219.54 Kb.НазваниеРазработка теплофизического метода и установки экспресс контроля растворённого газа в ракетном топливеПОПКОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧДата конвертации13.08.2012Размер219.54 Kb.Тип Специальность Год На правах рукописиПОПКОВ СЕРГЕЙ АНАТОЛЬЕВИЧРАЗРАБОТКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО МЕТОДА И УСТАНОВКИ ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЯ РАСТВОРЁННОГО ГАЗА В РАКЕТНОМ ТОПЛИВЕСпециальность 05.11.13 Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделийАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степени кандидата технических наукМ ОСКВА 2010 Работа выполнена на кафедре Мониторинга и автоматизированных систем контроля Московского государственного университета инженерной экологии и в ОАО НПО "Химавтоматика".Научный руководитель: доктор технических наук Рылов Владимир АркадьевичОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Карабегов Михаил Александровичдоктор химических наук, профессор Мишустин Александр ИвановичВедущее предприятие: Всероссийский научно- исследовательский институт метрологии имени Д.И.Менделеева г. Санкт-ПетербургЗащита состоится 23 декабря 2010 года в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 212.145.02 при Московском государственном университете инженерной экологии по адресу: 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, д. 21/4, аудитория В-23.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУИЭ.Отзывы в двух экземплярах заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105066, г. Москва, ул. Старая Басманная, д. 21/4.Автореферат разослан 22 ноября 2010 г.Учёный секретарь диссертационного совета к андидат технических наук, доцент Мокрова Н.В. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Хранение и транспортировка жидких ракетных топлив осуществляется в герметичных цистернах, в которых поддерживается повышенное давление инертного газа (азота) для исключения контакта топлива с кислородом и парами воды, содержащихся в атмосферном воздухе. В результате транспортировки и хранения часть азота растворяется в топливе. При заправке рабочих ёмкостей летательных аппаратов производится операция удаления растворённого газа из топлива путём барботирования продувочным газом (гелием). Для аппаратуры, обеспечивающей контроль растворённых газов в жидком топливе, требуется выполнение следующих требований: широкий диапазон определяемых концентраций (более 2-х порядков), малая относительная погрешность во всём динамическом диапазоне (на уровне 10 20 %), автоматический режим отбора пробы и экспрессность метода анализа (время 1 анализа не более 5 минут). Традиционно для такого контроля применялся хроматографический метод анализа. Время такого анализа, включая отбор пробы, составляло около 60 минут. Новым направлением является применение косвенных теплофизических методов анализа газовой фазы, находящейся в динамическом равновесии с жидкой анализируемой пробой, включающих измерение объёма, температуры, давления, теплопроводности газовой фазы и вычисление концентрации растворённого газа в анализируемой пробе по результатам измерения этих параметров. Такой подход позволяет удовлетворить основные требования по контролю растворённых газов в жидких топливах. Исследование новых теплофизических методов контроля растворённых газов в жидких топливах, приведённых в данной работе, является актуальным и позволяет отнести его к современным направлениям развития новой техники. Целью диссертационной работы является разработка метода экспресс-контроля растворённых инертных газов, основанного на косвенных теплофизических методах, и создание автоматической установки для контроля растворённых инертных газов в жидких ракетных топливах. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: провести сравнительный анализ различных теплофизических методов, оценить их погрешность в диапазоне измеряемых концентраций; разработать математические модели, описывающие взаимную зависимость теплофизических параметров газовой и жидкой фаз, находящихся в динамическом равновесии; выбрать метод, обладающий наименьшей относительной погрешностью во всём диапазоне измеряемых концентраций; разработать и изготовить установку для автоматического контроля концентрации растворённых газов в жидкости; разработать и изготовить стенд для приготовления жидких проб с заданным содержанием растворённого газа во всём диапазоне концентраций; для экспериментального исследования отдельных стадий цикла измерения создать многоканальный программно-аппаратный комплекс сбора, регистрации, хранения и обработки измерительной информации; провести экспериментальные исследования установки для контроля концентрации растворённых газов на модельных жидких пробах с целью проверки метрологических характеристик установки и проверки адекватности предложенной математической модели; разработать алгоритмы обработки сигналов измерительных каналов и программное обеспечение для опытной установки контроля концентрации растворённых газов в жидком ракетном топливе, обеспечивающее её циклическую работу в автоматическом режиме. Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы математического моделирования для получения алгоритма вычисления концентрации при косвенных измерениях и расчёта относительной погрешности; методы экспериментального исследования метрологических характеристик установки на модельных жидких пробах (этанол) с применением программно-аппаратного комплекса регистрации параметров для оценки случайных составляющих погрешности и воспроизводимости характеристик во времени. Научная новизна. К основным результатам, представляющим научную новизну относятся: разработка прямого и дифференциального метода определения концентрации растворённого газа в жидкости; разработка математических моделей, описывающих взаимную зависимость параметров газовой и жидкой фаз, находящихся в динамическом равновесии; разработка двух методик аттестации приготовленных жидких проб с заданной концентрацией растворённого газа; разработка методики экспериментального определения коэффициента растворимости газа в жидкости с погрешностью менее 1 %. Практическая ценность: предложена конструкция автоматической установки измерения содержания растворённого газа в жидком ракетном топливе, позволяющая измерять концентрацию растворённого азота и гелия с погрешностью от 10 до 25 % в зависимости от концентраций в течение не более 5 минут; предложена конструкция стенда приготовления жидких проб с заданным содержанием растворённого газа во всём диапазоне концентраций (для азота 0,001 0,8 г/дм3, для гелия 0,00015 0,02 г/дм3), обеспечивающая относительную погрешность от 4 до 12 % в зависимости от концентрации; создан программно-аппаратный комплекс регистрации параметров и обработки результатов измерений на ЭВМ для процесса приготовления жидких проб и процесса контроля содержания растворённых газов в жидких пробах; разработан комплект конструкторской документации для выпуска установок контроля растворённого газа в жидких ракетных топливах на опытном производстве ОАО НПО «Химавтоматика». Реализация. Изготовлен опытный образец установки измерения концентрации растворённого газа в жидком ракетном топливе. Для метрологического обеспечения выпускаемых автоматических установок контроля был изготовлен стенд приготовления жидких проб с заданным содержанием растворённого газа, который сертифицирован в установленном порядке. Разработан и внедрён в опытное производство ОАО НПО «Химавтоматика» комплект конструкторской документации на установку измерения концентрации растворённого газа в жидком ракетном топливе, начато изготовление ещё двух опытных образцов и проводятся натурные испытания установки в федеральном казённом предприятии «Научно-испытательный центр ракетно-космической промышленности». Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции памяти Н.Я. Феста в 2007 г., на научной конференции студентов и молодых учёных МГУИЭ в 2010 г. Публикации результатов исследования. Основные положения диссертационной работы изложены в восьми печатных работах, в том числе одна в журнале, рекоме
Разработка теплофизического метода и установки экспресс контроля растворённого газа в ракетном топливе
Разработка теплофизического метода и установки экспресс контроля растворённого газа в ракетном топливе
Комментариев нет:
Отправить комментарий