Расчет проектных параметров ресивера

Ресивер служит для сглаживания пульсаций давления при подаче рабочего тела из бака и стабилизации параметров газа в магистрали.

Из бака газообразное рабочее тело поступает в ресивер. Перед ресивером стоит электроклапан, который при открытии открывает доступ газу в ресивер. Электроклапан открывается в том случае, когда давление газа в ресивере упало ниже установленного значения и открывает доступ газу. Как только давление в ресивере достигнет требуемой величины, электроклапан закрывается. Давление в ресивере устанавливается всегда таким, чтобы оно было всегда выше давления в движителе. Величина P_{рес min} задается системой управления для обеспечения расхода рабочего тела с заданной точностью. Система управления задает работу СХПРТ таким образом, чтобы ΔМ_рес/М_рес<< 1. При постоянном расходе рабочего тела давление в системе все время меняется.

При работе движителя, как правило, необходимо выполнение условия m^•_эд=const.

Масса рабочего тела в ресивере:

.                                       (6.10)

При m^•_эд=const получаем:

                            (6.11)

Время цикла t_цикла определяется следующим образом. Из технического задания известно общее время работы движительной установки. Электроклапан перед ресивером имеет гарантированное изготовителем число включений и выключений n_вкл, которое, как правило, равно 10000. Учитывая это, получим:

                                             (6.12)

Тогда определим величину ∆М_рес:

                                   (6.13)

Выработка из ресивера рабочего тела α за один цикл составляет:

                                          (6.14)

Как показывают экспериментальные исследования величина α, как правило, не должна превышать 3%. Примем максимальное значение α=0,03.

Тогда имеем:

Уравнение состояния газа в ресивере запишется следующим образом:

.                              (6.15)

Примем Т_рес=293 К. Давление в ресивере обычно составляет ~ 2ּ10⁵ Па.

Определим объем ресивера:

                    (6.16)

Зная геометрическую форму бака, подбираем геометрическую форму ресивера. Форма резервуара ресивера должна быть такой, чтобы компоновочная схема СХПРТ занимала наименьший объём на КЛА. Для бака сферической конфигурации наиболее целесообразно применять ресивер, имеющий конфигурацию тора.

Для определения геометрических параметров тора, необходим выбрать меньший радиус тора, а больший радиус тора будет определяться как функция объёма и выбранного меньшего радиуса тора. Малый радиус тора выбираем равным половине радиуса сферы бака, что позволит сделать наиболее компактную компоновку СХПРТ.

Объем тора определяется как:

                                  (6.17)

Рисунок 6.1 Параметры тора.

,                                      (6.18)

где  - диаметр сечения тора,  - малый радиус тора.

.                            (6.19)

Преобразовав уравнение (2.18), получим квадратное уравнение относительно диаметра сечения тора:

.                           (6.20)

Малый радиус тора принимается:

                              (6.21)

Уравнение (2.21) имеет два корня: первый корень отрицательный, второй корень равен .

Зная диаметр сечения тора и малый радиус тора, определяется большой радиус тора:

.                        (2.23)

6.4 Расчет проектных параметров термодросселя

Термодроссель применяют для регулирования требуемого расхода рабочего вещества. В нем используют зависимость расхода газа от его температуры при заданном перепаде давления и геометрических параметров капиллярной трубки. Температура газа, в свою очередь, зависит от значения тока, пропускаемого через трубку.

Секундный расход рабочего тела через термодроссель на анод определяется по формуле:

,                                    (6.22)

где P – усредненное давление ( );

- давление на входе в термодроссель;

- давление на выходе из термодросселя;

- внутренний диаметр термодросселя;

- разность давлений на входе и выходе из термодросселя;

T – температура рабочего вещества в термодросселе (  );

- коэффициент вязкости ( для ксенона  );

- длина термодросселя (примем  );

R – газовая постоянная для ксенона, R = 63.29 Дж/кг·К.

Давление на входе в термодроссель равно давлению в ресивере . Для достижения необходимого давления на выходе из термодросселя зададимся отношением: . Отсюда давление на выходе из термодросселя равно . Усредненное давление равно:

                  (6.23)

Разность давлений равна:

Определим внутренний диаметр термодросселя:

(6.24)