Файл: Динамика и управление ядерным ракетным двигателем [Текст] 1974. - 253 с.pdf

турбины). С этого момента начинается раскрутка ТНА. Когда скорость ТНА достигает 1500—2000 об/мин, возни­ кает положительная обратная связь по контуру: насос — охлаждение двигателя — турбина. При этом дальнейшая раскрутка ТНА перестает зависеть от давления водорода

6 — давление в коллекторе сопла; 7 —давление в камере.

в баке. Процесс разгона становится автономным. Одновре­ менно с раскруткой ТНА начинается увеличение мощности реактора по определенной программе (рис. 4.12). При этом возрастание мощности должно происходить в соответствии сувеличением расхода. По достижении некоторого началь­ ного уровня мощности (Р Ä 4,2 кГ/см2, Т « 600° К) тем­ пература в камере поднимается со скоростью 28 град/сек. В конце периода пуска при выходе на номинальный режим включается регулятор температуры в камере, который до­ водит двигатель до расчетного режима.

162

Весьма интересный участок пускового режима лежит в интервале(см.рис.Ч. 12) между 1500 и 1530 сек.В это время, как видно из рисунка, расход рабочего тела испытывает довольно сложные колебания. При этом с температурой рабочего тела аналогичных изменений не происходит.Такое положение имеет место, если мощность реактора изменяется «подобно» изменениям расхода рабочего тела. Это должно

Рис. 4.13. Диаграмма характеристик двигателя при регулировании:

происходить в силу положительного эффекта на реактив­ ность от давления водорода в реакторе.

П о д д е р ж а н и е и с м е н а р еж и м о в . Поддержание рабочего

режима производится с точностью ± 2 5 град. Смена режимов, производившаяся для изучения регулируемости двигателя, показана на рис. 4.13. При этом возмущающие воздействия— изменение давления после насоса и изменение давления в ба­ ке. Регулируемый параметр — температура газа в камере. Возмущение вводилось со скоростью 0,3 атмісек. Пределы изменения давлений: 41,4— 14,1 кГ/см2. Задавались два уровня температур в камере: 1890 и 1380° К- Как видно из рис. 4.13, поддержание'температуры осуществлялось с весь­ ма хорошей точностью.

О с т а н о в д в и г а т е л я с о сн я т и ем о с т а т о ч н о г о т е п л о в ы д е л е ­

н ия . Останов двигателя производится в два этапа: 1) сни­ жение мощности (и соответственно тяги) двигателя при по­

стоянной температуре до такого уровня, при котором можно выключить турбонасосный агрегат и дальнейшую подачу рабочего тела обеспечивать давлением в баке; 2) снижение температуры (и расхода) с максимальной скоростью до тех пор, пока расход не достигнет минимального уровня. После

этого реактор глушится (регулирующие стержни полностью выводятся). Далее, для экономии рабочего тела создаются пульсации расхода, снимающего остаточное тепловыделе­ ние. Общее время охлаждения около 1 ч. За это время соз­ дается 3—4% общего импульса двигателя.

Испытания и отработка системы питания. Схема системы

164

Как видно из схемы, в системе параллельно работают два турбонасосных агрегата. Регулирование расхода водорода и давления производится с помощью контура перепуска во­ дорода. Число оборотов турбины поддерживается в соответ­ ствии с заданной программой астатическим регулятором, исполнительный орган которого воздействует на клапан в подводящей магистрали турбины. При работе с реактором «Фобус-ІВ» мощность на валу насоса достигала 17 600 кет, число оборотов 36 000 об/мин, расход 84 кг/сек и давление за насосом 120 кГІсм2. При работе с реактором «Фобус-2А» система питания работала при двух параллельных насосах с характеристиками системы, близкими к расчетным. Было установлено, что насосы могут работать в различных рабо­ чих точках, вплоть до такого состояния, когда через один насос идет основная часть расхода, а через другой — незна­ чительная.

Испытание реакторов. При испытаниях реактора «Фобус2А» было обнаружено, что эффективность управляющих стержней значительно меньше расчетной (рис. 4.15). Это вызвано неточным учетом температуры холодного водорода и обтекаемых им элементов отражателя.Сравнение вычислен­ ных значений реактивности с результатами эксперимен­ та приведено на рис. 4.16. Выпадающие точки объясняются наличием в отражателе двухфазного потока водорода, затрудняющего расчет реактивности. Для управления регу­ лирующими стержнями реакторов «Фобус» использовались три сигнала: программного устройства; регулятора темпе­ ратуры, имеющего предельный угол поворота + 6 град,

165

и ручного управления, имеющего предельный угол-|-20 град. Общий угол поворота стержней составлял 122 град, однако запланированная мощность (и температура) достигнуты при этих испытаниях не были.

С и ст ем а и зм ер ен и й в р е а к т о р а х « Н е р в а » [16]. В реакто­

рах ЯРД «Нерва» установлено большое количество конт­ рольно-измерительной аппаратуры. Система должна вы-

Рис. 4.15. Эффективность регулирующего стержня:

зультаты расчета пятой серии испытаний (отражатель хо­ лодный; расход газообразного водорода 2 кг/сек)\ • —ре­ зультаты экспериментов четвертой и пятой серий; X — ре­ зультаты расчета для пятой серии испытаний (отражатель

холодный).

поднять следующие функции: определение состояния дви­ гателя измерением различных его параметров; определение отклонения параметров двигателя от расчетных; защита от аварий путем указания на приближение аварийной ситуа­ ции; получение данных, позволяющих провести диагности­ ку повреждений. Измерительная аппаратура предназначена для измерения температур, давлений, перемещений, вибра­ ций и деформаций.

И зм е р е н и е т е м п е р а т у р . Для измерения температур ис­ пользовались датчики температур двух назначений: датчики системы управления, диагностические датчики. Последние имели меньшую точность. Схема размещения точек измере­ ния температур показана на рис. 4.17. Низкотемпературные

166

измерения (от 19,5 до 610° К) проводились с применением медь-константановых термопар и платиновых термосопро­ тивлений. Защитная оболочка приборов обоих типов выпол­ нялась из нержавеющей стали. В такую же оболочку были заключены провода с изоляцией из окиси магния. Термопары применялись с зачехленным и с открытым горячими спаями. Термопары с открытым спаем, имеющие малую инерцион-

Рис. 4.16. Сравнение расчетных и эксперимен­ тальных значений реактивности в реакторе «Фобус-2А»:

X — результаты расчетов до испытаний; О — результа­ ты расчетов после испытаний.

ность, а также термосопротивления использовались для измерения температуры газа. Термопары с зачехленным кон­ цом использовались в основном для измерения температуры конструкций. Все датчики температуры позволяли получать надежную информацию. Точность измерений лежала в пре­ делах + 5,5° К ниже 80° К и +0,2° К в диапазоне от 80 до 610° К. Показания термосопротивлений увеличивались на 5% под действием радиации при работе реактора'на]под­ ной мощности. При криогенных температурах термосопро­ тивления обладали большей чувствительностью, чем термо-

167

пары. Наиболее инерционны термопары с зачехленным спа­ ем, несколько меньше—термосопротивления, затем термопа­ ры с открытым спаем, инерционность которых менее 30 мсек, Термопары с открытым спаем также не изменяют показаний под воздействием радиации.Однако они недолговечны и очень

„ неудобны в эксплуата-

нW ции (трудно монтиру­ ются) .

Измерения темпера­

согласование между вольфрамовыми и хромель-алюмеле- выми термопарами составляло до 20% (поданным испыта­ ний реактора NRX-A6).

Высокотемпературные измерения (от 273 до 2660°К) проводились при помощи вольфрам-рениевых термопар с за­ чехленными спаями. Измерялась температура в наиболее нагретой части твэла и температура газа на выходе из реак­ тора. Термопары для измерения температуры конструк­

168