Проектирование заборных устройств топливных баков РН

На этапе проектирования ЗУ необходимо учитывать кавитацию, неравномерное понижение уровня КТ и воронкообразование.

Воронкогасители

Они предназначены для устранения вихревой воронки. Это могут быть радиальные ребра (от 4 до 20) и тарели. Высота радиального и концентрического ребер 50 – 200 мм, длина l = (1,7…3,0)d_тар.

ЗУ с тарелями

Тарель выравнивает поля скоростей и одновременно уменьшает величину скорости на подходе к заборнику. Профилирование Т. Центральные и боковые ЗУ. Применение боковых ЗУ приводит к росту остатков незабора.

Т. – это каноид вращения, диаметр Т. D_тар. = (1,75…3,9)d_тр. Высоту установки Т. над днищем рекомендуется брать

. Площадь входа в ЗУ F_вх = 2,1F_тр, где F_тр - площадь сечения расходного трубопровода.

Радиус перехода от днища к сливному трубопроводу r_пер. = (0,3…0,6)d_тр снижает потери давления на входе в магистраль, формирует поток в зоне слива перед прорывом газа, снижается скорость жидкостного потока в районе сливной магистрали.

Внутренний контур тарели выбирают из условия плавного изменения скорости по длине ЗУ.

При правильном проектировании ЗУ с тарелью коэффициент гидравлического сопротивления x = 0,35…0,5.

Сильфонные ЗУ

Сильфонные ЗУ (СЗУ) позволяют организовать центральный забор топлива даже при наличии тонельной осевой трубы.

Диаметр тарели D_тар 2d_тр; радиус закругления трубопровода (сильфона) – (1,6…3,2)d_тр; радиус перехода от тарели к сильфону – (0,15…0,7) d_тр. В верхней части отводного сильфона устанавливается гидрозатвор (стакан с калиброванным отверстием) для отвода газа при заправке.. Диаметр отверстия 2…3 мм. Объем стакана должен исключать преждевременный прорыв газа в сильфон через отверстие гидрозатвора.

ЗУ с центральным отбором без тарели

Достоинство – простота. Сложность – профилрование проточной части. При правильном профилировании осевая составляющая скорости потока вблизи стенки бака равна средней скорости понижения уровня топлива в баке.

Дифференциальное уравнение для профиля стенки ЗУ имеет вид

, (9.1)

где r – радиус поперечного сечения ЗУ; h – высота от уровня отсчета; g – ускорение свободного падения; с – константа Чези (чистота обработки поверхности); - объемный секундный расход КТ; n_x – осевая перегрузка.

Расчет остатков незабора КТ

Гидравлически выгодной является коническая форма днища бака с углом расвора a = 30⁰.

Остатки КТ на стенках бака состоят из остатков на продольном словом наборе и стенках бака и поперечном силовом наборе: DV_ст=DV_пр + DV_попер. Остатки КТ на продольном силовом наборе определяются по формуле

DV_пр = δ_пр(S_б + S_пр), (9.2)

где δ_пр – средняя толщина пленки КТ; S_б, S_пр – смачиваемая боковая поверхность бака и продольного силового набора.

Остатки КТ на поперечном силовом наборе рассчитываются аналогично

DV_попер = δ_попер S_попер. (9.3)

Остатки незабора КТ в цилиндрических баках

На величину остатков незабора (ОН) влияет форма ТБ, форма днища, место отбора, способ воронкогашения, секундный расход КТ, физические свойства КТ.

Центральный отбор

Высота критического уровня жидкости в баке H_кр определяется по формуле

, (9.4)

где - число Рейнольдса; - число Фруда.

Для цилиндрических баков со сферическим днищем для определения остатка незабора можно записать

, (9.5)

где ; DV_вор – объем воздушного конуса на ЗУ; R_сф – радиус сферичности днища бака.

Объем воронки составляет 1…2% от ОН.

В инженерных расчетах величина НО определяется

- для бака с плоским днищем:

; (9.6)

- для бака со сферическим и эллиптическим днищем:

, (9.7)

где a = 0,98 – коэффициент, который учитывает объем воздушной воронки; ψ – коэффициент, равный отношению объема сферического сегмента высотой H_кр и радиуса R к объему цилиндра высотой H_кр и радиуса R_б; b=1 – для сферических днищ; b= - для эллиптических днищ (b,a – полуоси эллипса).

Коэффициент ψ можно вычислить по формулам

- для бака со сферическим днищем:

. (9.8)

- для бака с эллиптическим днищем:

. (9.9)

Боковой отбор топлива

При боковом отборе образуются застойные зоны, откуда топливо выбрать нельзя. В этом случае остаток незабора определяют по формуле

, (9.10)

где DV_заст – объем застойной зоны.

Отбор из тороидальных баков

Для тороидальных баков с кольцевым ЗУ величина НО состоит из объема КТ, равного объему желоба и объема КТ над желобом на момент прорыва газа

, (9.11)

где DV_желоба – объем желоба; k – поправочный коэффициент (≤1), зависящий от места прорыва газа; b₁ – ширина плоской части днища над желобом; D_ср – средний диаметр тороидального бака.