Диссертация

Создатель: Коломин, Антон Евгеньевич

Название: Теоретическое обоснование сотворения газогенераторов на жестком горючем с пылеобразными емкостными охладителями

Справка об оригинале: Коломин, Антон Евгеньевич. Теоретическое обоснование сотворения газогенераторов на жестком горючем с пылеобразными емкостными охладителями : диссертация … кандидата технических наук : 05.07.05 Пермь, 2006 130 c. : 61 06-5/3193

Физическое описание: 130 стр.

Выходные данные: Пермь, 2006

Подождите идет оформление заказа

В корзину

Цена Доставки
500 руб.

Оформить заказ

Содержание:

ВВЕДЕЬШЕ
ГЛАВА 1 Анализ трудности сотворения газогенераторов на твердомтопливе с данными чертами
11 Методы получения данных черт твердотопливныхгазогенераторов
12 Математическое моделирование процесса теплообменапри фильтрации жаркого газа в пористых материалах
13 Экспериментальные исследования процесса теплообменапри фильтрации жаркого газа в пористых материалах
14 Анализ примеров практического применениянизкотемпературных газогенераторов с пылеобразным емкостнымохладителем 40Выводы Постановка задач диссертационной работы
ГЛАВА 2 Теоретические исследования процесса фильтрациигорячего газа через пылеобразный емкостный охладитель
21 Обезразмеренная модель фильтрации жаркого газа черезпорошковый материал
22 Определение главных характеристик, влияющих на процесстеплообмена в пористой среде
23 Коэффициент аккумуляции тепла порошкообразнымохладителем
24 Результаты численных исследовательских работ процесса фильтрациигорячего газа в порошковом материале
241 Фильтрация сухого газа
242 Фильтрация мокроватого газа
25 Расчет главных характеристик, влияющих на процесстеплообмена в пористой среде 62Выводы
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования твердотопливногогазогенератора с пылеобразным емкостным охладителем
31 Экспериментальная установка и способы исследования
32 Свойства жаркого газа на входе в охладитель
33 Пылеобразный охладитель и теплоаккумулируюш;иематериалы
34 Определение черт эффективности охладителя
35 Рабочий процесс в пылеобразном охладителе
351 Волна термообмена
352 Волна конденсации
353 Расчет главных характеристик термообмена в пористой среде
354 Утрата стойкости волны термообмена и ее устранениепри фильтрации мокроватого газа
355 Исключение частиц конденсированной фазы в газе на выходеиз охладителя
356 Стабильность и глубина остывания
357 Длительность остывания и чистота охлажденного газа
36 Экспериментальное определение плотности порошковогоматериала в корпусе охладителя
361 Объекты и методика испытаний
362 Плотность снаряжения охладителя
363 Плотность снаряжения охладителя с сетками 96Выводы
ГЛАВА 4 Способы проектирования и практическое применениенизкотемпературного газогенератора на жестком горючем
41 Советы расчета и проектирования ПТГГ с порошкообразнымиемкостными охладителями
411 Советы черт порошкового материалаохладителя
412 Советы характеристик конструкции ПТГГ
413 Советы черт товаров сгораниягазогенераторных топлив
42 Описание конструкции газогенератора с порошкообразнымемкостным охладителем
43 Применение газогенераторов с пылеобразным емкостнымохладителем в аварийно-спасательных системах
431 Низкотемпературный газогенератор для обеспечения работыпневмодомкрата
432 Низкотемпературный газогенератор для наддува спасательногоплота
433 Газогенератор с регулируемой температурой
434 Низкотемпературный газогенератор регулируемого давления 114Выводы

Введение:
В ближайшее время возрастает число катастроф. Они бываюттехногенные (катастрофы, связанные со старением техники, что особенноактуально не местности Рф, человечьим фактором, к примеру пожары,аварийные ситуации на предприятиях, в особенности на небезопасных производствах),природные катаклизмы (наводнения, землетрясения, ураганы, оползни) итерроризм. Катастрофы манят за собой утраты жизни и здоровья людей, атак же огромные вещественные издержки. Одним из путей предотвращения и(либо) сведение к минимуму последствий выше обозначенных бедствий являетсясоздание аварийно-спасательных систем.Значение надежных аварийно-спасательных систем для любоговоенного либо штатского объекта очень велико. Говоря другими словами,хоть какое создание, хоть какой вид транспорта, хоть какой промышленный объектдолжны оснащаться системами, предотвращающими возможностьнаступления аварийных ситуаций, будь то вероятный взрыв, пожар,транспортное столкновение либо выброс небезопасных для человека и окружающейсреды хим веществ (радиации, микробов и т.д.). Эти же системыдолжны в случае аварии в кратчайщие сроки ее устранить иминимизировать урон для людей, построек и оборудования [1 — 3].Все огромное количество типов аварийно-спасательных систем соединяет воединыжды односвойство: они задействуются от независящих источников энергии. Вбольшинстве случаев такими источниками являются или баллоны сжатого(сжиженного) газа, или электронные батареи. Недочетами перечисленных выше устройств являются, сначала, низкая надежностьсрабатывания, необходимость неизменного обслуживания и большаязависимость от температуры эксплуатации. Потому появляется множествоотказов аварийных систем, что тянет за собой очень томные последствия.Вот несколько огромнейших катастроф и аварий, произошедших вРоссии в 80-90-х годах XX века и 2000-е годы XXI века:- Башкирская трагедия (отказ системы обнаружения утечек газовогоконденсата и автоматического перекрытия продуктопровода) [1,3];- две наикрупнейшие аварии в МПС (на затяжных подъемах в Пензенскойи Свердловской областях из-за отказа основной и запасной системы питанияпневмотормозов, томные грузовые поезда скатились на жилые поселки) [1];- взрывы осенью 1999 г жилых домов в Москве и Волгодонске [4]привели к смерти сотен ни в чем же не повинных людей (надежные аварийноспасательные системы могли бы спасти больше жизни людей, чем удалось);- пожар на Останкинской телебашне [5] (отсутствие надежной системыпожаротушения привело к смерти людей и огромным материальнымзатратам);- пожар в здании Манежа [6] на площади порядка 5000 м^ в центреМосквы (отсутствие надежной системы пожаротушения привело к гибелидвух служащих пожарной службы и полному обвалу крыши строения);- в итоге землетрясения и цунами в юго-восточной Азии в концедекабря 2004 года [7] погибли около 225000 человек, а денежный ущербсоставил $ 13 миллиардов (недочет надежных и в нужном количествесредств спасения, в том числе надувных плотов и понтонов).Исходя из анализа отказов аварийных систем видно, что главнойпричиной является низкая надежность исполнительных устройств имеханизмов (70 .. 80 % всех несрабатываний). Приблизительно 10 .. 15 % отказовприходится на средства обнаружения и столько же на средства управленияисполнительными устройствами аварийных систем.Но, нештатное поведение исполнительных устройств — это, восновном, отказы автономных источников энергии аварийных систем, т.е.частей, которые должны обеспечивать многофункциональную эффективность инадежность.Тут для аварийно-спасательных систем идеальноподходят в качестве источников энергии твердотопливные газогенераторы(ТТГГ)[1,2].Газогенераторами именуются энерго устройства, которыевырабатывают сжатый газ с обеспечением регулирования его количества,расхода и давления. Главным достоинством газогенераторов является ихспособность выделять на единицу веса либо объема по сопоставлению с любыминеядерными источниками энергии, применяемыми в текущее время. Вбольшинстве случаев К.П.Д. этих систем оказывается довольно высочайшим идостигает максимума при использовании высокотемпературных газов.Но обозначенное достоинство газогенераторов является в то же времясущественным недочетом и существенно усложняет их проектирование.Это связано с необходимостью обеспечения соответствия меж высокимитемпературами газа в зоне неносредственного иснользования иприменяемыми конструкционными материалами [8].Твердотопливные газогенераторы отыскали обширное применение вракетно-космической технике. Их глав
ные узлы почти во всем сходны сглавными узлами главных ракетных движков, но рабочие процессы вгазогенераторах имеют значительные особенности, которые необходимоучитывать при их проектировании и отработке [9].В текущее время существует огромное количество научныхпубликаций и патентов, посвященных созданию и исследованиюгазогенераторов и вспомогательных устройств (охладители жарких газов)[10 — 56]. Короткие сведения о газогенераторах имеются, в том числе и вруководствах по основам проектирования ракетных движков [10 — 17].Разглядим ряд характеристик ТТГГ более тщательно.Объем. Заряд твердого горючего, при сгорании которого образуетсятребуемое количество газа, занимает наименьший объем, чем газы, хранящиеся вбаллонах при любом давлении.Вес. К этому параметру применим тот же самый аспект. Если учестьвес баллонов, содержащих газ под давлением, то окажется, что вес одногогазогенератора будет существенно меньше. С повышением размеров системыразница в весе увеличивается. При использовании жарких газов весовоепреимущество становится подавляющим. В случае применениятеплообменника его вес следует включить в вес системы. При этомпреимущества газогенераторной системы получаются не настолько очевидными,в особенности для генераторов малых размеров.Безопасность. Газобаллонная система содержит газ при высокомдавлении в течение долгого времени хранения и использования газа.Любой из таких резервуаров представляет потенциальную опасность.Газогенератор не находится под давлением, кроме периода работы.Высочайшее давление имеет место только в области камеры сгорания и нераспространяется на всю систему. Рабочее давление в газогенераторах так жеобычно существенно ниже, чем в газобаллонной системе. Это существенноупрощает требования техники безопасности при использовании топливнойсистемы.Контролируемость характеристик. Газогенератор можноспроектировать таким макаром, чтоб обеспечить требуемое количество газав определенное время при данном расходе. Расход газа из газобаллоннойсистемы миниатюризируется по мере понижения давления в ней, и для получениятребуемого количества газа обычно нужно более долгое время, чемпри использовании соответственной топливной системы. Работагазогенератора может по существу не зависеть от температуры хранения, в то8время как расход газа из газобаллонной системы понижается при понижениитемпературы среды [8].Твердотопливные газогенераторы смешиваются с хоть каким типом приводови в состоянии обеспечить все виды механической энергии. В последнеевремя научные разработки в области химии жестких топлив позволилиотечественным производителям: НПО «Алтай», Ф1ДДТ «Союз», АО«Пермский завод им. Кирова», НПО «Технолог», НИИПХ, НИИПМ и др.сделать газогенерирующие составы и на их базе ТТГГ с уникальнымисвойствами:- источники инертных газов СОг и N2;- источники прохладных и незапятнанных продуктах сгорания ТТГГ [1,2].На базе газогенераторов с этими топливами стало вероятным созданиепринципиально новых аварийно-спасательных систем. К примеру, системингибирования газового взрыва либо тушения пожаров на взрывоонасныхпроизводствах методом резвого наполнения инертным газом илипожаротушащим аэрозолем. Сделать это за 2-4 секунды в большенном объемевозможно только при помощи ТТГГ. При этом такая аварийно-спасательнаясистема должна врубаться в общую схему АСУ ТП предприятия иобеспечивать выдачу управляющих сигналов на пожаротушащиегазогенераторы только после обнаружения технологическим контроллеромутечек взрывоопасной среды (либо вспышек горючих компонент) ивьшолнения технологических аварийных команд (останов оборудования,выключение вентиляции, герметизация помещения и т.д.).Источники прохладных и незапятнанных товаров сгорания ТТГГ, разработкойкоторых активно занимались ОКБ «Темп» при ПГТУ, АО «Пермскийзавод им. Кирова», НИИПМ и др., позволили сделать в последнее времяцелую палитру аварийно-спасательных систем с силовыми пневмоцилиндрами.Это, сначала, тормозные системы для авто ижелезнодорожного транспорта, пневмо-газоприводы для шаровых крановмагистральных газопродуктопроводов и т.д. Эти системы могут включатьсякак в АСУ защищаемого объекта, так и иметь свою автоматикууправления [1,2].Выше обозначенные источники прохладных и незапятнанных товаров сгоранияТТГГ являются низкотемпературными газогенераторами на жестком горючем(НТГТ).На дорогах Рф случается огромное количество дорожных аварий.В почти всех случаях люди после таковой аварии остаются в «плену»
искореженного металла. При спасении их жизни счет идет на минутки исекунды. Для этого спасательными службами применяется различного родааварийно-спасательный пневмоинструмент. В качестве рабочего тела длятакого типа инструментов можно использовать прохладный газ, вырабатываемыйНТГГ. Не изредка в наши деньки случаются и авиакатастрофы. Аварийноспасательный пневмоинструмент может применяться и в этих случаях. Приаварийной посадке воздушного судна на воду НТГГ могут употребляться вкачестве источника прохладного газа для наддува спасательных плотов. Приаварийной посадке самолета на землю НТГГ могут применяться длябыстрого наддува аварийных трапов.Кроме техногенных катастроф, предпосылкой которых является, обычно,старение техники и человечий фактор, случаются и природныекатастрофы (наводнения, ураганы, землятресения и т.д.). При проведенииопераций спасательными службами так же используются разные средстваспасения, в том числе аварийно-спасательный пневмоинструмент, надувныеплоты и понтоны и т.п. [8, 37]. Низкотемпературные газогенераторы можноприменять и в этих случаях для обеспечения надежной и резвой работывыше обозначенных спасательпых средств.Случаются отказы тормозных систем у большегрузных тяжелыхавтомашин и товарных поездов. Последствия таких отказов обычно оченьтяжелые. Источником механической энергии для аварийных тормозных10систем для авто и жд транспорта могут служитьНТГГ. Так же НТГГ могут применяться в качестве источника механическойэнергии для газонаполняемых эластичных домкратов. Такие домкраты могутприменяться при извлечении людей из машин после аварий, разбораразрушенных построек и освобождения людей из-под завалов и т.д.Большой неувязкой для всего цивилизованного мира сейчас являетсятерроризм. Вследствие его разрушаются строения, другие инженерныесооружения, происходят аварии различного рода, что ведет к потеречеловеческих жизней и огромным вещественным затратам. Аварийноспасательные системы с внедрением НТГГ конечно не могут оградитьлюдей и технику от действий террористов. Но они могут уменьшитьпоследствия террористических актов, спасти людские жизни, сохранитьтехнику, уменьшить издержки на спасательные операции и восстановительныеработы.На рисунке 1 показаны главные сферы внедрения аварийноспасательных систем с внедрением низкотемпературного газогенераторана жестком горючем.Нреимущества внедрения НТГГ для аварийно-спасательных системсостоит в следуюш;ем:1. Высочайшая надежность. Обуславливается простотой копструкции,огромным периодом отработки в реальных критериях эксплуатации,применением серийных жестких топлив и высоко надежныхсоставных частей конструкции.2. Компактность. НТГГ имеют маленькие габариты и вес прибольшой мощности и эффективности. К примеру, газонаполняемыйэластичный домкрат, где НТГГ применяется в качестве источникамеханической энергии, можно доставлять на вертолете, сбрасыватьна парашюте. Обыденный кран такими методами на место авариидоставить нереально. Тем миниатюризируется время доставки11средства снасения на место аварии, что может спасти не однучеловеческую жизнь.Аварийно-спасательные системыИсточники холодногогаза для занолненияобъемаИсточникимеханическойэнергииСистемы наддуваснасательных средств инонтоновАварийныенриводы дляшаровых крановмагистральныхнефтепроводовГазонаполняемыеэластичные домкратыАварийные тормозныесистемы дляавтомобильного ижелезнодорожноготранспорта’ Надувные аварийноспасательные трапысамолетовАварийно-спасательныйпневмоинструментРис. 1. Область внедрения НТГГ.
3. Резвое развертывание. Подготовка к работе НТГГ занимаетсчитанные минутки, что наращивает шансы на подходящий исходспасательной операции.4. Большой гарантийный срок службы. Составляет 10 .. 15 лет. В товремя как у баллонов со сжатым газом гарантийный срок службы непревышает 1 года, что связано с техническим устройством баллонов.125. Отсутствие повторяющихся проверок и регламеитиых работ.ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫЦелью диссертационной работы является экспериментальнотеоретическое обоснование сотворения низкотемпературных твердотопливныхгазогенераторов с пылеобразным. емкостным охладителем,обеспечивающих данные свойства аварийно-спасательных систем.Задачки ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫДля заслуги обозначенной цели нужно:1. Выявить соответствующие характеристики процесса термообмена прифильтрации жаркого газа через пылеобразный емкостный охладитель.Найти условия образования волны термообмена, состоящие всоблюдении количественных соотношений для выявленных параметровпроцесса.2. Экспериментально подтвердить существование волны теплообменапри фильтрации жаркого газа через пылеобразный емкостныйохладитель при определенных выше на теоретическом уровне критериях образованияволны. Создать свойства пылеобразного емкостного13охладителя, комплексно описывающие эффективность его работы.Экспериментально найти их значения и сопоставить с подобнымихарактеристиками других охладителей.3. Экспериментально изучить и найти максимальныеплотности многообещающих материалов охладителя.4. На базе теоретических и экспериментальных исследованийразработать советы проектирования пылеобразных емкостныхохладителей с учетом значений главных характеристик, которые обеспечиваютволновой термообмен. С применением этих советов рассчитатьпараметры низкотемпературных газогенераторов для обеспечения работыаварийно-спасательных систем.Способы И ПОДХОДЫИспользованы способы и подходы теории фильтрации газа черезпористую среду, термообмена в дисперсной среде, газовой динамики,математического моделирования, проектирования, конструирования ипроведение испытаний необычного оборудования.НАУЧНАЯ НОВИЗНА1. Выявлены соответствующие характеристики процесса термообмена впорошкообразном емкостном охладителе. Нроведены теоретическиеисследования воздействия этих характеристик на процесс термообмена. Впервыеопределены условия появления волнового термообмена при фильтрациигорячих газов, содержаш;их пары воды, через пористую среду.2. Определено воздействие содержания паров воды в продуктах сгораниягазогенераторных топлив на распространение волны термообмена,3. Найден эффект «замораживания» хим составапродуктов сгорания при их резком охлаждении в порошкообразномохладителе.144. Введены свойства охладителей: глубина остывания горячегогаза, стабильность температуры газа на выходе из охладителя, массоваяэффективность охладителя. В первый раз экспериментально определеныхарактеристики для пылеобразных емкостных охладителей, проведеносравнение с другими типами охладителей и показано существенноепреимущество по этим чертам пылеобразных охладителей.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ1. Выявленные соответствующие характеристики термообмена впорошкообразном охладителе могут применяться при анализе процессовтеплообмена в устройствах, использующих фильтрацию жаркого газа черезпористые среды.2. Разработанные способы упаковки пылеобразных емкостныхохладителей позволяют уменьшить массу и габариты низкотемпературныхгазогенераторов и, соответственно, аварийно-спасательных систем.3. Результаты диссертационной работы позволяют советовать дляиспользования в НТГГ серийные газогенераторные горючего с высокимиэксплутационными чертами.4. Теоретические и экспериментальные результаты диссертационнойработы в целом могут быть применены при проектировании и отработкенизкотемпературных газогенераторов на жестком горючем для аварийноспасательных систем и авиационной и в ракетно-космической технике.НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ1. Соответствующие характеристики, определяющие появление волнытеплообмена при фильтрации жаркого газа через порошкообразныйемкостный охладитель и надлежащие им условия.2. Экспериментальные свойства для порошкообразныхемкостных охладителей.153. Определение наибольших плотностей и коэффициентовгазопроницаемости материалов охладителя.4. Советы по проектированию пылеобразного емкостногоохладителя с учетом значений главных характеристик, которые обеспечиваютволновой термооб