38. Источники нагрева и охлаждения в системах термостатирования стартовых комплексов.

39.Особенности построения и применения воздушных систем термостатирования.

40. Особенности построения и применения жидкостных систем термостатирования.

Общие сведения о ВСОТР и ЖСОТР

ВСОТР – это системы, в которых нагрев или охлаждение объектов термостатирования осуществляется воздухом.

ВСОТР обычно используются: для обогрева и охлаждения в контейнере или вместе с контейнером боевых ракет, термостатирования двигателей, приборных отсеков и головных блоков космических ракет-носителей.

Схема ВСОТР ракеты в транспортно-пусковом контейнере подвижного ракетного комплекса

1–ракета;2–транспортно-пусковой контейнер; 3–вытяжной воздуховод; 4–вентилятор; 5– блок нагрева и охлаждения воздуха;6– приточный воздуховод

Применение ВСОТР для термостатирования головных блоков космических РН при транспортировке на старт

Схема стационарной ВСОТР головного блока РН на старте

ЖСОТР – это системы, которые осуществляют термостатирование объектов жидкими теплоносителями: водой;антифризами (водными растворами гликолей);рассолами (водными растворами солей NaCl и СaCl2);фреонами R11 и R30.

ЖСОТР используются для поддержания заданного теплового режима отдельных приборов или группы приборов: если приборы размещаются в сооружении или в кузове транспортного агрегата, то во время их работы ЖСОТР обеспечивает отвод выделенного тепла, если приборы подвергаются воздействию наружного воздуха, то в летнее время они охлаждаются, а зимой подогреваются.

Схема стационарной ЖСОТР головного блока РН на старте

В ВСОТР воздух может поступать к объектам термостатирования либо по замкнутому контуру (в подвижных агрегатах), либо по разомкнутой линии (в стационарных системах). В первом случае воздух, например, снимает тепло с объекта и снова возвращает в ВСОТР. Во втором случае воздух после объекта выбрасывается в атмосферу.В ЖСОТР подача теплоносителя производится только по замкнутому контуру.

Схема ВСОТР ракеты в кузове вагона железнодорожного РК

1–транспортно-пусковой контейнер с ракетой; 2– кузов вагона-ПУ; 3–раздаточный коллектор; 4–вытяжной воздуховод; 5– приточный воздуховод; 6– кузов вагона с оборудованием ВСОТР; 7–воздухонагреватель; 8–холодильный агрегат с воздухоохладителем; 9–блок вентиляторов; 10–регулирующие заслонки; 11–датчик-реле температуры; 12–датчик сигнализатора влажности

Преимущества и недостатки воздуха как теплоносителя:

Воздух доступен, дешев, нетоксичен;может быть использован в широком диапазоне температур;в воздушных холодильных машинах (ВХМ)не требуется дополнительный контур для теплопередачи, что позволяет повысить эффективность ВСОТР с ВХМ;позволяет реализовать как замкнутые, так и разомкнутые контуры охлаждения (нагрева) объектов термостатирования;не увеличивает массу СТ (по сравнению с жидкими теплоносителями, плотность которых на 3 порядка выше), что особенно важно для подвижных СТ;не приводит к отказам СТ из-за негерметичности воздуховодов К недостаткам воздуха относятся: низкие значения теплоемкости и коэффициента теплоотдачи,необходимость предварительной очистки и осушки,высокие значения расхода воздуха в ВСОТР и поперечных сечений воздуховодов

Общие сведения о ТСОТР

ТСОТР - топливные системы обеспечения теплового режима предназначены для охлаждения или нагрева жидких топлив до заданной температуры и дальнейшего поддержания ее в допустимых пределах.В ТСОТР используются активные и пассивные средства термостатирования с применением встроенных или внешних теплообменников.

Состав оборудования СТ

В состав СТ входят:электронагревательные установки,источники холода (парокомпрессионные холодильные машины, реже - воздушные холодильные машины, аккумуляторы холода, вихревые трубы), насосы, вентиляторы, нагнетатели,тепломассообменные аппараты (рекуперативные теплообменники, увлажнители и осушители воздуха, воздухоохладители, тепловые трубы), воздуховоды, трубопроводы,системы автоматического управления процессами термостатирования, оснащенные датчиками измерения температуры, давления, влажности, расхода и т.п.

Устройства для нагрева теплоносителей СТ

Для нагрева воздуха, газов и жидких теплоносителей используются трубчатые электронагреватели (ТЭНы), передающие тепло путем конвекции, теплопроводности и излучения. ТЭНы могут непосредственно контактировать с нагреваемой средой при давлениях до 9,8×10 Па, отличаются высокой надежностью при вибрациях, значительных ударных нагрузках и выпускаются разнообразной конфигурацией. Стойкость к коррозии обеспечивается выбором материала оболочки.

Источники холода, применяемые в СТ

Для охлаждения теплоносителей на подвижных установках и в стационарных системах наиболее широко применяются СТ с парокомпрессионными (ПКХМ) и воздушными холодильными машинами (ВХМ).

Холодильная машина является условным понятием, которое представляет собой совокупность устройств и теплообменных аппаратов, необходимых в рабочем цикле для отвода тепла при низкой температуре и осуществления передачи тепла к охлаждающей среде с более высокой температурой.

Так как при охлаждении отводимое тепло не может самопроизвольно переходить к окружающей среде с более высокой температурой, для производства холода необходима затрата энергии и осуществление замкнутого цикла.

Схема и цикл ПКХМ

Основными узлами ПКХМ являются испаритель 1, компрессор 2, конденсатор 3 и регулирующий вентиль 4, которые соединены между собой при помощи трубопроводов в единую герметичную систему, заполненную рабочим веществом, называемым холодильным агентом (хладагентом). В ПКХМ циркулирует одно и то же количество холодильного агента

1 - испаритель; 2 - компрессор; 3 - конденсатор; 4 - регулирующий вентиль; 5 - вентилятор (насос) теплоносителя; 6,7 - всасывающий и напорный трубопроводы для подвода и отвода теплоносителя из испарителя; 8 - вентилятор охлаждения конденсатора наружным воздухом

Схема и цикл ВХМ

В воздушных холодильных машинах (ВХМ) используется эффект охлаждения при расширении воздуха с отдачей его энергии во внешнюю среду или для совершения работы. При расширении воздуха в детандере вырабатывается механическая энергия, которая может передаваться компрессору, для чего последний обычно располагается на одном валу с детандером. В качестве детандера в ВХМ применяют расширительные турбины преимущественно осевого типа.

1 - компрессор; 2 - теплообменник; 3 - детандер; 4 - вентилятор охлаждения теплообменника атмосферным воздухом.

Сравнение ВХМ с ПКХМ

ВХМ по сравнению с ПКХМ обладают существенно меньшей экономичностью. Экономичность холодильных машин характеризуется холодильным коэффициентом, определяемым отношением холодопроизводительности к мощности затрачиваемой на получение холода ε=Q0/АL

Холодильный коэффициент ВХМ в несколько раз меньше по сравнению с холодильным коэффициентом ПКХМ.

Другие недостатки ВХМ

Высокая стоимость;Трудности по обеспечению требуемой влажности воздуха при работе по замкнутому циклу;Необходимость обеспечения высокой скорости вращения турбомашин (18000÷20000 об/мин);Высокий уровень шума (до 120 Дб);Необходимость очистки и осушки воздуха на входе в турбомашины (для снижения износа поверхностей лопаток);Громоздкость теплообменной аппаратуры;Низкий ресурс (10000 час);Повышенный расход энергии.

Достоинства ВХМ

Быстрый выход на режим (15÷20 мин);Возможность получения низкой температуры (- 80°С);Возможность плавного изменения температуры воздуха на выходе из ВХМ;Использование воздуха в качестве хладоагента;Широкий диапазон давлений воздуха на выходе из СТ, что упрощает его подачу к объектам по длинным воздуховодам с малым поперечным сечением.Благодаря данным преимуществам ВХМ несмотря на их неэкономичность нашли применение в системе термостатирования ракетного комплекса «Зенит» .