НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: Korolev_P.pdf (949.16Кб)

УДК 629.7.082.6	Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана

Применение сжиженного природного газа (СПГ) в ракетно-космической технике обусловлено рядом преимуществ, в связи с чем в настоящее время активно проводятся работы по испытанию и отработке ракетных двигателей, работающих на сжиженном природном газе.

Проведение испытаний двигателей и в последующем эксплуатация ракетных комплексов требует  создания хранилищ СПГ в составе наземного технологического оборудования и обеспечения условий их безопасной эксплуатации.

Одними из факторов опасности СПГ являются его низкая температура кипения, а также изменение состава, плотности и температуры кипения СПГ при хранении за счет испарения более легкого компонента  - метана. Данные факторы  при пополнении хранилищ, имеющих остатки топлива, новой порцией СПГ могут приводить к образованию стратифицированных макрослоев и возникновению режима интенсивного перемешивания, получившего название «ролловер», с практически мгновенным испарением больших масс СПГ и резким повышением давления, способным привести к разрушению хранилища с катастрофическими последствиями.

Сформулированы цели работы, которые заключаются в разработке методики для прогнозирования параметров СПГ при эксплуатации  хранилищ топлива, в том числе и для режима ролловера, в  сопоставлении  результатов расчетов параметров СПГ с экспериментальными данными и в определении возможных рекомендаций для  безопасной эксплуатации хранилищ  СПГ в составе оборудования наземных комплексов.

Приведен обзор публикаций из 12 наименований, посвященных отдельным вопросам и процессам, протекающим при эксплуатации хранилищ СПГ, в том числе и в режиме ролловера.

Для проверки достоверности результатов моделирования процессов в СПГ, представленного в моделях бинарной смесью метан-этан, проведено сопоставление расчетных значений с экспериментальными данными для режима хранения СПГ в резервуаре наземного испытательного комплекса.

Достоверность разработанных моделей тепломассобменных процессов в стратифицированном по плотности и температуре СПГ в хранилище с возникновением условий для режима ролловера проверена  сопоставлением расчетных характеристик с опубликованными экспериментальными данными. Расчетное время до наступления  ролловера  отличается от экспериментального значения на 2,7%. Относительная погрешность прочих моделируемых характеристик СПГ не превышает  2,5%;

Сделаны выводы о возможности применения методического аппарата, основанного на уравнениях термодинамики необратимых процессов в бинарной смеси метан-этан для прогнозирования режимных параметров эксплуатации хранилищ СПГ в составе оборудования наземных комплексов. Методы исключения режима ролловера могут быть основаны на поддержании стабильного состава СПГ в хранилище и организации перемешивания топлива при выполнении операций пополнения хранилища топливом и при сливе его из топливных баков ракеты при отмене старта.

Список литературы

1. Бармин И.В., Зверев В.А., Украинский А.Ю., Чугунков В.В., Языков А.В. Обоснование некоторых основных характеристик стартового оборудования космодромов ХХI века // Инженерный журнал: Наука и инновации. Электронное научно-техническое издание. 2013. № 3. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/rocket/630.html (дата обращения 01.02.2014).
2. Кузин А.И., Рачук В.С., Коротеев А.С., Каторгин Б.И., Смирнов И.А. Вахниченко В.В., Лозин С.Н., Лехов П.А., Семенов А.И., Иевлев А.В., Ефимочкин А.Ф., Клепиков И.А., Лихванцев А.А., Петров В.И., Ромашкин А.М., Гусев Ю.Г., Яковлев А.Г.  Обоснование выбора компонентов ракетного топлива для двигательных установок первой ступени многоразовой ракетно-космической системы // Авиакосмическая техника и технология. 2010. № 1. С. 19-55.
3. Бармин И.В., Кунис И.Д. Сжиженный природный газ: вчера, сегодня, завтра. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009.
4. Королев Н.С. Анализ возникновения явления «ролловер» в системах хранения сжиженного природного газа // XXXVI академические чтения по космонавтике «Актуальные проблемы российской космонавтики»: материалы. М.: Комиссия РАН, 2012. C. 353-354.
5. Королев Н.С. К построению математической модели явления ролловер в хранилище СПГ // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 3. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/345773.html (дата обращения 01.02.2014).
6. Королев Н.С. Математическое моделирование явления ролловер в системах хранения сжиженного природного газа // XXXVII академические чтения по космонавтике «Актуальные проблемы российской космонавтики»: материалы. М.: Комиссия РАН, 2013.
7. Королев Н.С. Влияние состава сжиженного природного газа и технологических характеристик хранилищ стартового оборудования на время наступления явления ролловера // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 2. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/552136.html (дата обращения 01.02.2014). DOI: 10.7463/0213.0552136
8. Королев Н.С., Бармин И.В. Методика оценки пикового давления в газовой подушке хранилища сжиженного природного газа стартового комплекса при возникновении ролловера // Известия ВУЗов. Машиностроение. 2013. № 6. С. 7-11. Режим доступа: http://izvuzmash.bmstu.ru/catalog/calcmach/hidden/244.html (дата обращения 01.02.2014).
9. ТУ 021 00480689-96. Газ горючий природный сжиженный. Топливо для ракетной техники. СПб.: ГИПХ. 1996.
10. May E.F. Fluid Science for improved LNG Production and shipping. Presentation of the University Of Western Australia, 2010.
11. Uznanski D., Château E., Gorieu O., Legrandais J.-P. Investigations into the aging extent of the 9% nickel 500 mlng storage tank of the nantes cryogenic testing station. Paris, France: Gaz de France, 2003.
12. The European fuels conference 11th annual meeting // Hydrocarbon World. Paris, France: World Refining Association, 2010. Vol. 4, iss. 2. C. 35-38.