Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 25 )

Образование оксида азота при догорании особенно интенсивно происходит на малых высотах. С увеличением высоты полета ракеты становится меньше температура окружающего воздуха и его плотность, и выход окислов азота уменьшается, а на высотах более 15 км образование NО при догорании практически прекращается.

Таким образом, в выхлопных факелах ЖРД в зависимости от применяемого топлива содержатся пары воды, диоксид углерода СО2, оксид углерода СО, водород Н, окислы азота NОx.

Анализ соотношения общих выбросов в атмосферу вредных веществ в виде продуктов сгорания топлива ракетных двигателей и выбросов, связанных с антропогенной деятельностью на Земле, показал, что доля первых, учитывая пуски ракет России и США, составляет менее 0,001 %. Однако проблема загрязнения ОПС все-таки существует.

При запуске мощных ракет-носителей с увеличением высоты полета растут вызванные пролетом ракеты размеры области возмущений и их интенсивность. На малых высотах скорости РН небольшие, а масса выбрасываемых двигателями продуктов сгорания огромна. Так, расходы компонентов топлив в момент старта РН «Протон» составляют 3800 кг/с, «Спейс-Шаттл» - более 10000 кг/с и РН «Сатурн-5» - 13000 кг/с. При таких расходах образуется скопление в районе старта большого количества продуктов сгорания, происходит загрязнение облаков, наблюдается выпадение кислотных дождей и изменение погодных условий на территории 100—200 км2.

Современная частота запусков тяжелых РН относительно небольшая, и они не оказывают заметного влияния на процессы в атмосфере. Увеличение частоты запусков может привести к нарушению естественного равновесия в различных слоях атмосферы, последствия которого пока трудно прогнозировать.

При разработке ракет учитывалось, что определяющим в степени экологической чистоты являются в основном применяемые компоненты топлива. Конструкционные материалы, технология изготовления ракет-носителей и их составных частей не имеют существенного вредного влияния на экологическую обстановку по сравнению с общепромышленным производством [9].

 

4.2. Технология испытаний с применением токсичных

и взрывоопасных КРТ

 

4.2.1. Принципы обеспечения безопасности испытаний

С учетом токсичности большинства КРТ холодные испытания агрегатов и систем ДУ, например испытания насосных агрегатов и систем питания, проводятся в основном на модельных жидкостях и модельных режимах. Для определения гидравлических характеристик магистралей питания и элементов (агрегатов) ДУ и стенда используются основные соотношения, полученные с учетом идентичности режимов течения (равенство критериев Рейнольдса):

м = н ; (4.1)

∆рм = ∆р н (4.2)

где ,  – массовые секундные расходы модельного и натурного компонента (на модельном и натурном режимах); ∆рм, ∆рн - перепады давления в магистралях питания на модельном и натурном режимах; м, н – кинематический коэффициент вязкости модельной и натурной жидкости;  rм,, rн – плотность модельной и натурной жидкости.

Так, большинство холодных испытаний ДУ и их систем для определения характеристик проводятся на модельных жидкостях – воде, а затем истинные характеристики для натурного компонента определяются пересчетом с использованием зависимостей (4.1) и (4.2).

Федеральный закон РФ от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" определяет правовые, экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных объектов и направлен на предупреждение аварий, к локализации и ликвидации последствий аварийных ситуаций.

Для каждого опасного производства разрабатывается декларация промышленной безопасности, которая должна включать: всестороннюю оценку риска аварии и связанной с нею угрозы; анализ достаточности принятых мер по предупреждению аварий, по обеспечению готовности организации к эксплуатации опасного производственного объекта в соответствии с требованиями промышленной безопасности, а также по локализации и ликвидации последствий аварии на объекте; разработку мероприятий, направленных на снижение масштаба последствий аварии и размера ущерба, нанесенного в случае аварии на опасном производственном объекте.

При аварии на химически опасном объекте могут действовать несколько поражающих факторов (пожары, взрывы, химическое заражение местности и воздуха и др.), а за пределами объекта - заражение окружающей среды.

Проведение испытаний ДУ требует выполнения определенных экологических требований, которые определяются:

- применяемыми компонентами ракетного топлива, схемой двигателя и совершенством процессов в них;

- расположением испытательного комплекса относительно промышленных и жилых массивов, розой ветров для данной местности;

- характером и интенсивностью экспериментальных работ;

- применяемым испытательным оборудованием и системами.

Пожаро- и взрывоопасность двухкомпонентного топлива на стенде обуславливается следующими основными причинами:

- возможностью утечек и испарением горючего с последующим смешением его паров с воздухом;

- возможным смешением значительного количества горючего с окислителем или смешением паров горючего с воздухом при аварийных проливах;

- огнеопасностью и взрывоопасностью большинства смесей горючего с окислителем и (или) воздухом;

- существованием на стенде источников зажигания;

- возможным самовоспламенением топливных пар;

- склонностью горючего или окислителя к экзотермическому разложению.

Пожар при испытании ДУ может возникнуть вследствие отказа элементов автоматики, появления небольших течей или обширных вскрытий в системе подачи топлива и газовом тракте, задевания за корпус и возгорания роторов ТНА и многих других причин. Пожар может привести к взрыву или наоборот.

Разрушающими факторами при взрыве являются большое давление и тепловыделение в начале взрыва, интенсивная ударная волна, разлет осколков и разбрызгивание горючих или не горючих компонентов.

Воздействие взрыва существенно зависит от вида и количества взрывающегося вещества и от того, какой физико-химический процесс при этом развивается: детонация, нормальное горение или разрушение стенок двигателя под действием внутреннего давления.

Характеристики ударной волны на различных расстояниях от центра взрыва обычно оцениваются эквивалентной массой тринитротолуола (ТНТ) в зависимости от условий и природы взрыва.

Исходя из этого к испытательным комплексам с учетом пожаро- и взрывоопасности применяемых компонентов топлива предъявляются следующие требования:

1) Выдерживаются необходимые расстояния между испытательным комплексом и жилыми зданиями, которые в основном определяются мощностью (тягой) испытываемого двигателя и родом компонентов топлива. 2) В зоне испытательных стендов при проведении огневого испытания обслуживающий персонал должен находиться в укрытии, управление операциями по заправке и испытаниям обеспечивается дистанционно из бункера управления.

3) Топливные баки горючего и окислителя на стенде размещаются в отдельных помещениях (отсеках). Для предотвращения соединения компонентов в коммуникациях стенда наддув и продувки осуществляются с использованием автономных групп газовых баллонов.

4) Системы вентиляции выполняются раздельно для отсеков горючего и окислителя. При этом должна быть обеспечена определенная кратность обмена воздуха в отсеках в зависимости от применяемых компонентов топлива (10-15 кратность за 1 ч в приточной, 12-20 кратность в вытяжной и 12-15 кратность в аварийной системах вентиляции).

5) В отсеках и помещениях с взрывоопасными компонентами применяемое электрооборудование должно быть в взрывобезопасном и искрозащищенном исполнении.

Для обеспечения безопасности испытаний ДУ на стенде используется ряд технологических и схемных решений, среди которых можно отметить:

1) Резервирование и дублирование систем управления, систем питания и их элементов. Это необходимо для того, чтобы при возникновении аварийной ситуации (взрыв, пожар), например, вследствие разрушения испытуемого изделия, управление элементами стенда и изделия сохранялось.

Газообразный азот для питания ЭПК управления подается от автономного источника. Его должно быть достаточно для работы системы в случае утечки газа.

Насосные системы для подачи воды и других средств пожаротушения располагаются в наименее уязвимых местах сооружения.

В пневмогидравлических схемах (ПГСх) стенда также используются принципы резервирования и дублирования, которые заключаются, например, в применении двух отсечных клапанов в стендовых расходных магистралях горючего и окислителя (отсечной клапан на выходе из бака и отсечной клапан на входе в испытуемое изделие). Элементы ПГСх при потере управления самопроизвольно занимают положение, исключающее развитие аварийной ситуации. Например, дренажные клапаны открываются, отсечные клапаны под баками, на входе в изделие и в линии наддува закрываются, клапан аварийного слива горючего (окислителя) открывается.

2) Исключение контакта взрывоопасных газов и компонентов топлива (например, водорода) с воздухом в коммуникациях стенда путем введения специальной технологии подготовки заправочных, расходных систем и систем наддува (многократное заполнение систем инертным газом и удаление газов с последующим отбором газа на анализ).

3) Контроль опасных накоплений взрыво- и пожароопасных газов в помещениях стенда автоматическими сигнализаторами, которые должны обладать малой инерционностью и достаточной чувствительностью в широком диапазоне изменения концентраций (например, для водорода в диапазоне 0…4 % объема).