Определение основных параметров бака для хранения рабочего вещества

Бак рабочего вещества по своему размеру и массе составляет наибольшую часть движительной установки. Требования к материалу и конструкции бака определяются видом выбранного рабочего вещества и схемой системы подачи.

Основные требования к баку:

а) малая масса;

б) прочность;

в) герметичность;

г) коррозионная стойкость;

д) совместимость с выбранным рабочим веществом.

Запишем уравнение состояния газа, учитывая то, что газ при заправке находился под давлением Р_о и температуре Т_о:

                               (6.1)

R=8.31 Дж·М/К– универсальная газовая постояння.

Определим из формулы (6.1) объем бака, т.е. объем рабочего тела V_о, приняв значение Р_о=5·10⁶ Па (т.к. не должно превышать критическое давление Р_кр) и Т_о=293 К (температура при нормальных условиях):

Зная объем бака, найдем его диаметр d_б:

                          (6.2)

Если изменились условия хранения газа в баке (т.е. Т_о выросла до Т_max), то уравнение состояния газа примет следующий вид:

Разделив уравнения состояния для двух случаев (Р=Р_max, Т=Т_max и Р=Р_о, Т=Т_о) друг на друга получим:

                                         (6.3)

Величину максимальной температуры Т_max примем равную 400 К.

Зная величину Т_max, определяем Р_max:

                                      (6.4)

Па.

Напряжения, возникающие в стенках бака из-за давления Р, определяются по формуле:

.                        (6.5)

Максимальные напряжения будут возникать в стенках бака при Р=Р_max:

                                   (6.6)

Зная [σ] (в качестве материала, из которого изготавливается бак, выбираем титановый сплав ВТ5, для него степень черноты равна 0,63 [3], допускаемое напряжение (условный предел текучести) – [σ]=800 МПа) и учитывая то, что ≤[σ], вычисляем минимальную толщину стенки бака:

,                   (6.7)

где - коэффициент запаса.

Для обеспечения достаточной жесткости, чтобы использовать бак, как силовой элемент конструкции СХПРТ, принимаем, с учетом коэффициента запаса прочности  (для сферы), принимаем , тогда

Масса конструкции бака равна:

               (6.8)

.

Масса заправленного газом бака равна:

                                 (6.9)

Важной характеристикой для СХПРТ, является коэффициент складирования, который показывает, во сколько раз масса заправленного бака больше массы хранящегося в нём рабочего тела.

Лучшей конструкцией бака считается конструкция, у которой γ принимает наименьшее значение.

Следует учесть то, что в использованных формулах мы пренебрегали изменением объема бака при расширении материала его конструкции при нагревании.

Рассчитанная ёмкость для хранения р.т. имеет следующие конструктивные параметры:

1. Сферическая форма бака;

2. Масса бака ;

3. Масса заправленного бака ;

4. Коэффициент складирования

5. Рабочее тело хранится в газообразном состоянии.