Создание системы термостатирования на техническом комплексе

Содержание

Введение

Назначение системы

Состав и структура системы

Общие сведения об устройстве и принципе действия системы

Общие сведения о размещении системы

Описание технологической схемы системы

Работа системы

Расчет фильтра

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

В настоящее время ведутся работы по созданию перспективных комплексов для РН легкого и среднего класса.

Актуальной остается проблема создания системы термостатирования, обеспечивающей надежную, безотказную работу с минимальными экономическими и энергетическими затратами. При этом должна обеспечиваться экологическая безопасность и безопасность работы персонала при эксплуатации.

На курсовую работу мне было предложено разработать воздушную систему обеспечения термостатирования на техническом комплексе, произвести расчет фильтра.

Назначение системы

Система предназначена для термостатирования отсеков ракеты-носителя (РН), блока полезной нагрузки (БПГ) и разгонного блока (РБ) путем непрерывной подачи в них воздуха с заданными параметрами в течение всего периода подготовки РКН к пуску в точке старта РКН.

Система также обеспечивает термостатирование отсеков РКН после слива компонентов топлива при отмене пуска РКН.

Система оснащена контрольно-измерительными приборами (термометрами, манометрами, расходомерами, уровнемерами и т.п.), которые позволяют контролировать технологический процесс и вести управление системой в период штатной работы, а также в период наладки, испытаний и при техническом обслуживании.

Отборные устройства или первичные датчики этих приборов расположены на технологических трубопроводах или встроены в технологическое оборудование. Вторичные показывающие или регистрирующие приборы расположены на центральном пульте управления или установлены у технологического оборудования.

Некоторые средства измерения нужны лишь при наладке и для периодической проверки технологических параметров в различных точках системы или используются как переносные приборы, которые могут подключаться по месту к различным отборным устройствам. К таким приборам, в частности, относится указатель точки росы Г-2.

Состав и структура системы

По технологическим признакам и назначению составных частей система делится на следующие структурные части:

станция подготовки воздуха;

два узла распределения воздуха;

соединительные трубопроводы;

система управления.

Станция подготовки воздуха состоит из двух трехступенчатых центробежных компрессоров, двух узлов подготовки воздуха и вспомогательного оборудования.

Компрессоры с соответствующим вспомогательным оборудованием образуют отделение компрессии, которое обеспечивает систему сжатым воздухом.

Узел подготовки воздуха представляет собой комплект технологического оборудования, в котором происходит осушка воздуха и охлаждение воздуха до минимальной необходимой температуры.

Каждый узел подготовки воздуха имеет свою холодопроизводящую машину - турбодетандерный агрегат.

Узлы распределения воздуха обеспечивают связь системы термостатируемыми изделиями и распределение воздуха по потокам к изделию. Кроме того, в узлах распределения происходит окончательная очистка воздуха от механических частиц и, при необходимости, подогрев отдельных потоков воздуха до заданной температуры. В узел распределения воздуха входят электронагреватели, фильтры, арматура и стыковочные элементы.

Фильтры расположены вертикально и имеют горизонтальный фланцевый разъем, что позволяет с помощью имеющейся в помещении кран-балки легко разобрать фильтр при необходимости очистки фильтрующей вставки.

Количество воздуха, подаваемое к каждому из электронагревателей узла распределения, регулируется арматурой, установленной на трубопроводах. Регулирующая арматура имеет электроприводы, запорная оснащена пневмоприводами.

Соединительные трубопроводы с относящейся к ним арматурой обеспечивают связь отдельных частей системы и возможность их переключения.

Система управления обеспечивает контроль, регулирование параметров и управление системой термостатирования во всех режимах ее работы.

Участки технологических трубопроводов после фильтров соединяются между собой на фланцах для возможности очистки внутренних поверхностей трубопроводов в период эксплуатации.

В местах подсоединения трубопроводов к горловинам изделия применены специальные резинотканевые рукава.

термостатирование воздух ракета дросселирование

Общие сведения об устройстве и принципе действия системы

В соответствии со своим назначением система термостатирования выдает потребителю воздух заданной чистоты влажности и температуры.

Максимальная необходимая производительность системы соответствует производительности одного компрессора. На эту же производительность рассчитан и каждый узел подготовки воздуха.

В нормальном режиме эксплуатации в работе всегда находится один компрессор и один узел подготовки воздуха, второй компрессор и узел и узел подготовки воздуха находятся в резерве.

Охлаждение воздуха в узле подготовки воздуха производится в процессе его расширения в воздушной расширительной машине - турбодетандере. Поворотные лопатки направляющего аппарата турбодетандера позволяют регулировать его холодопроизводительность в широких пределах.

Удаление влаги из воздуха в узле подготовки производится конденсационным способом. Сжатый воздух охлаждается до температуры около плюс 5°С и сконденсировавшаяся влага удаляется во влагоотделителях.

Теплообмен между потоками воздуха в узле подготовки осуществляется в теплообменниках рекуперативного типа.

В каждом узле распределения воздух разделяется на потоки, подогревается до заданной температуры в электронагревателях и очищается от пыли в фильтрах с металлической сеткой.

К работе может подключаться любой из узлов распределения воздуха или оба одновременно.

Общие сведения о размещении системы

Оборудование системы размещается в отдельных сооружениях в соответствии со своими функциональным назначением. Трассовый трубопровод, соединяющий станцию подготовки воздуха располагается с узлами распределения, располагается в каналах, связывающих эти сооружения.

Элементы системы управления, располагающиеся рядом с технологическим оборудованием или закрепленные в нее, находятся в соответствующих сооружениях.

Описание технологической схемы системы

Технологическая схема системы представлена на рисунке 1 в приложении.Атмосферный воздух поступает через фильтр 1 в компрессоре 2, а затем направляется в подключенный к данному компрессору узел подготовки воздуха 4.

При этом воздух проходит через концевой холодильник 7, где охлаждается водой, и влагоотделитель 3, где отделяется сконденсировавшаяся при охлаждении воздуха влага.

Каждый влагоотделитель снабжен специальным мерным сосудом 6, соединенным с влагоотделителем по принципу сообщающихся сосудов. В мерном сосуде располагается датчик уровня воды.

При достижении максимального уровня, вода из влагоотделителя сбрасывается через соответствующим пневмоклапан Вд1 или Вд2. Продувочные вентили ПIи П2 используются при техническом обслуживании для полного слива воды из влагоотделителей.

В узле подготовки сжатый воздух проходит через теплообменник 21 и влагоотделитель 22, а затем через теплообменник 23 и влагоотделитель 24. В результате воздух охлаждается и из него удаляется основная масса влаги, что обеспечивает точку росы воздуха при атмосферном давлении не выше минус 10°С.

Каждый влагоотделитель снабжен мерным сосудом, соответственно 28 и 29, в котором располагается датчки уровня воды. При достижении максимального уровня, вода из влагоотделеителей сбрасывается через соответствующий пневомклапан Вд21 или Вд22. Продувочные вентили П21 и П22 используют при техническом обслуживании для полного слива воды из влагоотделителей.

После влагоотделителя 24 воздух поступает в теплообменник 21, где он охлаждает прямой поток, и направляется в фильтр 25.

После фильтра 25 производится предварительное снижение давления на частично открытом клапане Р21 и воздух поступает в турбодетандер 71.

В турбодетандере воздух расширяется и охлаждается. При этом степень охлаждения воздуха зависит от срабатываемого на турбодетандере перепада давлений.

На входе в турбодетандер расположена заслонка КП-90, которая выполняет функции защитного отсечного устройства. При любых неполадках в детандере прежде всего закрывается КП-90 и прекращается подача воздуха в детандер.

Далее расширенный воздух проходит последовательно через теплообменник 27 и 23, затем опять через теплообменник 27 в качестве обратного потока и через вентиль В21 выводится из узла подготовки воздуха.

В связи с тем, что количество отбираемого из узла подготовки воздуха изменяется в широких пределах, предусмотрена регулирующая заслонка Р22, сбрасывающая излишки воздуха на всас компрессора. Она позволяет поддерживать постоянное давление на выходе из узла подготовки воздуха (при уменьшении количества воздуха, подаваемого потребителю, заслонка Р22 приоткрывается; при увеличении количества воздуха, подаваемого потребителю, заслонка Р22 прикрывается).

Регулирующая арматура Р23, Р25 установлена на байпасных линиях и используется при регулировании технологического режима работы узла подготовки воздуха.

Регулирующий клапан Р24 позволяет сбрасывать во всасывающий трубопровод компрессора часть воздуха, минуя теплообменник 27. За счет этого можно обеспечить более низкую температуру продукционного воздуха.

Диафрагма 48 используется для подбора гидравлического сопротивления при наладке системы.

Из узла подготовки воздух по трассовому трубопроводу направляется в узлы распределения воздуха 5.

Каждый узел распределения работает следующим образом. Поступающий воздух делится на две части.

Другая часть воздуха, пройдя электронагреватель 102 и фильтр 104, делится на два потока: №2 и №3. Заслонки Р101, Р102 и Р103 служат для регулирования расхода воздуха и распределения его по потокам.

На концах трубопроводов установлена запорная арматура В102...В105 с местным ручным приводом, которая, в случае необходимости, используется для отключения потоков.

На технологической схеме показаны также основные элементы турбодетандерного агрегата:

редуктор 72,

электронагреватель детандера 73,

электродвигатель механизма поворота лопаток 74,

пусковой маслонасос 75 с электродвигателем 76,

фильтр масляный 77,

маслоохладитель 78,

маслобак 79,

маслонасос 80.

Описание схемы и взаимодействия элементов турбодетандерного агрегата дано в техническом описании агрегата.

Отдельно на рис.2 показана схема блока для замера запыленности воздуха. Отбор воздуха для замера запыленности производится через пробоотборники 135 и 136. Замер запыленности воздуха производится путем фильтрации пробы воздуха на контрольном фильтре 12 с последующим определением размеров отфильтрованных частиц на микроскопе. Ротаметр II показывает количество воздуха.

Работа системы

В соответствии со своим назначением, система должна подавать в изделие воздух с заданными влажностью и температурой. При этом размер механических примесей в воздухе не должен превышать 20мк. Влажность воздуха, подаваемого в изделие - точка росы не выше минус 10°С при атмосферном давлении - обеспечивается работой узла подготовки воздуха. Температура воздуха, подаваемого в изделие, может быть любой, заданной в диапазоне 10-70°С, и обеспечивается включением электронагревателей узла распределения воздуха. Очистка от механических примесей обеспечивается работой фильтров, установленных на потоках узла распределения воздуха.

Воздух в изделие подается через съемные резинотканевые рукава, которыми трубопроводы на выходе из узла распределения соединены с горловинами соответствующих отсеков изделия. при работе системы воздух подается тремя потоками. Температура и количество воздуха в каждом потоке определяются режимом термостатирования соответствующего отсека.

В случае несостоявшейся работы, система должна обеспечивать подачу термостатирующего воздуха только по линиям потока №1.

Основным условием нормальной эксплуатации системы является обеспечение заданных параметров выдаваемого воздуха, при этом не должно быть замерзания теплообменников и забивки турбодетандера кристаллами льда. Выполнение этих условий обеспечивается поддерживанием соответствующего рабочего давления и температуры охлаждения воздуха. С этой целью перед подачей в турбодетандер воздух дросселируется до промежуточного давления, равного 0,50-0,55 МПа (5,0-5,5 кгс/м2), достаточного для получения за турбодетандером температуры не ниже 258К (-15°С). более низкая температура может привести к выпадению влаги в виде льда, что может повлечь за собой обмерзание и преждевременный износ деталей турбодетандера.

Для обеспечения стабильной работы системы предусмотрены следующие контуры автоматического регулирования:

а)стабилизация температура воздуха на выходе из теплообменника поз.23 в точке Т28. Температура воздуха в этой точке поддерживается в пределах 276-278К (3-5°С) и устанавливается взаимодействием на клапан Р24 байпасирования теплообменника поз.27. При понижении температуры клапан прикрывается, при повышении - приоткрывается.

б)стабилизация давления на выходе из узла подготовки независимо от количества отбираемого воздуха на изделие. Давление воздуха фиксируется в точке М33 и устанавливается регулированием сброса части воздуха на всас компрессора с помощью заслонки Р22. Давление воздуха в точке М33 должно быть равным 0,16МПа (1,6кгс/см2). При повышении давления заслонка Р22 приоткрывается, при понижении - прикрывается.

Пуск системы начинается с пуска узла подготовки воздуха, который проводится в циркуляционном режиме, т.е. воздух после узла подготовки поступает не на узел распределения, а на всас компрессора. После достижения в точке Т28 температуры воздуха 276-278К (3-5°С) начинается подача воздуха на узел распределения воздуха. После получения в узле распределения воздуха температуры 283К (10°С) пуск системы считается законченным.

В процессе работы системы возможны следующие режимы перехода:

переход на другой узел подготовки воздуха без остановки компрессора;

переход на другой компрессор без остановки узла подготовки воздуха.

Расчет фильтра

Общие положения и исходные данные

Фильтр (рис.3) установлен на выходе из узла подготовки воздуха.

Расчетное давление в фильтре принимаем равным - Р = 16 кг/см2.

Интервал температур воздуха t =+5о С¸+70 о С.

Удельный вес воздуха g = 1,205 кг/м3.

Материал фильтра - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.

Предел прочности материала - бв =1560 кг/см2.

удельный расход q =38 м3/(мин*м2);

расход Q1 =4150 кг/ч;

Расчет толщины стенки обечайки

D = 70см - внутренний диаметр;

c = 0.05 - поправка для компенсации минусового допуска;

φ = 0.95. - коэффициент прочности сварного шва

Толщина стенки обечайки:

Выбираем толщину стенки, равную 5мм.

Расчет на прочность крышки

Условно рассматриваем днище крышки как сферический купол, нагруженный равномерным давлением р = 16 кгс/см2,с шарнирным закреплением по периметру.

Напряжение в днище определяем по формуле:

Исходные данные:

R = 550 мм - радиус сферы;

δ= 5 мм - толщина стенки днища;

Полученное напряжение допустимо

Расчет укрепления отверстий в днище

Наибольший диаметр неукрепленного отверстия в днище определяется по формуле:

где:

Исходные данные/см. выше/:

Dв = 700 мм - внутренний диаметр днища;

Р = 10 кг/см2 - расчетное давление;

d = 5 мм - толщина стенки днища;

с = 1 мм - прибавка на коррозию;

hв = 62,5 мм - высота выпуклой части днища;

бдоп = 15,7 кг/см2 - допускаемое приведенное напряжение для материала днища.

диаметр отверстия в днище d=87.5 (мм);

d < dпред ;

,5 (мм)<190 (мм);

Заключение

В результате выполнения курсовой работы была разработана воздушная система обеспечения термостатирования на техническом комплексе.

Разработанная система соответствует требованиям, изложенным в техническом задании (ТЗ).

Работа системы основана на принципе дросселирования: изменения температуры за счет изменения давления, что обеспечивает работу системы в необходимых режимах, а также переход из одного режима в другой с минимальными временными и энергетическими затратами.

Конструкция системы позволяет проводить монтажные и ремонтные работы без лишних усилий и затрат.

Дублированные узлы подготовки и распределения воздуха обеспечивают надежность и безотказную работу системы при эксплуатации. Обеспечена также и экологическая безопасность, так как в системе применяются экологически чистые компоненты.

Список литературы

1.   Краткий справочник машиностроителя, М., 1966г;

2.      Бирюков Г.П., Ярымов И. В., Прокофьев Р. Н., Щербинин В. В., Шарапов В. С. Заправочное оборудование СК РН космического назначения. -М.: Издательство КБТМ ,2005г.-34с.

.        Бирюков Г.П., Миронов Г.Д, Тишин А.В., Чирков С.Г., Шарапов В.С., Щербинин В.В. Заправочное оборудование стартовых комплексов ракет-носителей космического назначения. Часть 1. Система заправки жидким кислородом ракеты космического назначения «Зенит-3SL» плавучего стартового комплекса «Морской старт».М.:Изд-во КБТМ, 2003-36 с.:ил.

Приложение

Перечень принятых сокращений

РН    - ракета-носитель;

РКН  - ракета космического назначения;

РБ     - разгонный блок;

БПГ  - блок полезного груза;

ХО-1 - хвостовой отсек 1 ступени;

ХО-2 - хвостовой отсек 2 ступени;

ПО    - приборный отсек;

МБО - межбаковый отсек;

ТУА  - транспортно-установочный агрегат;

ТК     - технический комплекс;

СК    - стартовый компелкс;

УПВ - узел подготовки воздуха;

УРА  - узел регенерации адсорбера;

ТЗ     -техническое задание;

АКУ - автоматизированный комплекс управления;

ТДА  - турбодетандерный агрегат

СТ - система термостатирования;

ВСОТР - воздушная система обеспечения температурного режима;

СКВ - система кондиционирования воздуха;

СВ - система вентиляции;

НХУ - нагревательно - холодильная установка;

ОТ - объект термостатирования;

КА - космический аппарат;

СУ - система управления;

ПУ - пусковая установка;

СП - стартовая позиция;

ТП - техническая позиция;

ТН - теплоноситель;

ХН - хладоноситель;

ХА - хладагент;

Км - компрессор;

Кд - конденсатор;

ВО - воздухоохладитель;

И - испаритель;

ТО - теплообменник;

ТВР - терморегулирующий вентиль;

БОВ - блок осушки воздуха;

БПВ - блок подготовки воздуха;

УРВ - узел распределения воздуха;

САЗ - система автоматической защиты;

ТД - турбодетандер;

В - вентилятор;

Е - емкость;

Ф - фильтр;

НГ - нагнетатель;

Н - насос;

ЦН - центробежный насос.