Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 8 )

Устройство испытательного стенда и их систем во многом определяется применяемыми КРТ.

Так, при применении опасных КРТ с учетом их токсичности определяется состав систем хранения, заправки и нейтрализации (улавливания) выбросов, чтобы обеспечить безопасные условия труда и исключить вредное влияние их на окружающую среду.

Хранение КРТ производится в специальных хранилищах с учетом класса опасности. Для наддува и продувок систем с КРТ и для обеспечения пожаротушения в отсеках ИК используется очень часто газообразный азот (инертный газ). Поэтому в помещениях и отсеках ИК, где возможны скопления наиболее опасных КРТ (горючие гидразинового ряда, окислители типа АК и АТ, взрывоопасные водород и метан), должны быть установлены автоматические газоанализаторы контроля опасных концентраций указанных веществ и газов с учетом их ПДК.

В помещениях и отсеках ИК, где проводятся работы с инертными газами (азотом) и кислородом, возможно опасное для работников их поступление или скопление при работающей приточно-вытяжной вентиляции. Поэтому в указанных помещениях следует предусматривать установку газоанализаторов на содержание кислорода с автоматическим включением звуковой и световой сигнализации при опасных концентрациях их в воздухе помещений: при снижении объемной доли кислорода ниже 19 % или повышении – более 23 %. Сигнализирующие устройства должны быть сблокированы с включением вентиляции.

Система сигнализации опасных накоплений водорода должна выдавать сигналы появления водорода в помещениях или других местах, начиная с минимального значения 0,4 % по объему в воздухе. При пороговом значении концентрации Н2 в воздухе должна включаться:

- световая и звуковая сигнализация при 0,4 % по объему;

- система аварийной вентиляции при 1,0 % по объему;

- система пожаро- и взрывопредупреждения (СПВП) при 2,0 % по объему.

Характеристики применяемых КРТ

Кислород - высокоэффективный криогенный окислитель. Нетоксичен, взрывобезопасен, но пожароопасен. Опасности для окружающей среды не представляет.

Керосин (РГ-1) – углеводородное горючее, слабо токсичная жидкость. Предельно допустимая концентрация в атмосфере - 300 мг/м3. Хранение и транспортировка достаточно освоены, меры безопасности при обращении с РГ-1 отработаны.

Водород - нетоксичная криогенная жидкость. Взрыво - и пожароопасен в широком диапазоне концентраций от 4 до 96 % по объему в среде воздуха и кислорода. Хранение и транспортировка жидкого водорода требует обеспечения особых мер безопасности. Однако водород, даже при авариях, вредного влияния на окружающую среду не оказывает.

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) - высокотоксичное вещество, допустимая концентрация которого 0,001 мг/м3. Технология работ с данным компонентом отработана, но возможность контактов с окружающей средой полностью не исключена.

Азотный тетроксид (АТ) - токсичная жидкость. Предельно допустимая концентрация - 5 мг/м3. Меры безопасности при производстве и транспортировке АТ достаточно отработаны. Однако аварии при хранении и транспортировке приводят к тяжелым последствиям вследствие его высокой токсичности и активности.

Основные физико-технические и эксплуатационные характеристики КРТ приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Физико-технические и эксплуатационные характеристики некоторых КРТ

Компонент топлива	Ткип, К	Тпл, К	ПДК, мг/л	ρ, кг/м3	, м2/с	Взрыво- опасность	Пожаро-опасность
Фтор жидкий (F2)	85	55,2	5·10-3	1510		Очень опасен	Опасен
Кислород жидкий (O2)	90,2	54,5	-	1140		Безопасен	Опасен
Азотный тетроксид N2O4	294	262	1,8·10-3	1450	2,87·10-5	Безопасен	Безопасен
Азотная кислота (HNO3)	359	232	5·10-3	1509	5,3·10-5	Безопасен	Безопасен
Перекись водорода (H2O2)	423	272,6	-	1440	8,6·10-5	Относительно безопасен	Относительно безопасен
Метан жидкий (СН4)	112	91	-	451		Опасен	Опасен
Водород жидкий (H2)	20,4	14	-	70,7	1,8·10-7	Опасен	Опасен
Керосин (С7,2Н13,3)	425	213	0,3	835	1,5·10-6	Опасен	Опасен
НДМГ (CH3)2N2H2	336	215	0,5·10-3	785	5,9·10-5	Опасен	Опасен
Гидразин (N2H4)	386	275	1·10-3	1010	9,6·10-5	Опасен	Опасен
ММГ (CH3N2H2)	360	220	0,3·10-3	880	9,5·10-5	Опасен	Опасен
Пентаборан (В5Н9)	331	226,6	0,1·10-4	630		Очень опасен	Очень опасен

Примечание: - плотность; коэффициент кинематической вязкости КРТ приводятся при температуре 293 К (для криогенных компонентов - при Ткип).

 

Таким образом, исходя из представленных характеристик компонентов топлива, видим, что особую опасность для окружающей среды, обслуживающего персонала и населения представляют горючие гидразинового ряда (НДМГ, ММГ и их смеси) и АТ.

 

2.3. Основы устройства испытательного стенда и основных систем обеспечения испытаний

 

Принципиальная схема вертикального стенда для испытаний двигателя и ДУ представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема стенда для испытаний ДУ

 

К основным системам обеспечения испытаний можно отнести следующие:

- системы хранения и транспортировки компонентов топлива;

- системы наддува и газоснабжения;

- системы отвода, улавливания и нейтрализации компонентов топлива и продуктов сгорания, охлаждения элементов стенда;

- системы обеспечения безопасных условий испытаний;

- информационно-управляющие системы;

- системы электроснабжения и вспомогательных механизмов.

 

2.3.1. Системы хранения и транспортировки компонентов топлива

 

Системы топливоподачи включают: систему хранения, заправочные системы (для баков ДУ и для стендовых баков питания двигателя), расходные системы.

Системы топливоподачи можно классифицировать на следующие виды:

- насосные (в основном в системах заправки, а также для испытания агрегатов – камер, газогенераторов);

- вытеснительные;

- газобаллонные (в случае применения компонента в виде газа).

Системы топливоподачи предназначены для хранения и подачи различных компонентов топлива (криогенных, высококипящих, низкокипящих, металлизированных и других) к объекту испытания. В качестве теплоизоляции систем с криогенными компонентами топлива могут применяться различные виды теплоизоляции: вакуумная, пористая и экранно-вакуумная.

На рис. 2.2 показана стендовая система подачи криогенного компонента (жидкого водорода) для испытания ЖРД, а также подсистемы, обеспечивающие переохлаждение криогенного топлива: эжектированием газовой подушки, барботированием неконденсирующимся газом через слой жидкости, с использованием теплообменных устройств с вторичным теплоносителем (жидким азотом или паром) и циркуляцией компонента. Показана также пусковая подсистема подачи с разделительной емкостью жидкого водорода для обеспечения гидродинамического подобия систем подачи стенда и ракеты на переходных режимах работы (запуске). При длительных испытаниях питание двигателя осуществляется из стендового топливного бака водорода с подпиткой из баков хранилища.

В стендовых системах подачи компонентов топлива большее распространение получила вытеснительная система подачи, а насосная обычно используется для подачи воды на охлаждение элементов стенда (камеры, выхлопной струи двигателя, газоотражательных устройств стенда и др.). Но поскольку существует тенденция повышения давления в камере современных двигателей до рк = 25-30 МПа, применение насосной подачи в стендовых системах более предпочтительно.

 

Рис. 2.2. Схема системы подачи криогенного компонента к ЖРД