютная скорость, м/с	80.4
Абсолютная скорость с учетом загромождения, м/с	80.8
Окружная скорость на наружном диаметре, м/с	168.3
Относительная скорость, м/с	91.9
Угол потока в относительном движении, град	11.5
Гидравлические потери в крыльчатке, м	105.5
Спиральный отвод
Скорость в минимальном сечении отвода, м/с	57.6
Суммарные потери в отводе, м	69.4
Переднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	102.4
-на выходе из уплотнения	16.4
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	0.592
- массовый, кг/с	0.699
Заднее уплотнение
Давление, атм:
-на входе в уплотнение	102.6
-на выходе из уплотнения	88.1
Расход через уплотнение
- объёмный, дм³/с	0.0000
- массовый, кг/с	0.0000
Автомат осевой разгрузки
Давление, атм:
-на среднем диаметре	71.9
-на входе в регулируемую щель	55.6
-на выходе из регулируемой щели	20.5
Расход через щель, дм³/с	0.937
Разгрузочные отверстия в крыльчатке
Давление, атм:
-на входе в отверстия	17.8
-на выходе из отверстий (на среднем диаметре)	6.74
Расход через отверстия, дм³/с	1.05
Диски крыльчатки
Мощность трения дисков крыльчатки, кВт:
-основного	16.6
-покрывного	9.28
Мощность механических потерь, кВт	15.0
Кавитационные параметры
- Шнека -
Коэффициент кавитации шнека по 1-му режиму	0.107
Кавитационный запас шнека по 1-му режиму, м	43.1
Коэффициент кавитации шнека по 2-му режиму	0.0604
Кавитационный запас по 2-му режиму, м	29.0
Коэффициент запаса по 2-му режиму	1.25
- Колеса -
Коэффициент кавитации	0.188
Срывной кавитационный запас колеса, м	100.4
Кавитационный запас на входе в центробежное колесо (при dhвх = 0), м	33.6

Таблица

Наименование параметра	Значение параметра
Параметры ступени
Относительный расход Q/n10⁷, м³мин/(с*об)	5.05
Относительный напор H/n²10⁷, ммин²/об²	6.44
Гидравлическая мощность насоса, кВт	347.0
Потребляемая насосом мощность, кВт	387.9
КПД насоса:
-гидравлический	0.814
-объемный	0.931
-дисковый	0.931
-механический	0.961
-суммарный	0.678
Осевые силы
Сила на покрывающий диск	2549.7
Сила между шнеком и передним уплотнением	78.8
Сила на входе	52.9
Динамическая сила	37.3
Сила у заднего уплотнения	0.0000
Сила в полости АОР	-2619.0
Сила от заднего диска	2726.5
Сила в полости за АОР	-107.5
Внешняя сила	0.0000
Суммарная сила	0.909

Данные для расчета турбины насоса горючего

Таблица 8.7 - Данные для расчета турбины насоса горючего

Наименование параметра	Индекс	Значение
1	2	3
Расход газа через турбину на входе в сопловой аппарат (СА) 1 ступени, кг/сек	Mt	3.1
Полная температура на входе в узел, К	T01	289,2
Полное давление на входе в узел, Па	P01	18648810
Давление на выходе из турбины, Па	P2	9260640
Показатель адиабаты	k	1,40
Коэффициент сжимаемости	z	1,09
Газовая постоянная, Дж/(кг•К)	R	4497,75
Число оборотов ротора, об/мин	n	125000
Располагаемая адиабатическая работа по параметрам узла турбины, Дж/кг	L0s	825224
Коэффициент сохранения полного давления в подводящем корпусе	sug1	0,985
Полное давление перед СА 1 ступени, Па	P01cal	18369078
Статическое давление за рабочим колесом (РК) 2 ступени, Па	P2pk2	9306943
Условная скорость истечения, м/сек	C0s	1284,7
Число Парсонса	Y	0,462
Окружная скорость на среднем диаметре проточной части, м/сек	Ucp	420
Средний диаметр проточной части, м	Dcp	0,064
Отношение располагаемой адиабатической работы на 1 ступени к располагаемой работе проточной части	H1	0,52
Степень реактивности на среднем диаметре для 1 степени	rocp1	0,10
Степень реактивности на среднем диаметре для 2 степени	rocp2	0,12
Угол входа потока в СА 1 ступени, град	alf01	90
Угол выхода потока из СА 1 ступени, град	alf11	14
Угол выхода потока из СА 2 ступени, град	alf12	15
Толщина выходной кромки лопаток СА 1 и 2 ступеней, мм	d1	0,5

Таблица

Продолжение таблицы 8.7
1	2	3
Толщина выходной кромки лопаток РК 1 и 2 ступеней, мм	d2	0,5
Коэффициент скорости потока в СА 1 и 2 ступеней (начальное значение)	fi0	0,98
Коэффициент скорости потока в каналах РК 1 и 2 ступеней	psi0	0,97
«Горло» канала СА 1 ступени, мм	a11	2,8
«Горло» канала СА 2 ступени, мм	a12	2,7
«Горло» канала РК 1 ступени, мм	a21	2,2
«Горло» канала РК 2 ступени, мм	a22	2,2
Утечка газа после СА 1 ступени, кг/сек	myt1	0
Радиальный зазор (РЗ) между бандажом (РЛ) и корп. для 1 ступени (на радиус), мм	delta1	0,15
РЗ в диафрагменном уплотнении под СА 2 ступени (на радиус), мм	deltag	0,15
РЗ между РЛ и корпусом для 2 ступени (на радиус) , мм	delta2	0,15
Диаметр расположения диафрагменного уплотнителя под СА 2 ступени, м	Dg	0,040
Коэффициент расхода через РЗ над РК 1 ступени	mu1	1
Коэффициент расхода через РЗ в диафрагменном уплотнении под СА 2 ступени	mug	1
Коэффициент расхода через радиальный зазор над РК 2 ступени	mu2	1
Удельная теплоемкость, Дж/(кг•К)	Cp	15742
Диаметр отводящего патрубка, м	Dv	0,05
Количество гребешков на бандаже	z_gr	1
Количество отводящих патрубков	ot	1
Суммарная перекрышка 1 ступени, мм	dper1	1,5
Суммарная перекрышка 2 ступени, мм	dper2	2
Толщина бандажа вместе с гребешками (на радиус) , мм	db	2,5

Результаты расчета турбины насоса горючего

Таблица 8.8 - Результаты расчета турбины насоса горючего, ступень №1

Параметры	Значения
L0пч	803791,710120
Р2рк2	9306943
С0s	1284,725833
L01	417971,689260
C01	914,299392
P21	13113165,707
C1	820,892729
T1	267,796763
P1	13583021,419
r01	11,277056
alf11	14
l11	6,884534
ksi1	0,104344
fi	0,946391
C1u	796,508708
C1a	198,591919
w1u	376,508708
w1	425,673064
bet1cp	27,809692
lam(c1)	0,666371
A	1,230747
D пер	0,072385
ro пер1	0,268737
C1 пер	739,939173
Т1 пер	271,810036
Р1 пер	14402922,424
ro1 пер	11,781208
fl	0,000036
mpз1	0,196477
mpк1	2,903523
Заканчивается расчет параметров потока на выходе из СА 1 ступени (fi и l1)
w2	470,518322
T21	266,520243
ro21	10,939111
bet2cp	19,549714
ksi2	0,164003
psiI	0,914329
l21	8,384534
w2u	443,393649
w2a	157,447018
C2u	- 23,393649
C2	159,175458
alf2 доп	- 8,451240
alf21	81,548760
Lu1	344358,989820
КПДu1	0,823881
Fd1	2,023383
dКПДрз	0,035147
D кор1	0,055615
U кор	364,002376
N тр	1,429942
dКПДтр	0,001104
КПДi1	0,787630
N1	1020,542082
Li1	329207,123090
T21 полн	268,287338
Акр2	1186,509280
AocI	0
D нар1	0,077385
Р21 полн	13251768,374
lam (c2)	0,134154

Таблица 8.9 - Результаты расчета турбины насоса горючего, ступень №2

Параметры	Значения
1	2
Т02 полн	268,287338
РО2 полн	13251768,374
L02	405589,01203
С02	900,65422
Р2рк2	9306943
С12	799,51498
lam (c12)	0,673838
tau (c12)	0,924324
T12	247,984355
D нар2	0,079125
PI (lc12t)	0,734156
P12	9728868,9178
ro12	8,722536
l12	8,125028
ksi12	0,104542
fi2	0,946286
C12u	772,272170
C12a	206,929698
w12u	352,272170
w12	408,553034
bet1cp2	30,430584
l22	10,125028
Dпер2	0,074125
А2	1,278148
roпер2	0,311504
C12 пер	707,182402
lam (c12пер)	0,596019
tau (c12пер)	0,940794
T12 пер	252,402985
P12 пер	10430251,051
f2	0,000037
mpз2	0,164779
mpк2	2,935221
w22	474,0667
T22	246,14775
ro22	8,406513
bet2cp2	21,221591
ksi22	0,149599
psi2	0,922172
mg	0,151370
mca2	2,948630
lam (c12перt)	0,629851
Заканчивается определение угла bet2cp и psi, при принятой rocp2
w22u	441,919036
w22a	171,600705
C22u	- 21,919036
C22	172,994931
alf2доп2	- 7,279132
alf22	82,720868
Lu2	333560,306470
КПДu2	0,822410
Fd2	1,715852
dКПДрз2	0,030804
Dкор2	0,053875
Uкор2	352,432111
Nтр2	0,942025
dКПД тр2	0,000749
КПДi2	0,790856
N2	994,363648
Li2	320762,467120
T2рк2 полн	247,911117
Акр22	1140,562405
АосII	0
lam (c22)	0,151675
PI (lc22)	0,986644
P2рк2п	9432925,25080
Определение суммарных параметров двухступенчатой турбины
N сум	2014,905730
КПДiпч	0,808629
КПД сум	0,787593
Т2 вых	246,774530
ro2 вых	8,343444
C2 вых	189,168456
lam (c2вых)	0,165855
PI (lamc2в)	0,984045
P2вых.полн.	9410785,2844
сигма2вых.	0,997653
Fвых.	0,001963
Aсум	0

Данные для расчета турбины насоса окислителя

Таблица 8.10 - Данные для расчета турбины насоса окислителя

Наименование параметра	Индекс	Значение
Расход газа через турбину на входе в сопловой аппарат (СА) 1 ступени, кг/сек	Mt	3,1
Полная температура на входе в узел, К	T01	296,8
Полное давление на входе в узел, Па	P01	21287700
Давление на выходе из турбины, Па	P2	18697860
Показатель адиабаты	k	1,4
Коэффициент сжимаемости	z	1,125
Газовая постоянная, Дж/(кг•К)	R	4641,8
Число оборотов ротора, об/мин	n	41200
Располагаемая адиабатическая работа по параметрам узла турбины, Дж/кг	L0s	175448,3
Коэффициент сохранения полного давления в подводящем корпусе	sug1	0,985
Полное давление перед СА 1 ступени, Па	P01cal	20965486
Статическое давление за рабочим колесом (РК) II ступени, Па	P2pk2	18791349
Условная скорость истечения, м/сек	C0s	592,365
Число Парсонса	Y	0,4635
Окружная скорость на среднем диаметре проточной части, м/сек	Ucp	194,15
Средний диаметр проточной части, м	Dcp	0,09
Отношение располагаемой адиабатической работы на 1 ступени к располагаемой работе проточной части	H1	0,525
Степень реактивности на среднем диаметре для 1 ступени	rocp1	0,14
Степень реактивности на среднем диаметре для 2 ступени	rocp2	0,16
Угол входа потока в СА 1 ступени, град	alf01	90
Угол выхода потока из СА 1 ступени, град	alf11	16
Угол выхода потока из СА 2 ступени, град	alf12	15
Толщина выходной кромки лопаток СА 1 и 2 ступеней, мм	d1	0,5

Таблица

1	2	3
Толщина выходной кромки лопаток РК 1 и 2 ступеней, мм	d2	0,5
Коэффициент скорости потока в СА 1 и 2 ступеней (начальное значение)	fi0	0,98
Коэффициент скорости потока в каналах РК 1 и 2 ступеней	psi0	0,97
«Горло» канала СА 1 ступени, мм	a11	4,2
«Горло» канала СА 2 ступени, мм	a12	3,5
«Горло» канала РК 1 ступени, мм	a21	3
«Горло» канала РК 2 ступени, мм	a22	3
Утечка газа после СА 1 ступени, кг/сек	myt1	0,025
Радиальный зазор (РЗ) между бандажом (РЛ) и корпусом для 1 ступ. (на радиус) , мм	delta1	0,15
РЗ в диафрагменном уплотнении под СА 2 ступени (на радиус) , мм	deltag	0,15
РЗ между РЛ и корпусом для 2 ступени (на радиус) , мм	delta2	0,15
Диаметр расположения диафрагменного уплотнителя под СА 2 ступени, м	Dg	0,06
Коэффициент расхода через РЗ над РК 1 ступени	mu1	1
Коэффициент расхода через РЗ в диафрагменном уплотнении под СА 2 ступени	mug	1
Коэффициент расхода через радиальный зазор над РК 2 ступени	mu2	1
Удельная теплоемкость, Дж/(кг•К)	Cp	16246
Диаметр отводящего патрубка, м	Dv	0,06
Количество гребешков на бандаже	z_gr	2
Количество отводящих патрубков	ot	1
Суммарная перекрышка 1 ступени, мм	dper1	1,4
Суммарная перекрышка 2 ступени, мм	dper2	1,5
Толщина бандажа вместе с гребешками (на радиус) , мм	db	2,5

Результаты расчета турбины насоса окислителя

Таблица 8.11 - Результаты расчета турбины насоса окислителя, ступень №1

Параметры	Значения
1	2
L0пч	148495,806110
Р2рк2	18791349
С0s	592,355743
L01	77960,298206
C01	394,867821
P21	19802877,761
C1	348,405463
T1	293,064184
P1	19962799,378
r01	14,674803
alf11	16
l11	7,7799
ksi1	0,094771
fi	0,951435
C1u	334,908827
C1a	96,033558
w1u	140,758827
w1	170,398039
bet1cp	34,303999
lam(c1)	0,274812
A	1,176427
D пер	0,099180
ro пер1	0,268973

Таблица

1	2
C1 пер	321,216367
Т1 пер	293,624509
Р1 пер	20110939,527
ro1 пер	14,75549
fl	0,000049
mpз1	0,104268
mpк1	2,970732
Заканчивается расчет параметров потока на выходе из СА 1 ступени (fi и l1)
w2	209,342762
T21	292,609029
ro21	14,579887
bet2cp	22,023766
ksi2	0,138447
psiI	0,928199
l21	9,1799
w2u	194,066685
w2a	78,501682
C2u	0,083315
C2	78,501726
alf2 доп	0,060809
alf21	90,060809
Lu1	65006,373091
КПДu1	0,833839
Fd1	1,800671
dКПДрз	0,032017
D кор1	0,080820
U кор	174,347298
N тр	0,431793
dКПДтр	0,001787
КПДi1	0,800036
N1	191,79
Li1	62371,047805
T21 полн	292,960837
Акр2	1259,567338
AocI	0
D нар1	0,104180
Р21 полн	19847813,679
lam (c2)	0,0623324

Таблица 8.12 - Результаты расчета турбины насоса окислителя, ступень №2

Параметры	Значения
1	2
Т02 полн	292,960837
РО2 полн	19847813,679
L02	73802,726891
С02	384,194552
Р2рк2	18791349
С12	335,208699
lam (c12)	0,266130
tau (c12)	0,988196
T12	289,502669
D нар2	0,105102
PI (lc12t)	0,955149
P12	18957617,15
ro12	14,107328
l12	8,602052
ksi12	0,093761
fi2	0,951966
C12u	323,786740
C12a	86,758393
w12u	129,636740
w12	155,989433
bet1cp2	33,792113
l22	10,102052
Dпер2	0,100102
А2	1,197093
roпер2	0,2983

Таблица

C12 пер	306,371405
lam (c12пер)	0,243235
tau (c12пер)	0,990139
T12 пер	290,072073
P12 пер	19102179,945
f2	0,00005
mpз2	0,103582
mpк2	2,971418
w22	203,404290
T22	288,978213
ro22	14,008977
bet2cp2	21,424273
ksi22	0,137188
psi2	0,928877
mg	0,098193
mca2	2,976807
lam (c12перt)	0,255509
w22u	189,349289
w22a	74,297724
C22u	4,800711
C22	74,45660
alf2доп2	3,696999
alf22	93,696999
Lu2	61931,137641
КПДu2	0,839144
Fd2	1,651514
dКПДрз2	0,029877

Таблица

1	2
Dкор2	0,079898
Uкор2	172,270629
Nтр2	0,391353
dКПД тр2	0,001711
КПДi2	0,0807557
N2	183,269684
Li2	59599,897174
T2рк2 полн	289,292248
Акр22	1251,656055
АосII	0
lam (c22)	0,059483
PI (lc22)	0,997938
P2рк2п	18830185,641
Определение суммарных параметров двухступенчатой турбины
N сум	375,060656
КПДiпч	0,821376
КПД сум	0,689612
Т2 вых	289,101801
ro2 вых	13,933322
C2 вых	78,664726
lam (c2вых)	0,062849
PI (lamc2в)	0,997698
P2вых.полн.	18741006,179
сигма2вых.	0,995264
Fвых.	0,002827
Aсум	0

Условные обозначения:

L₀₁ - располагаемая адиабатическая работа на 1 ступени;

С₀₁ - условная скорость;

Р₂₁ - статическое давление за РК 1 ступени;

_1пч - степень понижения давления на 1 ступени;

С₁ - скорость выхода потока из СА;

_С1 - приведенная скорость;

Т₁ - температура на выходе из СА;

Р₁ - статическое давление на выходе из СА;

₁ - плотность газа на выходе из СА;

l₁ - высота лопаток на выходе из СА 1 ступени;

₁ - относительные потери энергии в СА;

- коэффициент скорости;

С₁_U - окружная составляющая скорости С₁;

С_1А - радиальная составляющая скорости С₁;

w₁_U - окружная составляющая скорости w₁;

w₁ - относительная скорость на входе в РК;

_1СР - угол входа потока в РК в относительном движении;

₁ - суммарная перекрыша;

l₂ - высота рабочей лопатки;

D» - периферийный диаметр рабочих лопаток;

_П1 - периферийная степень реактивности;

С_1П - скорость потока на выходе из СА в периферийном сечении;

_С1П - приведенная скорость;

Т_1П - температура на выходе из СА в периферийном сечении;

_С1_t_П - приведенная теоретическая скорость на выходе из СА в периферийном сечении;

Р_1П - статическое давление на выходе из СА в периферийном сечении;

_1П - плотность газа на выходе из СА в периферийном сечении;

D_НАР1 - наружный диаметр по гребешкам бандажа рабочих лопаток;

f₁ - площадь радиального зазора над РК 1 ступени;

m_РЗ1 - утечка газа через радиальный зазор над РК 1 ступени;

m_РК1 - расход газа через РК 1 ступени;

w₂ - действительная скорость потока на выходе из РК 1 ступени в относительном движении;

Т₂ - температура газа на выходе из РК 1 ступени;

₂₁ - плотность газа на выходе из РК 1 ступени;

_2СР - угол выхода потока из РК на среднем диаметре;

₂ - относительные потери энергии в каналах РК;

- коэффициент скорости;

w₂_U - окружная составляющая скорости w₂;

w_2А - радиальная составляющая скорости w₂;

С₂_U - окружная составляющая скорости С₂;

С₂ - скорость потока на выходе из РК 1 ступени (абсолютное движение);

_2ДОП - дополнительный угол;

₂₁ - угол выхода потока из РК 1 ступени в абсолютном движении;

L_U - удельная работа на окружности РК 1 ступени;

_U₁ - окружной КПД 1 ступени;

F₁ - относительная площадь РЗ между РЛ и корпусом 1 ступени;

_РЗ1 - снижение КПД 1 ступени, обусловленное утечкой через РЗ;

D_К - корневой диаметр рабочих лопаток;

U_К - окружная скорость на D_К;

N_ТР - мощность трения диска;

_ТР1 - снижение КПД 1 ступени, обусловленная трением диска;

_i₁ - внутренний КПД 1 ступени;

N₁ - внутренняя мощность 1 ступени;

L_i₁ - внутренняя адиабатическая работа 1 ступени;

- полная температура газа за РК 1 ступени в абсолютном движении;

С_КР(Т2) - критическая скорость Т*₂₁;

_С2 - приведенная скорость в выходном сечении;

- полное давление за РК 1 ступени в абсолютном движении;

L₀₂ - располагаемая адиабатическая работа на 2 ступени;

Р_2РК2 - статические давление за РК 2 ступени;

m_Д - утечка газа через диафрагменное уплотнение;

m_СА2 - расход газа через СА 2 ступени;

N - суммарная внутренняя мощность 1 и 2 ступеней;

_i_П - внутренний КПД проточной части турбины;

_i - внутренний КПД узла турбины;

- полное давление в выходном сечении;

₂ - коэффициент сохранения полного давления в отводящем контуре.

Конструкция ТНАГ и ТНАО

Общий вид ТНАГ приведен на рисунке 8.1

Рисунок 8.1

Общий вид ТНАО приведен на рисунке 8.2

Рисунок 8.2

Расчет схемы двигателя

После расчета параметров основных узлов и агрегатов произведем окончательное замыкание схемы проектируемого двигателя. Результаты произведенного расчета схемы представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1 - Параметры схемы двигателя

Наименование параметра	Значение параметра
Двигатель
Тяга в пустоте, кгс	12003
Удельный импульс тяги в пустоте	470,0
Расход топлива, кг/с	25,710
Расход окислителя, кг/с	21,903
Расход горючего, кг/с	3,807
Соотношение компонентов топлива	5,917
Расход горючего на наддув баков, кг/с	0,106
Параметры водорода в месте отбора на блок сопел крена:
расход, кг/с	0,064
давление, кгс/см²	8,7
температура, К	229,9
Камера
Тяга в пустоте, кгс	12003,0
Удельный импульс тяги в пустоте, кгс·с/кг	470,7
Характеристическая скорость, кгс·с/кг	232,6
Расход топлива, кг/с	25,500
Расход окислителя, кг/с	21,899
Расход горючего, кг/с	3,6
Соотношение компонентов топлива	6,1
Давление в камере, кгс/см²	80,0
Линия горючего:
Расход, кг/с	3,6
Температура перед форсунками, К	254,8
Давление перед форсунками, кгс/см2	88,4
Линия окислителя:
Расход, кг/с	21,9
Давление перед форсунками, кгс/см2	91,7
Тракт охлаждения камеры:
Расход горючего, кг/с	3,6
Давление горючего на входе, кгс/см2	249,0
Температура горючего на входе, К	45,4
Давление горючего на выходе, кгс/см²	218,2
Температура горючего на выходе, К	296,8
ТНАО
Насос окислителя
Расход, кг/с	24,548
Параметры окислителя на входе:
давление, кгс/см²	2,0
температура, К	80,0
Параметры окислителя на выходе:
давление, кгс/см²	130,1
температура, К	85,3
Напор, м	1082,739
КПД	0,677
Мощность, кВт	385,158
Турбина
Расход горючего, кг/с	3,1
Давление горючего на входе в турбину, кгс/см²	217,0
Давление горючего после турбины, кгс/см²	190,6
Температура горючего на входе в турбину, К	296,8
Температура горючего после турбины, К	289,18
Газовая постоянная, кгс·м/(кг·К)	420,63
Показатель адиабаты	1,400
Коэффициент сжимаемости	1,125
КПД	0,70
Мощность, кВт	385,161
ТНАГ
Насос горючего (I ступень)
Расход, кг/с	3,804
Параметры горючего на входе:
давление, кгс/см²	3,8
температура, К	21,1
Параметры горючего на выходе:
давление, кгс/см²	124,9
температура, К	33,187
Напор, м	17068,90
КПД	0,71
Мощность, кВт	894,314
Насос горючего (II ступень)
Расход, кг/с	3,804
Параметры горючего на входе:
давление, кгс/см²	124,9
температура, К	33,2
Параметры горючего на выходе:
давление, кгс/см²	250,0
температура, К	45
Напор, м	17241,10
КПД	0,69
Мощность, кВт	927,594
Утечка в полость за турбиной, кг/с	0,058
Турбина
Расход горючего, кг/с	3,1
Давление горючего на входе в турбину, кгс/см²	190,1
Давление горючего после турбины, кгс/см²	94,4
Температура горючего на входе в турбину, К	289,2
Температура горючего после турбины, К	252,1
Газовая постоянная, кгс·м/(кг·К)	420,630
Показатель адиабаты	1,40
Коэффициент сжимаемости	1,090
КПД	0,71
Мощность, кВт	1821,891
Регулятор расхода в обвод обеих турбин
Расход горючего, кг/с	0,487
Давление на входе, кгс/см²	217,0
Давление на выходе, кгс/см²	94,378
Перепад давлений, кгс/см²	122,594
Дроссель
Давление на входе, кгс/см²	129,421
Давление на выходе, кгс/см²	111,741
Перепад давлений, кгс/см²	17,681
Бустерный турбонасосный агрегат окислителя
Насос
Расход, кг/с	21,903
Параметры окислителя на входе:
давление, кгс/см²	1,2
температура, К	79,0
Параметры окислителя на выходе:
давление, кгс/см²	3,76
температура, К	79,1
Напор, м	21,5
КПД	0,64
Мощность, кВт	7,3
Турбина
Расход окислителя, кг/с	2,645
Давление на входе в турбину, кгс/см²	124,08
Давление после турбины, кгс/см²	3,76
Температура окислителя на входе в турбину, К	85,308
Температура окислителя после турбины, К	87,855
Напор, м	1015,6
Мощность, кВт	7,260
КПД	0,28
Бустерный турбонасосный агрегат горючего
Насос
Расход, кг/с	3,807
Параметры горючего на входе:
давление, кгс/см²	1,450
температура, К	21
Параметры горючего на выходе:
давление, кгс/см²	4,517
температура, К	21,1
Напор, м	436,992
КПД	0,68
Мощность, кВт.	23,839
Турбина
Расход горючего, кг/с	0,064
Давление горючего на входе в турбину, кгс/см²	87,34
Давление горючего после турбины, кгс/см²	8,71
Температура горючего на входе в турбину, К	254,78
Температура горючего после турбины, К	229,85
Газовая постоянная, кгс·м/(кг·К)	420,630
Показатель адиабаты	1,4
Коэффициент сжимаемости	1,03
КПД	0,20
Мощность, кВт.	23,84

После приведения всех данных видим, что баланс мощностей насосов и турбин ТНАГ и ТНАО соблюдается, следовательно, схема замыкается.

Специальная часть. Особенности автономной отработки электроагрегатов при температуре конструкции 150-360 К

В настоящем разделе дипломного проекта представлены промежуточные результаты работ, выполняемых в настоящее время КБХА в обеспечение создания двигателя РД0146Д.

Требованиями технического задания на разработку двигателя предусмотрено функционирование агрегатов автоматики при температурах 150 - 360 К.

Для проведения автономной отработки и подтверждения работоспособности электроавтоматики маршевого двигателя РД0146Д при указанных температурах, предусмотрено выполнение следующих работ:

- выдача ТЗ на разработку установки для проведения АДИ при низких температурах (выполнено);

- разработка КД на установку (выполнено);

- создание установки на испытательном комплексе КБХА (выполнено);

- проверка соответствия характеристик установки требования ТЗ (выполнено);

- проведения АДИ агрегатов автоматики.

Особенности автономной отработки электроагрегатов при температуре конструкции 150-360 К проанализированы на примере электропневмоклапана (ЭПК).

Возможности имеющейся стендовой базы до недавнего времени не позволяли проводить отработку проверки работоспособности агрегатов при температурах порядка 150 К, что являлось проблемным вопросом. В обеспечении выполнения требований ТЗ конструкторским комплексом было вынесено предложение о разработке и изготовлении установки, позволяющей проводить испытание агрегатов при температуре порядка 150 К.

Ниже представлены основные результаты выполненных и планируемых работ.

Требование технического задания на ЭПК

ЭПК предназначен для подачи гелия на управление пневмоклапанами.

Требования по назначению

ЭПК должен обеспечивать подачу и отсечку гелия в управляющие полости клапанов подачи окислителя в камеру, слива горючего при захолаживании, подачи горючего в камеру двигателя

Напряжение электропитания - [21,6...36,3] В.

Требования по надежности

Отработка ЭПК должна проводиться с учётом обеспечения ресурса ЭПК перед работой двигателя в полете - не менее 25 включений.

Требования по эксплуатации, диагностированию, техническому обслуживанию, ремонту и хранению

Температура конструкции ЭПК перед первым включением - не более 300 К, перед вторым и последующими включениями - [150…360] К.

Гарантийный срок ЭПК должен составлять не менее 14,5 лет.

ЭПК должен допускать проверку целостности электрических цепей электромагнитного привода и электроразъёма на всех этапах эксплуатации током обтекания до 50 мА без ограничений по времени.

Конструкция электромагнитного привода ЭПК должна обеспечивать в составе двигателя на всех стадиях его жизненного цикла защиту от наводок, а также защиту от статического электричества в соответствии с требованиями ГОСТ В 19005-81.

Требования, предъявляемые к отдельным видам безопасности (пожаробезопасности, взрывобезопасности, электростатическая искробезопасность, электробезопасности и т. д.) должны соответствовать требованиям ГОСТ В 20.39.107-84 и ПЭУ-2008 (правила устройства электроустановок).

Конструктивные требования

Масса ЭПК в состоянии поставки должна составлять не более 1,2 кг.

Исходное положение ЭПК - закрытое.

Допустимая негерметичность компонентов по основному затвору в течение всего заданного срока службы и при условиях эксплуатации согласно настоящему Т3 не должна превышать 110^-8 кг/с.

Допустимая негерметичность компонентов по дренажу в открытом положении клапана в течение всего заданного срока службы и при условиях эксплуатации согласно настоящему Т3 не должна превышать 110^-6 кг/с.

ЭПК проектируется исходя из требований обеспечения:

напряжения постоянного тока электромагнита - [24…33] В,

потребляемого электрического тока - не более 2 А.

Для защиты от статического электричества ЭПК должен быть выполнен в соответствии с ГОСТ 19005-81. Величина электрического сопротивления между любой точкой наружной поверхности ЭПК и местом металлизации не должна превышать 2·10^-3 Ом.

Наружные поверхности ЭПК должны быть электропроводны. Материалы или покрытия должны иметь удельное объёмное сопротивление не более 10⁵ Ом·м.

Описание ЭПК

Электропневмоклапан ЭПК (рис.1) предназначен для подачи и отсечки гелия в управляющие полости клапанов. ЭПК с электромагнитным приводом, работает по схеме 'закрыт - открыт - закрыт'.

Основные технические данные ЭПК приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1

Наименование параметра	Значение парам.
Исходное положение: - по линии 'Вход - Выход' - по линии 'Выход - Дренаж 1'	Закрыт Открыт
Рабочее тело	Гелий
Давление рабочего тела, кгс/см²	45-75
Температура рабочего тела, К	80-150
Допустимая утечка гелия, кг/с, не более: - в закрытом положении - в открытом положении	110^-8 110^-6
Диаметр условного проходного сечения, мм	4
Напряжение, В	24-33
Потребляемый ток, А, не более: - при срабатывании на открытие - при удержании	2 0,55
Время срабатывания, с, не более: - при открытии; - при закрытии	0,07 0,04
Время работы под напряж. при одном цикле 'включение - выключение', с	4-700
Продолжительность перерывов между включениями, с	780-21240
Количество циклов 'включение - выключение' на двигателе с учетом КТИ	6
Масса, кг не более	1,2

По функциональным элементам конструкции прототипами являются элементы агрегатов разработки КБХА, отработанные в части работоспособности.

ЭПК (рис. 10.1) состоит из двух сборочных единиц электромагнита (ЭМ) и клапана, каждая из которых собирается и настраивается индивидуально.

ЭМ состоит из катушки с кожухом 1, штока 2, якоря 3, заглушки 5. Якорь со штоком центрируются в корпусе катушки по направляющим втулкам 4, 7 с помощью гайки 6 и опоры 24.

В связи с тем, что режим работы ЭМ продолжительный с повторными включениями, для снижения температуры нагрева катушки и, следовательно, ее массы выбрана схема ЭМ с форсировкой (с двумя обмотками - срабатывания и удержания).

Клапан состоит из корпуса 18, седла 8, сильфона 14, заглушки 12, основного 15, дренажного 21 и командного 10 затворов, пружины 13 основного затвора, пружины 11 командного затвора.

На входе, выходе и со стороны дренажа между корпусом

и штуцерами 17, 20, 25 установлены фильтры 16, 19. Для обеспечения требуемой герметичности в основном, дренажном и командном затворах применены мягкие уплотнители, а в качестве радиального подвижного уплотнения используется металлический сильфон.

Между ЭМ и клапаном размещена пружина 23, обеспечивающая возврат якоря в исходное положение.

Рис.

Рисунок 10.1 - Электропневмоклапан

1 - катушка с кожухом; 2 - шток; 3 - якорь; 4, 7 - втулка;

5, 12 - заглушка; 6 - гайка; 8 - седло; 9 - коллектор;

10 - командный затвор; 11, 13, 23 - пружина; 14 - сильфон;

15 - основной затвор; 16, 19 - фильтр; 17, 20, 25 - штуцер;

18 - корпус; 21 - дренажный затвор; 22 - ниппель; 24 - опора

При обесточенном ЭМ командный 10 и основной 15 затворы усилием пружин 11, 13 соответственно и давлением гелия, подведенным на вход ЭПК в полость А и через отверстие Б в седле корпуса 16 в полость В, прижимаются к посадочным местам седла 8 и корпуса соответственно, перекрывая доступ гелия к выходному и дренажным отверстиям.

Через отверстие Г в корпусе гелий поступает в полость Д сильфона 14. Сильфон разгружен.

При подаче напряжения на обмотку срабатывания ЭМ (обмотка удержания через нормально замкнутый контакт реле СУ закорочена) якорь 3 перемещается, связанный с ним шток 2 действует на командный затвор 10, отрывает его от посадочного места на седле 8, преодолевая усилие от давления гелия и сжимая пружины 23, 11. Командный затвор садится своим нижним уплотнителем на седло корпуса, разобщая полости А и В. Гелий из полостей В и Д через открывшееся отверстие в седле стравливается через коллектор 9 и ниппель 22 в окружающую среду. Основной 15 затвор под действием усилия от перепада давлений в полостях А и Д, действующего на эффективную площадь сильфона 14, перемещается до посадки связанного с ним дренажного затвора 21 на седло корпуса. Гелий из входной полости ЭПК поступает через выходной штуцер 25 в управляющую полость клапана. Через 0,5 с после включения ЭМ нормально замкнутый контакт реле СУ размыкается, в результате чего ток начинает протекать последовательно через обе обмотки, уменьшаясь при этом с 2 до 0,55 А.

При снятии напряжения с ЭМ усилие, прижимающее командный затвор к седлу корпуса, исчезает, пружина 23 возвращает якорь в исходное положение, и командный затвор под действием усилия от давления гелия и пружины 11 садится на седло 8, разобщая полости В, Д с окружающей средой и одновременно соединяя их с полостью А.

Перепад давления на сильфоне исчезает, основной затвор под действием усилия пружины 13 садится на седло корпуса, а дренажный затвор отходит от своего седла. При этом входная полость ЭПК разобщается с выходной, а выходная сообщается с окружающей средой.

Детали ЭПК изготавливаются из следующих материалов: корпус и кожух ЭМ, якорь - из прецизионного магнитомягкого сплава; гайка, опора - из бронзы; уплотнители - из фторопласта; остальные детали - из коррозионно-стойких сталей.

Проведены автономные доводочные испытания ЭПК-прототипов в диапазоне температур конструкции от - 50 до 100 єС. По результатам испытаний установлено, что статическая и динамическая прочность, общая герметичность, герметичность по затворам, времена срабатывания, токопотребление, тяговое усилие электромагнита, электрические параметры соответствуют требованиям ТЗ, в том числе после испытаний на тряску и вибрации, термостатирования и 440 срабатываний (из них 265 срабатываний под давлением рабочего тела).

Этапы отработки

В процессе работ по подтверждению работоспособности ЭПК должны быть проведены следующие испытания:

- автономные доводочные испытания;

- автономные завершающие доводочные испытания;

- автономные завершающие доводочные испытания.

В процессе работ по подтверждению работоспособности ЭПК должны быть выпущены следующие документы:

- комплект КД,

- программы отработки (автономной и в составе двигателя)

- раздел в КПЭО двигателя,

- раздел в отчет по анализу видов, последствий и критичности отказов;

- отчет по результатам АДИ (АЗДИ) ЭПК с указанием достигнутых основных характеристик;

- раздел в отчет по результатам испытаний ЭПК в составе двигателя.

Формирование состава автономных испытаний (АДИ) в обеспечении выполнения требований ТЗ

ЭПК поставляют на АДИ в разобранном виде.

Цель испытания

1. Проверка работоспособного состояния и подтверждения соответствия ЭПК требованиям технического задания на проектирование.

2. Отработать технологические процессы сборки и испытаний ЭПК.

3. Проверить прочность, герметичность и соответствие ЭПК требованиям технического задания:

1) в нормальных условиях;

2) при температурах от минус 123 до минус 128 С и от 95 до 100 С;

3) после вибрационных и ударных нагрузок;

4) после испытаний на ресурс.

4. Проверить основные параметры ЭПК при условиях, максимально имитирующих эксплуатацию в составе двигателя.

5. Проверить электрические параметры, втягивающее усилие электромагнитов.

6. Определить ток, потребляемый ЭМ, при подаче напряжения (23_-0,1), (34^+0,1) В при температурах от минус 123 до минус 128 С и от 95 до 100 С.

7. Определить температуру нагрева и время остывания ЭМ при нормальных условиях и при температурах от минус 123 до минус 128 С и от 95 до 100 С.

Техническое задание на разработку установки для испытания агрегатов автоматики при минусовых температурах.

1 Цель выполнения работы

1.1 Целью разработки установки является проверка агрегатов автоматики, работающих при низких минусовых температурах.

В ходе выполнения работы должны быть выполнены следующие работы:

- разработана рабочая конструкторская документация;

- изготовлена установка;

- проведены испытания по подтверждению работоспособности установки.

2. Технические требования к установке

2.1 Состав установки

В установку входят:

- емкости для хранения рабочих компонентов (жидкого кислорода, гелия и азота);

- рама и элементы, обеспечивающие крепление емкостей и агрегатов на раме и к полу помещения;

- панель управления контрольными приборами агрегатов автоматики.

2.2 Полезное пространство установки для монтажа агрегатов автоматики - 1000 л

2.3 Размеры полезного пространства:

- длина, мм - ~1150

- ширина, мм - ~ 450

- высота, мм - 950

2.4 Требования по назначению

2.4.1 Установка должна обеспечивать подвод рабочих компоновок к агрегатам (жидкий О₂, гелий, азот).

2.4.2 Напряжение постоянного тока, подаваемого на агрегаты автоматики, В 22ч36

2.4.3 Установка должна иметь выводы для дренажей и утечек из агрегатов автоматики.

2.4.4 Рабочая температура конструкции агрегата для режима охлаждения, К 140ч150

2.4.5 Время выхода на рабочую температуру уточняется в процессе отработки, час 2,4ч4

2.4.6 Выдержка при требуемой температуре, час до 2

2.4.7 Давление рабочих компонентов, подаваемых в агрегаты автоматики, кгс/см²2,5ч250

2.4.8 Объем ресивера для рабочих компонентов, л 2,0

2.4.9 В установке должны быть предусмотрены смотровые люди диаметром, мм 250

2.4.10 Установка должна обеспечивать установку датчиков для регистрации параметров (давления, температуры).

2.5 Требования безопасности

2.5.1 Установка должна обеспечивать безопасность персонала, пожаробезопасность и взрывобезопасность.

3. Технико-экономические требования

3.1 Работы проводятся и оплачиваются по предъявлению фактической затраченной трудоемкости и стоимости нормо-часа для предприятия.

Испытания термокамеры

Термокамера была создана для проведения испытаний агрегатов автоматики при минусовых температурах.

1. Основные технические характеристики термокамеры согласно требованиям технического задания

Таблица

- объем	м³	1
- рабочая температура	К	140-150
- время выхода на рабочую температуру	час	2-4
- время выдержки на рабочей температуре	час	2

Краткое описание термокамеры

Термокамера представляет кубической формы камеру вместимостью в 1м³, обшитой с 5 сторон листами из нержавеющей стали толщиной 2 мм. Для увеличения жесткости к листам приварены уголки 40х40 мм. Для охлаждения камеры внутри нее установлен трубчатый теплообменник (ТО), в который подводится жидкий азот по трубопроводу ш20мм. Длина трубопровода 15 м. Для регулирования подачи азота, в трубопроводе на расстоянии 1,2 м от термокамеры установлен отсечной пневмоклапан с двумя выходными отверстиями ш20мм и ш4 мм. Из теплообменника азот отводится в атмосферу через трубопровод ш10мм длиной 10м. Площадь теплообмена 2 м².

Поверхность камеры и ее дверь покрыты слоем теплоизоляционного материала из пенополиуретана толщиной 150 мм и листами из текстолита.

В двери камеры предусмотрено окно для визуального наблюдения.

В настоящее время термокамера изготовлена, установлена и проведены испытания, в ходе которых технологические процессы захолаживания и поддержания рабочей температуры в термокамере позволяют проводить испытания агрегатов автоматики в полном соответствии с техническим заданием.

Разработанная в соответствии с ТЗ экспериментальная установка удовлетворяет заданным требованиям и позволит проводить проверку работоспособности электроагрегатов в широком температурном диапазоне.

В конце 2012 года планируется проведения испытаний.

Организационно-экономическая часть. Определение экономического эффекта от внедрения новой конструкции двигателя

Решение о целесообразности создания, производства и использования новой техники принимается на основе экономического эффекта (ЭЭ), получаемого потребителем за весь срок ее эксплуатации и технического обслуживания (ТО). Величина ЭЭ должна быть положительной.

Определение ЭЭ основывается на сопоставлении текущих (эксплуатационных) затрат за период использования и единовременных (капитальных) затрат на приобретение базового и нового двигателей.

Годовые эксплуатационные издержки (ЭИ) на базовый и новый двигатели включают:

- затраты на топливо;

- расходы на ТО, на приспособления и инструмент целевого назначения;

- заработную плату производственного и обслуживающего персонала с начислениями;

- прочие виды затрат, связанных с эксплуатацией двигателя.

Стоимость топлива для ЖРД может быть определена исходя из норм расхода, времени работы и стоимости одного килограмма топлива по формуле:

где Т_раб- время работы одного двигателя в течение года, с;

Н_i- норма расхода i-го вида топлива в единицу времени, кг/с;

Ц_i - цена за единицу расхода i-го вида топлива, р.;

n - количество видов топлива.

Таблица 11.1 - Сравнение характеристик двигателей

Параметр	Проектируемый ЖРД	Базовый ЖРД
Время работы одного ЖРД, с.:	500	560
Расход компонента топлива, кг/с.:
Горючее	3,807	3,2
Окислитель	21,903	18,3
Цена за килограмм топлива, р.:
Горючее	4000	4000
Окислитель	15	15
Количество видов топлива	2	2

Таким образом, стоимость топлива равна:

1) Базовый ЖРД:

р.;

2) Проектируемый ЖРД:

р.

Затраты на ТО двигателя в течение года определяются исходя из установленных на предприятии, где производится эксплуатация двигателя, норм и нормативов затрат для соответствующего типа изделия.

Затраты на заработную плату обслуживающего персонала с учетом доплат и отчислений на социальные нужды определяются исходя из состава и количества рабочих и ИТР, их окладов и разрядов, а также времени, затрачиваемого каждым работником по обслуживанию одного двигателя в течение года по следующей формуле:

где Т_i = 1040 - время обслуживания i-ым работником одного ЖРД в течение года, ч;

Сч_i= 120 - часовая тарифная ставка i-го работника, р./ч;

k_прем = 1,3 - коэффициент учитывающий премию;

k_доп = 1,2 - коэффициент учитывающий доплаты;

k_отч = 1,377- коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды;

n = 25 - количество работников, участвующих в обслуживании ЖРД.

р.

В состав экономических издержек (ЭИ) входят также затраты косвенного характера: на содержание и ремонт зданий и сооружений, где происходит эксплуатация ЖРД и административно-управленческие расходы. Эти виды затрат могут быть определены косвенным путем, то есть в процентах от основной заработной платы персонала, участвующего в ТО двигателя в течение года. Процент данных категорий расходов устанавливается непосредственно на предприятии, но при отсутствии данных для укрупненных расчетов можно принять 105% на содержание и ремонт зданий и 78% на административно-управленческие расходы.

Таблица 11.2 - Годовые ЭИ на один ЖРД в рублях

Наименование статей затрат	Проектируемый ЖРД	Базовый ЖРД
Стоимость топлива	7778272,5	7321720
Расходы на ТО, на инст. и приспособ. целевого назначения	800000	1000000
Затраты на оплату труда обслуживающего персонала	6702134,4	6702134,4
Затраты на содержание и ремонт задний и сооружений	7037241,12	7037241,12
Административно-управленческие расходы	5227664,8	5227664,8
Итого	27545312,85	27288760,35

Изменение затрат в процентах определяется следующим образом:

где З_пр - затраты по статье проектируемого ЖРД;

З_б - затраты по статье базового ЖРД.

Определение цены стендового образца и товарного ЖРД

При расчете цены товарного образца ЖРД Ц^{тов.обр} используется формула межведомственной методики определения затрат, включающих затраты на проведение контрольно-выборочных испытаний (КВИ) контрольно-технологических испытаний (КТИ):

где С_КВИ - стоимость КВИ; n = 5 - количество ЖРД в товарной партии; С^ст.обр - цена стендового образца ЖРД; С_КТИ-1, С_КТИ-2 - стоимость проведения КТИ-1 и КТИ-2; k_пр - коэффициент преемственности (предварительно равен 1).

Стоимость проведения КВИ составляет 10000000 р. Стоимость КТИ - 1 и КТИ - 2 составляет 10000000 р. каждое. При расчете цены товарного образца принята система подтверждения надежности, при которой в партии из n ЖРД один проходит КВИ, затем все проходят КТИ - 1 и КТИ - 2. Расчет затрат на материалы представлен в таблице 11.3.

Таблица 11.3 - Затраты на основные материалы

Наименование, марка материалов	Единицы измерения	Норма расхода	Цена за единицу расхода, тыс.р.	Сумма, тыс.р.
1 Сталь листовая 07Х16Н6, 12Х18Н10Т	т	0,0200	175,00	3,50
2 Сталь листовая ЭП-666-ВД	т	0,0160	25,00	0,40
3 Сталь 12Х18Н10Т, 07Х16Н6	т	0,1250	200,00	25,00
4 Сталь ЭП-666-ВД	т	0,0120	25,00	0,30
5 Сталь 07Х16Н6, 12Х18Н10Т, 14Х16Н6	т	1,5000	200,00	300,00
6 Сталь сортовая нержавеющая ЭП-666-ВД	т	0,1850	25,00	4,63
7 Лента стальная 12Х18Н10Т	т	0,0100	320,00	3,20
8 Сталь со специальными свойствами	т	0,0250	80,00	2,00
9 Проволока стальная нержавеющая	т	0,0120	210,00	2,52
10 Прокат титановый	т	0,0110	1300,00	14,30
11 Прокат медный	т	0,0130	320,00	4,16
12 Прокат алюминиевый	т	0,0215	160,00	3,44
13 Прокат бронзовый	т	0,0150	450,00	6,75
14 БрХ08	т	0,0200	170,00	3,40
15 Сталь сортовая, холоднотянутая	т	0,0120	36,00	0,44
16 Шихтовые материалы (никель, кобальт)	т	0,1260	500,00	63,00
17 Сталь серебрянка	кг	0,4000	0,17	0,07
18 Припой	кг	0,2700	0,51	0,14
19 Изделия из фторопласта	т	0,0850	50,00	4,25
20 Проволока стальная сварочная	т	0,0110	200,00	2,20
21 Электроды сварочные	т	0,0050	80,00	0,40
22 Ампулы ПГ-2	шт	2,0000	9,00	18,00
23 Датчики	комп.	1,0000	80,50	80,50
24 Привод 8Л632	шт	1,0000	3,60	3,60
25 Привод РКС 8Л652	шт	1,0000	3,60	3,60
26 Пирофиксатор	шт	1,0000	0,40	0,40
27 Покупные и прочие материалы	кг	2,5450	10,00	25,45
Итого				575,65

Данное число представляет собой 85% материальных затрат, и соответственно удельному весу элементов рассчитываем остальные пункты таблицы 11.4:

р.;

р.

Полученные данные заносим в таблицу 11.4 в соответствующие разделы.

Таблица 11.4 - Потребности в материальных ресурсах на годовой выпуск

Составляющие элемента «материальные затраты»	Удельный вес в составе элемента «мат. затраты»	Сумма, тыс. р.
1 Сырье, материалы, комп. изделия, покупные полуфабрикаты	85 %	575,650
2 Вспомогательные материалы, запчасти для ремонта оборудования, работы и услуги производственного характера	5 %	33,862
3 Топливо, энергия, приобретенные со стороны	10 %	67,724
4 Всего материальных затрат	100 %	677,236

Таблица 11.5 - Основная заработная плата производственных рабочих, занятых изготовлением ЖРД

Наименование работ по изготовлению узла	Трудоемкость, норм./ч	Среднечасовая тарифная ставка, р./ч	Основная заработная плата рабочих, р.
1	2	3	4
Камера сгорания	3480	120,5	544237,2
Головка камеры	3850	120,0	600600
Юбка сопла	2776	118,0	425838,4
Всего:	1570675,6
Насос окислителя	1255	119,5	194964,25
Насос горючего	1347	119,0	208380,9
Турбины	1782	120,0	277992
Корпус	2426	118,7	374356,06
Всего:	1055693,21
Насос БНА	950	120,0	148200
Турбина БНА	1060	120,5	166049
Корпус БНА	1060	119,0	163982
Продолжение таблицы 11.5
Всего:	478231
Клапана и РР	3546	119,8	552254,04
Датчики	2250	120,0	351000
АД	1250	118,5	192562,5
Всего:	1095816,54
Система запуска	1680	120,5	263172
Система останова	1050	119,5	163117,5
Всего:	426289,5
Трубопроводы	2085	120,3	326073,15
Итого:	4952779

Для расчета цены стендового образца ЖРД составляем калькуляцию себестоимости, таблица 11.6.

Таблица 11.6 - Калькуляция себестоимости стендового образца ЖРД

Статьи расходов	Проектируемый ЖРД, руб.
1	2
1 Сырье и основные материалы с учетом транспортно-заготовительных расходов	643374
2 Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты	33862
3 Возвратные отходы (вычитаются)	67724
4 Основная заработная плата производственных рабочих (с премией)	4952779
5 Дополнительная заработная плата	990556
6 Отчисление на социальные нужды	1907810
7 Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО)	6339557
8 Цеховые расходы	6190973
9 Общехозяйственные расходы (ОХР)	16879070
10 Итого: производственная себестоимость	38005705,8

Таблица

11 Внепроизводственные расходы	570086
12 Обязательные налоги и платежи	3086063
13 Итого: полная себестоимость	41661850
14 Плановые накопления (прибыль)	10415464
15 НДС	9373920
16 Свободная оптовая цена стендового образца	61451234

Итого для проектируемого ЖРД С_пр^ст.обр = 27545312,85 р.

Примем для базового ЖРД С_б^ст.обр = 27288760,35 р.

Тогда, цена товарного образца проектируемого двигателя будет равна:

р.

Цена товарного образца базового двигателя будет равна:

р.

Капитальные вложения для ЖРД

Капитальные вложения для ЖРД К складываются из оптовой цены товарного образца ЖРД с учетом НДС, затрат на проектирование и транспортировку, установку и монтаж у потребителя и определяются по формуле:

где k_пр,тр,м= 1,1 - коэффициент, учитывающий затраты на проектирование, транспортировку, установку и монтаж ЖРД.

По формуле (11.5)определим капитальные вложения для проектируемого ЖРД К_пр:

р.

Капитальные вложения для базового ЖРД К_б:

р.

Расчёт ЭЭ внедрения новой конструкции двигателя

ЭЭ новой техники определяется путём сопоставления экономических показателей производства и эксплуатации нового и базового изделий.

Экономический эффект Э от производства и использования нового двигателя определяется по формуле, которая учитывает разницу цен нового и базового двигателя, а также экономию издержек у потребителя, которую новый двигатель позволяет получить в процессе эксплуатации:

где К_б,К_пр - капитальные вложения в производственные фонды на разработку и изготовление единицы базового и проектируемого варианта двигатель, р.;

С_б, С_пр - годовые эксплуатационные издержки потребителя на единицу базового и проектируемого двигателя, р.;

а - коэффициент эквивалентности нового и базового двигателей;

Р_ам = 0,25 - доля амортизационных отчислений;

Е_н = 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Коэффициент эквивалентности а определяется по формуле:

где а₁, а₂, а₃…а_n - коэффициенты, равные отношениям основных технических показателей, которые улучшаются в результате внедрения новой конструкции двигателя.

Отношение давлений в камере R, кгс·с/кг проектируемого и базового ЖРД:

Отношение тяги Р, т проектируемого и базового ЖРД:

Отношение удельных импульсов I_уд, кгс·с/кг проектируемого и базового ЖРД:

Отношение расходов горючего m_г, кг/с проектируемого и базового ЖРД:

Следовательно:

В итоге, ЭЭ от замены базового двигателя на вновь спроектированный составит:

р.

Таким образом, в результате использования вместо базового двигателя нового с улучшенными техническими показателями потребитель получит ЭЭ в размере 5205089,08 р.

Оценка технического уровня двигателя

В процессе разработки новой техники, одной из важнейших задач является обеспечение ее высокого технического уровня и конкурентоспособности. Задача обеспечения высокого технического уровня тесно связана с проблемой оценки технического уровня объекта техники.

Основанием для построения прогноза служит результат анализа технико-экономического уровня отечественной и зарубежной техники по данным литературной информации и патентным материалам, а также итоги тщательного изучения условий эксплуатации будущего изделия.

Критериями технического уровня оцениваемого изделия является:

а) превышение высших мировых достижений, если каждое из значений выбранного для сопоставления показателей превышает более чем на 5 % соответствующие значения показателей каждого аналога;

б) соответствие высшему мировому уровню, если отклонения значений параметров оцениваемого образца и аналога находятся в пределах ± 3 %;

в) не соответствие высшему мировому уровню, если эти отклонения в худшую сторону превышают 3 %.

Оценка проводится в два этапа:

а) экспертный - предусматривает сравнение значений основных показаний технического уровня оцениваемого изделия и выбранных аналогов;

б) расчетный - проводится в случае, если отклонения значений основных показателей оцениваемых изделий и аналогов превышает выше указанные пределы, что не позволяет сделать однозначный вывод.

Проведя экспертный этап оценки ЖРД, мы сможем сказать, соответствует он мировым стандартам или нет.

Проведем расчетный этап оценки технического уровня ЖРД по совокупности показателей.

Обобщённые показатели степени соответствия оцениваемого двигателя мировым достижениям q рассчитываются по относительным показателям сопоставляемости:

где Р_i - значение i-го показателя разрабатываемого двигателя;

Р_ia - значение i-го показателя прототипа.

При сопоставлении абсолютных величин параметров, уступающих аналогам, и относительных технических параметров применяется формула:

Обобщающий показатель технического уровня К_ТУ изделия определяется по формуле:

где n - количество сравниваемых нами факторов.

При этом изделие можно приравнивать к трем уровням: высокому, среднему, низкому.

При К_ТУ < 1 изделие имеет низкий технический уровень и не соответствует мировому стандарту.

При К_ТУ > 1 изделие имеет высокий технический уровень и соответствует мировому стандарту.

Сравним разрабатываемый нами двигатель и прототип по нескольким показателям, предварительно занеся их в таблицу 11.7.

Таблица 11.7 - Технические и экономические показатели объектов анализа

№	Параметр	Обозначение	Единица измерения	Значение показателя
				Проектируемый	Базовый
1	Тяга двигателя	Р	т	12	10
2	Удельный импульс	I_уд	с	470	463
3	Давление в КС	р_к	кгс/см²	80	80,8
4	Массовый расход горючего		кг/с	3,8	3,2
5	Массовый расход окислителя		кг/с	21,9	18,3
6	Соотношение компонентов	К_m		5,917	6,06
7	Время работы двигателя	t	c.	500	560
8	Цена товарного образца двигателя	Ц_стенд..	р.	104314037,5	106279212,5

Для каждого параметра из таблицы 11.7 рассчитаем показатель q:

Сложив полученные результаты, выясним, соответствует ли разрабатываемый двигатель мировым стандартам:

Значение К_ТУ = 1,02 позволяет сделать вывод о том, что изделие соответствует мировому уровню.

Построим секторограмму проектируемого нами двигателя и прототипа по техническому уровню (рисунок 11.1).

Рисунок 11.1 - Секторограмма сравнительных характеристик

На рисунке 11.1 представлена секторограмма сравнительных характеристик проектируемого и базового двигателей, построенная по результатам оценки технического уровня двигателей.

На основе результатов оценки технического уровня продукции машиностроения разрабатываются и осуществляются меры по доведению ее технического уровня до высших мировых достижений.

Внедрение системы общего производительного обслуживания оборудования на предприятии

Система общего производительного обслуживания оборудования - ТРМ (от англ. Total Productive Maintenance) пожалуй, самая сложная и многоплановая из всех систем, в совокупности образующих бережливое производство (TPS, Lean Production).

В отличие от других широко известных систем бережливого производства (5S, TQM, J IT) TPM в России долгие годы оставалась в тени -- и в связи со сложностью ее применения, и потому, что она может быть востребована преимущественно промышленными компаниями, использующими сложное оборудование, от работоспособности которого нередко зависит эффективность бизнеса в целом.

Безусловно, основные идеи системы ТРМ воспринимаются не сразу даже менеджерами с хорошим техническим образованием и большим опытом работы. Некоторым из них поначалу кажется: все эти идеи о передаче части функций по обслуживанию оборудования операторам, о том, что общий коэффициент эффективности оборудования может быть выше 95 %, и т.п., -- несерьезны, надуманны, нереальны. Не смотря на это, система общего производительного обслуживания оборудования TPM давно признана на Западе, в России же она воспринимается как новое слово в производственном менеджменте.

Оборудование в последние годы очень быстро автоматизируется и выходит на качественно новый уровень. Не будет преувеличением сказать, что продукцию производит не человек, а машины. Следовательно, поломки оборудования, а также выпуск брака просто недопустимы.

Следствием этого становится изменение роли человека, основная функция которого заключается в техническом обслуживании оборудования и поддержании его работы в штатном режиме, который подразумевает полное отсутствие поломок и брака продукции.

Чтобы реализовать эту концепцию, невозможно ограничиваться концентрацией всей работы по техническому обслуживанию оборудования в службе главного инженера, как это происходило до сих пор. Необходимо участие всего персонала, в том числе сотрудников служб развития новых продуктов и разработки нового оборудования, производственного директора и др. Для усвоения своей новой роли, направленной на недопущение поломок и брака, важно, чтобы каждый человек на производстве руководствовался идеей «о своем оборудовании забочусь сам».

Применительно к производству ТРМ -- это:

- стремление к самым высоким показателям эффективности работы оборудования;

- формирование системы производительного технического обслуживания (РМ) для всего жизненного цикла оборудования;

- развертывание общего производительного обслуживания оборудования в службах планирования, разработки нового оборудования, главного инженера, в производственных подразделениях и в других службах;

- в развертывании системы принимает участие весь персонал компаний -- от руководства до рядовых сотрудников;

- главное мотивационное средство -- командная работа на низовых организационно-технологических участках, т.е. работа малых групп.

Цель ТРМ -- создание такого предприятия, в принципы деятельности которого было бы заложено стремление к предельной эффективности производственной системы (общей эффективности).

Одной из отличительных особенностей ТРМ является то, что в работе по производительному техническому обслуживанию оборудования принимают участие не только специалисты службы главного инженера, но и весь персонал. В противном случае становится невозможным внедрение производительного технического обслуживания.

Самой главной отличительной особенностью ТРМ является самостоятельное техническое обслуживание оборудования операторами, без чего невозможно реализовать принцип «о своем оборудовании забочусь сам».

Кроме того, как видно из определения ТРМ, одна из основ этой системы -- стремление свести различные потери к нулю, так называемое «стремление к нулю».

Система ТРМ нацелена на совершенствование предприятия путем модернизации оборудования и улучшения персонала.

Если организационно-технологический участок, превратился в средоточие потерь, то такое положение дел вызвано действиями и взглядами всех, кто имеет отношение к этому подразделению, -- начиная от операторов и заканчивая руководителями компании.

Другими словами, необходимо совершенствовать качество людских ресурсов. Только после этого можно браться за повышение качества основных средств и в итоге добиться ликвидации всех потерь, и в первую очередь -- поломок оборудования и брака продукции. Таким образом, добиться такого положения, когда предприятие способно адекватно реагировать на любые изменения, можно только путем совершенствования качества людских ресурсов и основных средств.

Для достижения цели ТРМ необходимо развертывание этой системы по восьми направлениям (рисунок 11.2):

- отдельные улучшения для повышения эффективности оборудования;

- создание системы самостоятельного обслуживания оборудования операторами;

- создание системы планового технического обслуживания оборудования, проводимого ремонтными службами;

- обучение и повышение квалификации операторов и ремонтников;

- создание системы управления разработкой и внедрением нового оборудования и нового продукта;

- создание системы обслуживания, ориентированного на качество;

- создание системы охраны труда и окружающей среды;

- создание системы повышения эффективности работы управленческих и обслуживающих подразделений.

Мы осуществляем производственную деятельность, используя в качестве средства получения добавленной стоимости оборудование. При этом наша работа часто сопровождается всевозможными проблемами: падением производительности, сверхурочными, работой в праздничные дни и т.д., которые возникают из-за аварийных отказов оборудования, брака, частых переналадок и тому подобных причин.

Рисунок 11.2 - Восемь направлений развертывания ТРМ

Насчитывается шесть видов потерь, которые возникают при эксплуатации оборудования:

- вследствие поломок,

- из-за переналадок и регулировок,

- как результат холостого хода и приостановок,

- вследствие снижения скорости,

- из-за брака и переделок,

- при запуске оборудования и уменьшении доли выхода годных.

Развертывание ТРМ как раз и осуществляется в целях ликвидации этих потерь, а ценность ТРМ проявляется именно тогда, когда предприятие работает в напряженном ритме.

Командная работа в рамках малых групп, в которые организован весь персонал предприятия, является основой работы по ТРМ. Именно участие всех сотрудников компании -- от руководителей до рядовых работников -- способствует тому грандиозному успеху, который ожидается от внедрения системы. При развертывании ТРМ создаются команды (малые группы) на всех организационных уровнях компании. Затем перед ними нужно поставить задачи, исходя из их функциональных ролей. Только после этого команды приступают к решению соответствующих проблем.

Лидер каждой команды, являясь одновременно членом команды более высокого уровня, выполняет функцию соединительного звена между ними. При этом перед ним стоит цель интенсифицировать горизонтальные и вертикальные коммуникации.

Такая структура называется многоуровневой организацией малых групп предприятия (рисунок 11.3). В данной главе будет рассказано об организации командной работы малой группы низового уровня, т.е. группы операторов. В ТРМ командная работа в рамках малых групп разворачивается в единстве с организационно-административной работой соответствующих уровней управления. Следовательно, можно утверждать, что цели командной работы в рамках малых групп совпадают с целями ТРМ.

Целями ТРМ являются:

- устранение вероятности возникновения причин шести видов потерь: из-за аварийных отказов оборудования, переналадок и регулировок, приостановок, снижения скорости работы оборудования, брака, перерасхода сырья и т.д. (первый уровень целей);

- повышение коэффициента общей эффективности оборудования (второй уровень целей);

Рисунок 11.3

- выполнение производственного плана, соблюдение графиков поставок, повышение качества продукции, снижение издержек, предотвращение травматизма и несчастных случаев, охрана окружающей среды (предотвращение техногенных катастроф) (третий уровень целей);

- повышение результативности бизнеса и формирование для работников достойных рабочих мест на организационно-технологических участках (четвертый уровень целей).

Командная работа в рамках малых групп развертывается в ТРМ как текущая функциональная деятельность, поэтому естественно, что лидерами команд ТРМ становятся руководители нижнего звена (бригадиры, звеньевые), которые как раз и организуют непосредственное выполнение приказов и распоряжений вышестоящего руководства.

Цель внедрения TPM - достичь предельной и комплексной эффективности производственной системы. Иными словами, получить максимально возможный результат в отношении объема производства, качества продукции, себестоимости, сроков поставок, безопасности рабочих мест и инициативы персонала при минимальном использовании ресурсов - человеческих, материальных, финансовых

Развертывание системы ТРМ на предприятии будет проводиться в два этапа:

- подготовительный;

- процесс внедрения.

Внедрение необходимо начать с подготовительного этапа.

На первом шаге этого этапа высшее руководство предприятия принимает решение о внедрении системы ТРМ.

На втором шаге персонал высшего и среднего звеньев проходят обучение методологии внедрения системы ТРМ.

На третьем шаге необходимо провести информационную встречу, которая будет посвящена началу внедрения системы ТРМ, с участием менеджеров высшего и среднего звеньев.

Четвертым шагом является создание головного органа организационной структуры ТРМ, то есть Совет по внедрению ТРМ и его Секретариат.

На пятом шаге рекомендуется сформировать две проектные группы, в которые ходят менеджеры высшего звена. В течение трех месяцев участники этих групп осваивают технологию осуществления первых трех шагов самостоятельного обслуживания оборудования на модельном оборудовании.

Шестым шагом (в течение полугода) является осваивание технологии пятью модельными группами, состоящие из менеджеров среднего и низового звеньев, технических специалистов и производственного персонала. На этом этапе им также предлагается отработать технологии проведения первых трех шагов самостоятельного обслуживания оборудования и подать предложения по отдельным улучшениям.

На седьмом шаге (на заседании Совета по внедрению ТРМ) утверждается система показателей для оценки результативности и эффективности развертывания системы ТРМ и принимается решение о создании инструмента для анализа результатов мероприятий, проводимых в рамках развертывания системы.

На восьмом шаге предлагается разработать Генеральный план и План мероприятий по внедрению системы ТРМ

На следующем шаге о начале внедрения системы ТРМ объявляется всему персоналу предприятия, партнерам, представителям прессы. То есть девятым шагом является «Начало внедрения системы ТРМ».

После этого начинается этап «Внедрение системы ТРМ», на котором развертывание системы по восьми направлениям поддерживают специалисты, входящие в состав соответствующих тематических групп.

Основное направление развертывания системы ТРМ в производственной среде - «Самостоятельное обслуживание оборудования операторами», мероприятия по которому реализуют операторы производственного процесса и ремонтники, объединенные соответственно в рабочие группы ТРМ цехов и рабочие группы ТРМ технических служб. Приведем основные этапы их деятельности по этому направлению:

- для поддержки функционирования рабочих групп создаются Малые советы ТРМ цехов и Малый совет ТРМ технических служб;

- свою деятельность начнут рабочие групп ТРМ цехов (тщательная подготовка специалистов к привлечению операторов);

- участники рабочих групп ТРМ цехов осуществляют мероприятия первого шага направления «Самостоятельное обслуживание оборудования операторами» -- проводят чистку и уборку, совмещаемые с проверкой;

- участники рабочих групп ТРМ цехов и технических служб совместно разрабатывают «Временные нормы чистки смазки, проверки» в рамках проведения мероприятий третьего шага.

Вообще в результате внедрения этой системы, согласно определению ТPM, создается механизм, обеспечивающий «нуль несчастных случаев», «нуль брака», «нуль поломок». А, кроме того, коэффициент общей эффективности оборудования должен достичь 85 %.

Освоение системы TPM требует немалых усилий и длительного времени, поскольку предполагает коренное изменение психологии работников предприятия. Однако, как показывает опыт организаций, внедривших у себя эту систему, результаты именно такого рода перемен и составляют сегодня одно из главных конкурентных преимуществ на мировом рынке.

Безопасность и экологичность проекта

Введение

Нормативное обеспечение охраны труда делится на:

· Законодательное обеспечение охраны труда.

· Законодательное обеспечение экологической безопасности.

· Законодательное обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях.

Основой законодательного обеспечения безопасности является основной закон государства - Конституция РФ.

Кодекс законов о труде РФ

Устанавливаются права и обязанности работодателей и работников в отношении охраны труда; оговариваются ограничения к труду в особо тяжелых условиях некоторых групп населения (беременных женщин и т.д.)

Положение о порядке проведения аттестации рабочих мест по условиям труда (является приложением к постановлению Мин-ва труда и соц-го развития РФ, от 14.03.1997)

Аттестации подлежат все имеющиеся в организации рабочего места.

Нормативная основа проведения аттестации рабочих мест:

· гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности, утвержденные Госсанэпидемндзором РФ

· система стандартов безопасности труда (ССБТ) ГОСТ 12.0.001.-79 (общие положения, определения)

· 12.1 - ГОСТ на опасные и вредные факторы

· 12.2 - ГОСТ безопасности оборудования

· 12.3 - безопасность технологических процессов;

· 12.4 - требования к коллективным и индивидуальным средствам защиты

· санитарные правила и нормы.

Характеристика производственного помещения

Согласно СН 512-78 (Инструкции по проектированию зданий и помещений для ЭВМ) и СанПиН 2. 2. 2. 542-96 (Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным ЭВМ) здания ЭВМ следует помещать с наветренной стороны ветров преобладающего направления по отношению к соседним предприятиям, являющихся источниками выделений вредных веществ и пыли. Помещения ЭВМ должны располагаться не выше 5 этажа и не в подвалах.

Высота помещений для расположения ЭВМ - 3,6 м, в учебных заведениях - не менее 4 м, а для остальных помещений не менее 3,3 м. Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток. Площадь на одно рабочее место с ВДТ или ПЭВМ должна составлять не менее 6 м², а объем - не менее 20 м³, а в учебных помещениях соответственно не менее 6 м² на одно место и объем 24 м³. Перегородка между залом ЭВМ и помещением внешних запоминающих устройств должна быть несгораемой. В залах ЭВМ должно предусматриваться автоматическое пожаротушение. Включение установок автоматического пожаротушения должно осуществляться автоматически от извещателей, реагирующих на появление дыма, например ДИП-1.

Применение для тушения пожара воды, порошковых огнетушителей недопустимо - выводится из строя ЭВМ.

Здания и помещения для ЭВМ должны быть оборудованы системами центрального отопления, приточно-вытяжной вентиляции, хозяйственно-питьевого водопровода.

В нашем случае производственное помещение представляет из себя группу офисов, которые находятся в капитальном здании. К ним относятся комната программистов (5 компьютеров), офис менеджера, кабинет директора и пр. С точки зрения охраны труда наибольший интерес представляет комната программистов.

В этой комнате находится 5 компьютеров, объединённых в локальную сеть, подключённую к Интернет. Электропитание компьютеров осуществляется через обычную электросеть 220 В. В помещении предусмотрена система естественной вентиляции.

Производственная санитария

Производственная санитария - это система санитарно-технических гигиенических и организационных мероприятий, препятствующих воздействию на работающих вредных производственных факторов.

Производственная санитария включает оздоровление воздушной среды и нормализация параметров микроклимата в рабочей зоне, защиту рабочих от шума, вибрации, и обеспечение нормативов освещения, а также поддержание в соответствии с санитарными требованиями территории предприятия, основных и вспомогательных помещений (особенно важно в пищевом производстве).

Независимо от состояния природных метеорологических условий данной местности в дисплейных производственных помещениях и на рабочих местах должны быть созданы климатические условия (производственные, микроклимат) наиболее благоприятные для выполнения заданной работы. Климатические условия определяются сочетанием температуры, влажности и скорости перемещения воздуха, а также температуры окружающих поверхностей.

В соответствии с требованиями ГОСТ12.1.005-88 ССБТ нормируется оптимальные и допустимые условия микроклимата (температура воздуха, его влажность, а также скорость в рабочей зоне - смотрите Таблицу 12.1).

Таблица 12.1 Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха на рабочих местах с дисплеями (по ГОСТ 12.1.005-88)

Период года	Категория работ	Температура, С	Относительная влажность	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	Лёгкая-1а	22-24	40-60	не более 0,1
	Лёгкая-1б	21-23	40-60	не более 0,1
Тёплый	Лёгкая-1а	23-25	40-60	не более 0,1
	Лёгкая-1б	22-24	40-60	не более 0,2

В нашем случае в помещении, где осуществляется разработка программного обеспечения, микроклимат в помещении поддерживается: зимой - системой центрального водяного отопления, летом - системой кондиционирования воздуха. Освещённость - общая, лампами дневного света и индивидуальная - настольные лампы. Шум - вызван работой вентиляторов-охладителей в корпусах компьютеров. Вредные выделения - электромагнитные излучения от кинескопных мониторов, тепловыделения от компьютеров и людей, углекислый газ, водяной пар, выделяемые при дыхании людьми.

Пожаробезопасность

Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб (ГОСТ 12. 1. 004-76).

Пожарная безопасность (ГОСТ 12717033-81) - состояние объекта, при котором с установленной вероятностью исключается возможность возникновения и развития пожара и воздействия на людей опасных факторов пожара, а также обеспечивается защита материальных ценностей.

Пожарная безопасность на предприятиях обеспечивается двумя системами: предотвращения пожара (организационные, технические меры и средства, обеспечивающие невозможность проникновения пожара) и системой пожарной защиты (предотвращение воздействия на людей опасных факторов пожара).

Все рабочие и служащие должны проходить специальную противопожарную подготовку: противопожарный инструктаж (первичный и вторичный) и занятия по пожарно-техническому минимуму по специальной программе.

Для каждого предприятия (цеха, лаборатории, мастерской, склада и т. д.) на основе типовых правил пожарной безопасности для промышленных предприятий разрабатывают общеобъектную и цеховые противопожарные инструкции.

Пожарная безопасность объектов народного хозяйства (и электроустановок), регламентируется Законом о пожарной безопасности, ГОСТами ССБТ, строительными нормами и правилами СНиП часть 2, межотраслевыми типовыми правилами пожарной безопасности, отраслевыми правилами пожарной безопасности, инструкциями пожарной безопасности на отдельных объектах, а с 1 января 1985 г. введен в действие Кодекс РФ об административных нарушениях (КоАП см. Ведомости Совета РСФСР, 1984, N 27 ст. 909), где сведены конкретные составы административных правонарушений не несущие уголовной ответственности, виды, размеры взысканий; указаны лица и органы уполномоченные рассматривать дела об указанных нарушениях.

Система предотвращения пожара включает:

· предотвращение образования горючей среды и внесения в нее источников зажигания;

· поддержание температуры и давления горючей среды ниже максимально допустимых по горючести;

· уменьшение размера горючей среды ниже максимально допустимого по горючести.

Система пожарной защиты предусматривает:

а) ограничение количества и надлежащее размещение горючих веществ,

б) применение негорючих и трудногорючих веществ и материалов,

в) изоляция горючей среды,

г) применение средств пожаротушения, д) предотвращение распространения пожара,

е) применение производственных объектов с регламентированными пределами огнестойкости и горючести.

ж) эвакуация людей при пожаре,

з) применение средств индивидуальной и коллективной защиты от огня,

и) применение средств пожарной сигнализации и средств извещения о пожаре, организация пожарной охраны объектов.

Для повышения пожаро- и взрывоопасности современных электронасыщенных предприятий играет большую роль правильный выбор и эксплуатация электрооборудования.

Освещение

Свет, освещение относится к одному из основных внешних факторов, постоянно воздействующих на человека в процессе труда. Положительное влияние освещения на производительность труда и его качество не вызывает сомнения. Так, солнечное освещение увеличивает производительность труда в среднем на 10%, а искусственное на 13%, при этом возможность брака снижается на 20-25%.

Нормирование освещения внутри и вне зданий, мест производства работ, наружного освещения городов и др. населенных пунктов производится по СНиП 11-4-79 (строительные нормы и правила, часть II, глава 4, Естественное и искусственное освещение, М. , 1980).

Безопасность и здоровье условия труда в большой степени зависят от освещенности рабочих мест и помещений. Неудовлетворительное освещение утомляет не только зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Неправильное освещение может быть причиной травматизма: плохо освещенные опасные зоны, слепящие лампы, резкие тени ухудшают или вызывают полную потерю зрения, ориентации. Неправильная эксплуатация осветительных установок в пожароопасных цехах может привести к взрыву, пожару и несчастным случаям.

Обычно пользуются естественными, искусственным и совмещенным (естественное и искусственное совместно) освещением.

Согласно санитарным нормам все помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь естественное освещение.

Естественное освещение может быть:

· боковым - через световые проемы в наружных стенах (одностороннее и двухстороннее);

· верхнее - через световые проемы (фонари) в покрытиях и через проемы в стенах в местах перепада высот зданий;

· верхним и боковым (комбинированное) - сочетание верхнего и бокового.

Искусственное освещение осуществляется в темное время суток при помощи осветительных приборов, состоящих из светильников.

Электрический светильник представляет собой совокупность источника света и арматуры.

Искусственное освещение выполняется двух систем: общее и комбинированное (общее с местным). Для освещения помещений должны предусматриваться газоразрядные лампы (люминесцентные, металлогенные, натриевые, ксеновые), допускается применение ламп накаливания.

Эвакуационное освещение предусматривается:

а) в местах, опасных для прохода людей;

б) в проходах и на лестницах при числе эвакуирующихся более 50 чел;

в) по основным проходам помещений, в которой работает более 50 чел;

г) в лестничных клетках жилых домов, высотой 6 и более этажей и др. случаях по СНиП.

К специальным видам освещения относятся охранное и дежурное. Охранное освещение (при отсутствии специальных технических средств охраны) предусматривается вдоль границ территорий, охраняемых в ночное время: освещенность 0, 5 лк на уровне земли.

Вентиляция

Важным средством обеспечения нормальных санитарно-гигиенических и метрологических условий в производственных помещениях является ВЕНТИЛЯЦИЯ - это организованный и регулируемый воздухообмен, обеспечивающий удаление из помещения загрязненного промышленными вредностями воздуха.

По способу подачи в помещение воздуха и удаления его, вентиляцию делят на:

- естественную;

- механическую;

- смешанную.

По назначению вентиляция может быть общеобменной и местной.

ЕСТЕСТВЕННАЯ вентиляция создает необходимый воздухообмен за счет разности плотности теплого и холодного воздуха, находящегося внутри помещения и более холодного снаружи, а также за счет ветра.

Естественная вентиляция экономична и проста в эксплуатации. Недостатками ее является то, что воздух не подвергается очистке и подогреву при поступлении, удаляемый воздух также не очищается и загрязняет атмосферу.

МЕХАНИЧЕСКАЯ вентиляция состоит из воздуховодов и побудителей движения (механических вентиляторов или эжекторов.

Воздухообмен осуществляется независимо от внешних метеорологических условий, при этом поступающий воздух может подогреваться или охлаждаться, подвергаться увлажнению либо осушению. Выбрасываемый воздух подвергается очистке.

Механическая общеобменная вентиляция может быть:

а) приточная;

б) вытяжная;

в) приточно-вытяжная.

Приточная система вентиляции производит забор воздуха через воздухозаборное устройство, затем воздух проходит через калорифер, где воздух нагревается и увлажняется и вентилятором подается по воздухопроводам в помещение через насадки для регулировки притока воздуха. Загрязненный воздух вытесняется через двери, окна, фонари, щели.

Вытяжная вентиляция удаляет загрязненный и перегретый воздух через воздухоотводы и очиститель, а свежий воздух поступает через окна, двери и неплотности конструкций.

Приточно-вытяжная система вентиляции состоит из приточной и вытяжной, работающих одновременно.

Контроль шума

Шум наиболее неблагоприятный фактор, воздействующий на человека. В результате утомления из-за сильного шума увеличивается число ошибок при работе, повышается опасность возникновения травм и снижается производительность труда. Шум представляет собой механические колебания в упругих средах и телах, частоты лежат в диапазоне от 16-20 Гц до 20 кГц и которое способно воспринимать человеческое ухо. Шум состоит из огромного количества гармонических колебаний разных частот. Шумы различной частоты действуют на организм по-разному, что учитывается при нормировании шумов.

Нормативы шума в производственных помещениях устанавливает ГОСТ 12.1.003-83, а допустимые уровни шума на рабочих местах регламентируются СН № 2.2.4/2.1.8.562-92.

Нормирование уровней шума в производственных условиях осуществляется по ГОСТ 12. 1. 003-83 (шум, общие требования безопасности). Он устанавливает допустимые уровни дБ звукового давления на рабочих местах в определенных (октавных) полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Например, рабочие места в производственных помещениях соответственно: 99, 92, 86, 83, 78, 76, 74 дБ или 85 дБА.

Для уменьшения уровней шума применяются технические, строительно-акустические и организационные мероприятия, а также средства индивидуальной защиты (ГОСТ 12. 4. 051-87 - Средства индивидуальной защиты органа слуха).

К этим мерам относятся:

1. Подавление шума в источниках

2. Предупреждение распространения шума - звукоизоляция и звукопоглощение.

3. Строительные и организационные меры.

Устойчивость в чрезвычайных ситуациях

Одним из главных направлений повышения безопасности работ на предприятии является работа по охране труда и профилактике ЧС, которая должна носить системный характер. На предприятиях руководство всей работой по охране труда и ответственность за обеспечение безопасных условий труда возлагается на руководителя и главного инженера предприятия, а также по отдельным подразделениям (отделам, цехам, участкам) - на их руководителей. Основными задачами по профилактике ЧС являются:

1. Постоянное совершенствование организации работы на предприятии по созданию здоровых и безопасных условий труда работающих, предупреждению производственного травматизма и профессиональных заболеваний.

2. Внедрение передового опыта и научных разработок по охране труда.

3. Осуществление контроля за состоянием охраны труда на производстве.

Одним из главных направлений в работе по охране труда в народном хозяйстве является внедрение ССБТ и системы управления охраной труда на предприятиях (СУОТ). Внедрение системы управления охраной труда должно сопровождаться наличием следующих условий:

1) наличие и изучение нормативных документов, инструкций, санитарно-технических паспортов в цехах и других подразделений;

2) наличие стандарта предприятия с обязанностями всех лиц предприятия по ОТ;

3) наличие информационных показателей для участков и других подразделений (оценка деятельности в области ОТ).

4. Стимулирование за работу по охране труда

В соответствии с ГОСТ 12. 0. 004-90 обучение и инструктаж по безопасности труда проводят на всех предприятиях и учебных заведениях.

Ответственность за организацию обучения и проверку знаний в целом по предприятию, учебному заведению возлагается на его руководителя, а в подразделениях - на руководителя подразделения.

Расчет искусственного освещения

К помещениям сборки двигателей и их агрегатов предъявляются повышенные требования по освещению рабочих мест инженеров-производственников, что связано как с необходимостью неукоснительного соблюдения санитарных норм и правил, так и с требованиями высокой точности монтажных работ.

В связи с вышеизложенным, в настоящем дипломном проекте проведен расчет искусственного освещения.

При проектировании искусственного освещения необходимо решить задачи: выбрать систему освещения, тип источников света, тип светильников, расположить светильники, определить мощность источников света.

В гигиеническом отношении система общего освещения более совершенна, так как более равномерно распределяет световую энергию, но система комбинированного освещения экономичнее.

Равномерность общего освещения достигается при l<2H, где l - расстояние между центрами светильников, H - высота подвеса светильника над рабочей плоскостью. Рекомендуется размещать светильники с лампами накаливания параллельными рядами, принимают: l=(1,4…1,8)H, для люминесцентных светильников l=0,5l при удалении их от стены.

Для расчета искусственного освещения наиболее распространены методы светового потока, точечный и удельной мощности.

Метод светового потока предназначен для расчета общего освещения горизонтальных поверхностей и позволяет учесть как прямой световой поток, так и отраженный от стен и потолка.

Световой поток одного источника света рассчитывается по формуле:

где Е=400 лк - нормированная освещенность, лк;

Кз=1,5 - коэффициент запаса, учитывающий старение ламп и загрязнение светильников (определяем по таблице 12.9.1);

S=50 м2 - площадь освещаемого помещения;

Z=1,1 - коэффициент минимальной освещенности, для люминесцентных ламп;

N=15 - число источников света в помещении;

з=0,6 - коэффициент использования светового потока.

Коэффициент з зависит от типа светильника, коэффициентов отражения R от стен, потолка, пола и от геометрической характеристики помещения, определенной индексом помещения.

Таблица 12.9.1 Значение коэффициента запаса Kз.

Характеристика объекта

Лампы

накаливания

Люминесцентные

лампы

Помещения с большими выделениями пыли, дыма, копоти

Помещения со средними выделениями пыли, дыма, копоти

Помещения с малыми выделениями пыли

Наружное освещение светильниками

Прожекторное освещение

1,7

1,5

1,3

1,5

2,0

1,8

1,5

Таблица 12.9.2 Коэффициенты отражения поверхностей Rj.

Поверхность

Коэффициент

отражения

Поверхность

Коэффициент

отражения

Свежая побелка

Чистый бетон, побелка помещения

Грязные бетон, светлые обои

Кирпич неоштукатуренный

0,7

0,5

0,3

0,1

Цвет окрашенной поверхности:

Белый

Розовый

Желтый

Красный (светлый)

Голубой, серый

Зеленый (светлый)

Коричневый

Темно-коричневый

Темно-зеленый

0,79-0,84

0,69

0,6

0,56

0,53

0,41

0,23

0,15

0,1

где a=10 м и b=5 м - длина и ширина помещения.

H=3,0 м - высота подвеса ламп.

Коэффициенты отражения некоторых поверхностей Rj приведены в таблице 12.9.2, а коэффициенты использования светового потока для рассмотренных выше светильников и ряда сочетаний коэффициентов отражения - в таблице 12.9.2.

По полученному световому потоку F подбирают ближайшую стандартную лампу (таблица 12.9.3). Допускается отклонение светового потока выбранной лампы от расчетного не более чем на (-10…+20)%. Если такое приближение не реализуется, то корректируется число источников света.

Таблица 12.9.3 - Электрические и световые характеристики ламп.

Лампы накаливания (ГОСТ 2239-79)	Люминесцентные лампы (ГОСТ 6825-79)
Мощность	Световой поток , при	Тип лампы	Световой поток	Длина
15 25 40 60 75 100 150 200 300 500 750 1000 1500	105 210 380 650 950 1320 2000 2950 4500 8200 13100 18500 28000	ЛД30-4 ЛБ30-4 ЛД40-4 ЛБ40-4 ЛД65-4 ЛБ65-4 ЛД80-4 ЛДЦ80-4 ЛБ80-4 ЛХБ80-4 ЛТБ80-4	1640 2100 2340 2680 3570 3980 4070 3560 6220 4444 4440	895 1199 1500

По полученному световому потоку F=3667,6 лк по (табл.12.9.3) подбираем ближайшую стандартную лампу ЛДЦ80-4.

Список литературы

1. Кудрявцева В.М. Основы теории и расчета ЖРД. Т. 1. - М.: Высш. шк., 1993. - 387 с.

2. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 488 с.

3. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин АП. Теория ракетных двигателей / Под ред. В. П. Глушко. - М.: Машиностроение, 1980. - 536 с.

4. Володин В.А., Ткаченко Ю.Н. Конструкция и проектирование ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984. - 272 с.

5. Глушко В.П. Конструкция и проектирование ЖРД. - М.: Машиностроение, 1989. - 245 с.

6. Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1976. - 304с.

7. Методическое руководство к выполнению курсовой работы по дисциплине «Термодинамика» для студентов специальности 160302 «Ракетные двигатели» очной формы обучения / ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Ю.А. Булыгин. Воронеж, 2007. - 46 с.

8. Математическое моделирование и расчет рабочих процессов в ЖРД: Учеб. пособие / Ю. А. Булыгин, Н. В. Заварзин, А. В. Кретинин, Г. С. Розаренов, Л. П. Цуканова. Воронеж: ВГТУ, 2000. - 150 с.

9. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование: Учебник для вузов. - 2-е изд.-М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. - 463 с.

10. Булыгин Ю.А., Кретинин А.В., Музалёв И.А. Расчёт охлаждения камеры ЖРД: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2004. - 160 с.

11. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1971. - 540 с.

12. Лебединский Е.В. Рабочие процессы в жидкостном ракетном двигателе и их моделирование. - М.: Машиностроение, 2008. - 512 с.

13.Станкевич Д.Б., Стернин Л.Е. Модернизация расчета контуров реактивных сопел ЖРД. // Труды НПО Энергомаш. Т.25. - 2007. - с. 139-171.

14. Методические указания к выполнению организационно- экономической части дипломного проекта для студентов специальности 130400 «Ракетные двигатели» очной формы обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. Н.Л. Гладкова, И.В. Рощупкина. Воронеж, 2004. - 16 с.

15. Белов С.В., Козьяков А.Ф., Партолин О.Ф. Средства защиты в машиностроении. Расчет и проектирование. Справочник / Под ред. Белова С.В. - М.: Машиностроение, 1989. - 360 с.

16. Итикава А. ТРМ в простом и доступном изложении/ А. Итикава, И. Такачи, Ю. Такэбэ. М.: РИА «Стандарты и качество» - 2008 г. - 128 с