CC BY
22
(0) >> г.мд Ri, (8)
где R - текущие координаты полета 04.
Тепловое нагружение бака и всей конструкции 04, обусловленное прохождением процесса газификации и обезвреживания (разложение до нетоксичных составляющих), не должно превышать допустимых, определяемых прочностью конструкции с учетом теплового и аэродинамического нагружения на атмосферном участке полета 04 [6]
QaW^-^0"' О)
где Qa3Poj " тепловое нагружение 04, обусловленное воздействием атмосферы, Q(Tp) - тепловое нагружение04,
обусловленное процессом газификации и обезвреживания жидких остатков КРТ, а весь процесс газификации и обезвреживания должен закончиться до заданной высоты
h(t)> hH> 0 , (10) где hK - предельно допустимая высота на которой должен закончиться процесс. Сформулированную общую проблему из-за чрезвычайной сложности процессов, их нелинейного и стохастического характера, неопределенности граничных условий и ряда констант реакций решить прямыми методами не представляется возможным. Для решения поставленной проблемы предлагается провести ее декомпозицию на ряд проблем, допускающих их решение с последующим учетом взаимовлияния друг на друга.
1° Обеспечение детермированного положения остатков (3) КРТ в баке ОЧ и формирование параметров движения 04, обеспечивающих требуемую динамику остатков КРТ и 04 в плотных слоях атмосферы, т.е. обеспечение условий (4), (5), (9).
2° Обеспечение условий газификации остатков КРТ (3), их обезвреживание до нетоксичных составляющих (6), (7) и выброс в окружающее пространство на пассивном участке полета до h=hK, т.е. реализацию условий (7), (8), (10).
3° Разработка рекомендаций для выбора проектно-кон-структивных параметров бортовой системы обезвреживания, обеспечивающих условия (3)-(10) и минимизацию стоимости ее разработки и эксплуатации.
Решение каждой из декомпозированных проблем предлагается проводить на основе теоретико-экспериментальных исследований, разработки частных математических моделей и методик программ экспериментов, экспериментальных установок, численного и физического моделирования процессов, подтверждения достоверности полученных в экспериментах результатов.
В. И. КУЗНЕЦОВ, В. В. МАКАРОВ
Омский государственный технический университет
УДК 533.601
Для шелушения зерна чаще всего используются устройства с дисковыми, цилиндрическими или дековыми рабочими органами [1,2]. Недостатком этих устройств является то, что они не предотвращают механических повреждений зерна. Существуют также шелушители, рабочим органом которых являются воздуховоды, изнутри покрытые наждачной массой [3]. В таких шелушителях часть зерна разрушается при трении о наждачную массу и идет в отхо-
При решении проблемы 1° необходимо проведение физического моделирования на базе стендов невесомости процессов гидродинамики остатков КРТ на участке разделения ступеней, определение параметров программного движения 04, обеспечивающих заданное положение остатков КРТ и ориентацию 04 при входе в плотные слои атмосферы.
При решении проблемы 2° необходима разработка тео-ретико-экспериментапьных методик взаимодействия остатков КРТ горючего в условиях невесомости и при несте-хиометрическом их соотношении, разработке усредненных и распределенных методик по оценке параметров взаимодействия струй окислителя на сформированный слой горючего (решение проблемы 1°), определение необходимых констант химических реакций, оценке токсичности продуктов сгорания !;..
При решении проблемы 3° необходима разработка методики распределенного теплового нагружения бака 04 и, соответственно, всей конструкции 04 при реализации процесса газификации остатков КРТ с учетом конкретных условий подачи окислителя (параметры форсунок, секундный расход, направления подачи, диаметры клапанов дренажа и т.д.).
Достоверность разработанных математических моделей должна быть экспериментально и теоретически подтверждена на основе сравнения с модельными теоретическими результатами и физического моделирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Колесников К,С, и др. Динамика разделения ступе-нейЛД-М.: 1997.
2. Лебедев A.A., Горасюта М.Р. Баллистика ракет. -М.: 1975.-244 с.
3. Гидромеханика невесомости. -М.: 1976.
4. Повецкий A.C., Любин Л.Л. Основы динамики и тепломассообмена жидкости и газа при невесомости. — М.: 1972. -250 с.
5. Химия и технология обезвреживания несимметричного диметилгидразина./ Под ред. В.Ф. Плехоткина. - Л.: ГИПХ, 1980.-187 с.
6. Зарубин B.C. Температурные поля в конструкции летательных аппаратов. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1978. -184 с.
ТРУШЛЯКОВ Валерий Иванович - доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе
ШАЛАЙ Виктор Владимирович-кандидат техн. наук, доцент кафедры "Автоматические установки"
ды. Известна конструкция шелушителя зерновых материалов, в которой зерно подвергают воздействию воздушного потока со сверхзвуковой скоростью, а затем воздействию ударной волны [4]. Недостатком этого способа шелушения является также большой процент разрушенного зерна из-за механических повреждений.
Предлагается устройство (рис.1), созданное на основе вихревой трубы, работающей в режиме вихревого эжектора.
ВИХРЕВОЙ ШЕЛУШИТЕЛЬ
СТАТЬЯ ПОСВЯЩЕНА ВИХРЕВОМУ ШЕЛУШИТЕЛЮ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КОТОРОГО ОСНОВАН НА ТОМ, ЧТО ЗЕРНО ПОДВЕРГАЮТ ВОЗДЕЙСТВИЮ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ. УСТРОЙСТВО ОТЛИЧАЮТ ПРОСТОТА И НАДЕЖНОСТЬ, НИЗКАЯ СТОИМОСТЬ И РАСХОДЫ НА ЕГО ОБСЛУЖИВАНИЕ, БОЛЬШОЙ РЕСУРС, БЕЗОПАСНОСТЬ БЛАГОДАРЯ ОТСУТСТВИЮ ДВИЖУЩИХСЯ ЧАСТЕЙ, НЕ ТРЕБУЕТ ВЫСОКОКВАЛИФИЦИРОВАННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ.
Р 2
\
Рис. 1. Схема устройства для шелушения зерновых материалов.
Устройство содержит питатель для подачи зерна 1 и вихревую трубу 2, состоящую из тангенциального сопла 3, трубы 4 и диафрагмы 5, через которую зерно поступает в вихревую трубу. К выходу вихревой трубы присоединена приемная камера 6 с эжектирующими окнами 7 для подачи сепарирующего потока воздуха. Приемная камера имеет бункер 8 для сбора отшелушенного ядра зерна и шлюзовой затвор 9 для его вывода, а также бункер 10 для сбора снятых пленок и шлюзовой затвор 11 для их выхода. Для выхода воздуха служит патрубок 12. Для регулирования четкости воздушного разделения ядра и пленки в приемной камере имеется поворотный клапан 13. Компрессор, подающий воздух в вихревую трубу, в эжектирующие окна, и подводящие трубопроводы на схеме условно не показаны.
При подаче воздуха от компрессора в тангенциальное сопло 3 вихревой трубы 2 движение воздушного потока вдоль трубы 4 происходит по спирали, из-за чего вблизи оси трубы образуется область низкого давления. В результате этого зерно засасывается из подающего бункера 1 и попадает в область разряжения. Из-за внезапного неравенства давлений - под оболочкой зерна, равного атмосферному, и снаружи зерна, равному давлению в вихревой трубе, происходит разрыв оболочки, и таким образом осуществляется процесс шелушения. Окончательное разделение ядра и пленки завершается в приемной камере 6 потоком воздуха поступающего через эжектирующие окна 7 (в которые воздух, также поступает от компрессора) и пересекающего струю продуктов шелушения в полете. Ядро летит в бункер 8 и выводится через шлюзовой затвор 9, а пленки увлекаются потоком воздуха и поступают в бункер 10, из которого выводятся через шлюзовой затвор 11. Четкость воздушного разделения ядра и пленки осуществляется поворотом клапана 13.
Интенсивность процесса шелушения регулируется расходом воздуха и давлением на входе в вихревую трубу.
Когда зерно находится в состоянии покоя, давление воздуха, находящегося между зерном и оболочкой, равно давлению воздуха на поверхности оболочки, т.е. равно атмосферному давлению (рис. 2):
р1=р2=ратм (1)
Попадание зерна в область пониженного давления на оси трубы приводит к появлению силы, стремящейся разорвать оболочку. Величина этой силы определяется выражением: _
Р = (Р1-Р2)8, (2)
где Р] = Ратм; Р2 < Ратм; Э - площадь поверхности оболочки.
Р1
Рис. 2. Схема зерна в оболочке:
1 - зерно; 2 - оболочка; р,- давление воздуха между зерном и оболочкой; р2-давление воздуха на поверхность оболочки
Если запас прочности оболочки больше или равен силе, стремящейся разорвать оболочку под действием разности давлений, то оболочка не будет повреждена и зерно в оболочке появится на выходе из шелушителя.
Если запас прочности оболочки окажется меньше силы, стремящейся разорвать оболочку (р > роб ), то произойдет разрыв оболочки (рис. 3).
у Л
Рис. 3. Схема разрушения оболочки: 1 - зерно; 2 - оболочка
После разрушения оболочки и движения зерна совместно с оболочкой в воздушном потоке на них будут действовать аэродинамические силы: на зерно действует сила
^ =Х11 + У1] + 21к, (3)
на оболочку действует сила
Ц =Х21 + У2] + г2к, (4)
где /,у, /(-единичные орты, X,, Х2- проекции сил на ось х (силы лобового сопротивления); У,, У2 - проекции сил на ось у (подъемные силы); проекции сил на ось 1 (боковые силы).
Сила лобового сопротивления, подъемные и боковые силы определяются по формулам:
Х=схя005п, У=суЦо<Зп, г^ЯооБп, (5)
где сх, су, сг- соответственно коэффициенты силы лобового сопротивления, подъемной и боковой сил;
2
оо 1 оо
РооУ,
- скоростной напор, Э - проекция поверхнос-
ти на нормаль; р„
■ соответственно плотность и ско-
рость невоэмущенного потока.
Плотность, масса и поверхность зерна и оболочки различны, поэтому и аэродинамические силы, действующие на них, будут отличаться друг от друга. Под действием аэродинамических сил произойдет отрыв оболочки от зерна и их движение в воздушном потоке будет идти с различными скоростями V,, У2 (рис. 4)
Таким образом, произойдет отделение оболочки от зерна.
Для шелушения зерна различных культур требуются различные режимы работы устройства.
Интенсификация разделения ядра и пленки в приемной камере достигается увеличением подачи воздуха через
Я
Рис. 4. Схема движения зерна и оболочки в воздушном потоке: 1 - зерно; 2 - оболочка.
эжектирующие окна в верхней ее части.
Отличительные особенности устройства: повышенный кпд, исключается механическое повреждение зерна, простота и надежность устройства, низкая стоимость и расходы на его обслуживание, большой ресурс, безопасность благодаря отсутствию движущихся частей, не требует высококвалифицированного обслуживания.
Таким образом, использование описанного устройства позволяет повысить эффективность шелушения зерновых материалов, исключая механическое повреждение зерна.
Данный вихревой шелушитель может использоваться в крупяной промышленности при обработке различных зерновых материалов, а также в фермерских хозяйствах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Демский А.Б. Справочник по оборудованию зернопе-рерабатывающих предприятий. - М.: Колос, 1970.
2. Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна/Под ред. А.Я. Соколова. -М.: Колос, 1984.
3. Авторское свидетельство СССР N8 682263, кл. В02 В 3/00,1979.
4. Авторское свидетельство СССР № 142861, кл. В02 В 03/12,1961.
КУЗНЕЦОВ Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор, академик АТ РФ, академик МАХ, заведующий кафедрой "Двигатели ЛА".
МАКАРОВ Владимир Вячеславович, кандидат технических наук, академический советник МАХ, доцент кафедры "Двигатели ЛА".
А. П. БОЛШТЯНСКИИ
ОмГТУ
УДК 621.82+621.512
ОСОБЕННОСТИ ЗАМЕНЫ СУХОГО ТРЕНИЯ В ПОРШНЕВОЙ ПАРЕ КОМПРЕССОРА ГАЗОВОЙ СМАЗКОЙ_
ПОКАЗАНА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОВОЙ СМАЗКИ В ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРАХ, К КОТОРЫМ ПРЕДЪЯВЛЯЮТСЯ ЖЕСТКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПО ЧИСТОТЕ СЖИМАЕМЫХ ГАЗОВ
В настоящее время в подавляющем большинстве отраслей существенно повысились требования к чистоте сжатых газов. Это обусловлено как требованиями технологических процессов, так и экологическими соображениями [1,2 и др]. Последнее обстоятельство особенно важно при применении в качестве рабочего вещества атмосферного воздуха, так как масштабы его использования таковы, что в течение календарного года отработанный только в стационарных установках сжатый воздух покрывает территорию России более чем метровым слоем.
В современных компрессорных установках средней и малой производительности чистый сжатый воздух с избыточным давлением 0.4 - 0,6 МПа и более получают в основном в компрессорах объемного действия, среди которых устойчивое положение продолжают занимать поршневые машины. При этом используют два типа компрессоров - со смазкой цилиндропоршневой группы жидкими маслами и без применения жидких смазок. В первом случае компрессор более надежен, имеет высокий ресурс работы, но требует установки на нагнетательном тракте сложных и дорогих систем очистки сжатого воздуха. Во ] втором случае компрессор как силовой агрегат менее на-
дежен, имеет меньший ресурс безостановочной работы, более высокую стоимость сжатого воздуха. Однако не-смазываемые компрессоры получают все большее и большее распространение как в открытых, так и в замкнутых системах [3] в связи с тем, что их надежность с точки зрения безусловного отсутствия жидкой смазки в сжатом воздухе гораздо выше, чем у смазываемых, имеющих систему очистки.
Одним из слабых звеньев поршневого компрессора без смазки является сухое трение в поршневом уплотнении. Этот процесс был бы неосуществим в течение достаточного длительного времени наработки (в современных компрессорах до 10 тыс. часов и более) без применения для изготовления уплотнительных колец самосмазывающихся композиций на основе различных полимеров с антифрикционными и другими наполнителями, придающими этим материалам высокие эксплуатационные свойства.
Тем не менее сравнительно низкая экономичность компрессоров с кольцами из самосмазывающихся материалов, связанная с дополнительными затратами энергии на трение в кольцевом уплотнении, высокая вероятность отказа из-за внезапной поломки колец инициируют посто-
