I zavarivanje malih dijelova. Potrebno je razumjeti zašto su ljudi općenito došli do lemljenja plinom i gdje je preporučljivo to koristiti. Navest ću jednostavan primjer - električar u novoj kući postavlja ožičenje i želi lemiti bakrene žice u razvodna kutija za pouzdanu vezu. Jasno je da još nema ožičenja i nema gdje zalijepiti lemilicu. Tu u pomoć priskače plinska baklja ili plinsko lemilo.

Često se lemljenje i plinsko zavarivanje koriste u nakitu - kada su potrebna visoka tališta i ravnomjerni šav dijelova proizvoda.

U radio amaterskoj praksi plinski plamenici nisu jako česti, ali nema ništa bolje od takvog plamenika pri lemljenju radijatora, kućišta i drugih dijelova koji zahtijevaju intenzivno zagrijavanje. I kako je ugodno zagrijavati skupljanje topline s takvim plamenikom - samo zablistajte. Pa dosta tekstova - prijeđimo na recenziju.

1. mjesto - mini plinski gorionik s nastavkom za lemljenje

Dizajnirano za zagrijavanje dijelova srednje veličine kao i kontaktno lemljenje lemljenje zbog zagrijavanja vrha iz plamena. Vrsta lemilice bez žica. Rezervoar za gas ima kapacitet od 8 ml. Temperatura plamena pri punjenju butanom doseže 1300 stepeni Celzijusa, a temperatura vrha je 450 stepeni. Dužina plamena je podesiva od 4 do 6 cm. Dužina plamenika je 13 cm, a promjer 1,5 cm.

Prednosti: mali i jeftini, punjenje gorivom dovoljno je za lemljenje nekoliko dijelova srednje veličine, postoji mlaznica za lemljenje, laka za punjenje gorivom.

Mane: nema piezo paljenja.

2. mjesto - plinski mikro plamenik

Nema ništa osim rezervoara sa ventilom za punjenje i mlaznice sa regulatorom gasa. ZC57100 nema piezo paljenje i isporučuje se nenapunjen, pa ćete morati kupiti i plinski uložak - on će raditi za upaljače. Općenito, za lemljenje dvije žice ili zagrijavanje termoskupljanja bez lemilice - takva baklja je dovoljna. I dužina gorionika je oko 20 cm, a težina 43 g.

Ovo je najjeftiniji plamenik koji se uopće može pronaći, a cijena takvog mikro gorionika je 200 rubalja.

Prednosti: najjeftiniji, koji se lako puni gorivom.

Mane: mali plamen, punjenje gorivom brzo prestaje, nema piezo paljenja.

3. mjesto - mini plinsko lemilica KBT XZ -1

Ova svjetiljka nije samo za lemljenje, zavarivanje, popravak elektronskih uređaja i nakit. Plamen ovog gorionika je naravno regulisan. Može se puniti standardnom lakšom plinskom bocom. Dužina plamena dostiže 3 cm, a vrijeme rada je oko 20 minuta. Temperatura plamena doseže 1300 stepeni Celzijusa. Dužina samog plamenika je tačno 20 cm.

Prednosti: male veličine, piezo paljenje, marka.

Mane: dužina plamena ne dopušta zagrijavanje dijelova srednje i velike veličine.

5. mjesto - butanski gorionik KBT X -220

Na tržištu se prodaje kao plamenik za građevinarstvo i radovi na obnovi... Izgleda veoma elegantno. Žljebljena ručka lijepo leži u ruci. Poseduje piezoelektrični sistem paljenja plamenom. Cilindar butana visoke čistoće ima kapacitet od 22 ml. Ova količina plina dovoljna je za 110 minuta neprekidnog rada. Dužina plamena je podesiva od 30 do 80 mm od oštrog klinastog plamena do mekog plamena sa žutim jezicima. Težina je spalila samo 226 grama s dužinom od 14 cm.

Prednosti: dobra opcija za radnu površinu, tu je postolje, piezo paljenje, udobna ručka.

Mane: sve u svemu, ne možete ga staviti u džep, ne možete puzati na usko mjesto.

Gasne lemilice

6. mjesto - metalni gorionik za limenku

Vrlo jednostavan i uski plamenik koji stane preko plinskog spremnika. Regulator i uska mlaznica omogućuju vam približavanje detalje koji su vam potrebni u uskim prostorima. Nema piezo paljenja, ali sve izgleda dobro - metal okolo i veliki regulator opskrbe plinom. Cilindar sa butanom omogućava vam da dobijete temperaturu od oko 1300 stepeni Celzijusa iz ovog gorionika.

Prednosti: puno metala, uska mlaznica.

Mane: nema piezo paljenja.

7. mjesto - tipičan gorionik koji se stavlja na limenku

Pozicionirano kao plamenik za turiste i kuhanje: roštilj, kolači, suši itd. Naravno, može se koristiti za lemljenje, rezanje i zavarivanje metala. Prisutni su piezo paljenje i regulator plamena. Plamenik klasično radi s plinom butanom. Kućište je od plastike, poklopac mlaznice od nerđajućeg čelika.

Prednosti: vrlo pogodan za kuhanje, ima piezo paljenje.

Mane: kućište je izrađeno od plastike pa pazite da ga ne slomite.

8. mjesto - plamenik na limenci sa širokom mlaznicom

Mesingani plamenik nema piezo paljenje, ali je dobar u pečenju roštilja i masivnih metalnih dijelova. Narandžasta tipka omogućava vam da lako promijenite dužinu plamena. Butan iz cilindra zagrijava plamen do 1300 stepeni.

Prednosti: vrlo pogodan za kuhanje i masivne komade.

Mane: nema piezo paljenja.

Velike baklje za lemljenje i dvostruko zavarivanje na plin

9. mjesto - popularni mini gorionik za nakit

Može se koristiti sa dva gasa - acetilen + kiseonik ili vodonik + kiseonik. Ima prikladna fleksibilna crijeva i regulatore plina direktno na plameniku. Postoje izmjenjive mlaznice za različite jačine plamena. Možda ćete morati kupiti adaptere za cilindre ili regulatore pritiska.

Prednosti: ugodno za držanje u ruci, prikladno uvijanje, prisutnost zamjenjivih mlaznica.

Mane: potrebno je paziti na tanka crijeva kako ne bi otrovali plin.

10. mesto - gorionik kiseonik -acetilen sa dve ušice za dovod mešavine gasova

Ima dugu zakrivljenu cijev s mlaznicom na kraju. Ove baklje su dizajnirane za rezanje i zavarivanje metala. Povećana temperatura sagorijevanja omogućuje zavarivanje obojenih metala debljine šava od 0,5 do 0,2 mm. Gorionici su dostupni od 30 cm do 45 cm dužine.

Prednosti: omogućuje rezanje i zavarivanje metala.

Mane: nema piezo paljenja.

Majstor lemljenja je sa vama.

U kućnoj radionici ili garaži često postoji potreba za korištenjem plinskog gorionika. Primjena za to je najšira - od lemljenja do popravka krova. Da ne spominjemo potrebu zagrijavanja metalnog dijela za obradu.

Kada obrada metala radi s plinskim plamenikom, možete zagrijati obradak s ciljem kasnijeg stvrdnjavanja. Ako se bavite električnim zavarivanjem, pri radu s nekim metalima potrebno je zagrijati mjesto budućeg šava.

Prodavaonice alata prodaju razne alate za siguran rad sa vatrom. Plamenik s propanom može biti bilo koje veličine i konfiguracije. Vrijednost sa hemijska olovka za lemljenje nakita.

Ili m krovna rampa za grijanje bitumena na krovu:

Prednost industrijskih verzija leži u sigurnosnom certifikatu. Međutim, ne postoji ništa u dizajnu što se ne može ponoviti kod kuće. Budući da bilo koji proizvod u trgovini košta mnogo novca, reći ćemo vam kako vlastitim rukama napraviti plinski plamenik.

Bitan! Domaći gadgeti za rad s vatrom nose potencijalnu opasnost. Stoga, propan -plamenik proizveden bez tehničke ekspertize radi na vlastitu odgovornost.

Crteži i korak-po-korak upute za izradu plamenika

Razmotrite detaljno nijanse na koje biste trebali obratiti pažnju prilikom izrade plamenika.

• Prije svega, potrebno je koristiti vatrostalne metale. Pravilno podešen plamenik može proizvesti do 1000 ° C, pa mlaznica mora odgovarati temperaturi plamena;
• Važno je pronaći pouzdanu radnu dizalicu. Ako nešto pođe po zlu - prije svega, opskrba plinom se prekida i opasnost se uklanja. Ako slavina prođe, nećete moći brzo ugasiti plamen;
• Priključak na izvor plina (limenka s ventilom ili 5 litara rezervoar za propan sa zupčanicima) moraju biti pouzdani. To je tokom rada loše kvalitete zaporni ventili događa se većina nesreća.

Svrha ovog članka je da vam kaže kako vlastitim rukama napraviti plinski gorionik. Plinski plamenici u malim poduzećima, individualna tehnička kreativnost i u svakodnevnom životu koriste se vrlo široko za ljepilo, metalne i kovačke radove, krovove, nakit, za pokretanje grijaćih uređaja na plin i dobijanje plamena s temperaturom preko 1500 stupnjeva za različite potrebe.

U tehnološkom aspektu, plinski plamen je dobar jer ima visoku sposobnost reduciranja (čisti metalnu površinu od zagađivača i reducira njen oksid u čisti metal), bez pokazivanja zamjetno drugačije hemijske aktivnosti.

U toplinskoj tehnici - plin je visoko energetski intenzivno, relativno jeftino i čisto gorivo; 1 GJ gasna toplota troškovi su u pravilu jeftiniji nego kod bilo kojeg drugog nosača energije, a koksanje plinskih grijača i taloženje čađe u njima je minimalno ili ga nema.

Ali u isto vrijeme, ponovimo zajedničku istinu: oni se ne šale s gasom. Plinski plamenik nije tako kompliciran, ali kako postići njegovu učinkovitost i sigurnost - o tome će se dalje govoriti. S primjerima ispravnog tehničkog izvođenja i preporukama za izradu sami.

Odabir plina

Vlastitim rukama izrađujemo samo plinski plamenik koji koristi propan, butan ili smjesu propan-butan, one. na plinovitim zasićenim ugljikovodicima, i atmosferski vazduh... Kada se koristi 100% izobutan (vidi dolje), moguće je postići temperaturu plamena do 2000 stepeni.

Acetilen omogućava vam da postignete temperaturu plamena do 3000 stepeni, ali zbog svoje opasnosti, visoke cijene kalcijevog karbida i potrebe za čistim kisikom kao oksidacionim sredstvom, praktično je izvan upotrebe i zavarivačke radove... Moguće je nabaviti čisti vodik kod kuće; vodikov plamen iz plamenika s prisilnim promajanjem (vidi dolje) daje temperature do 2500 stupnjeva. No, sirovine za proizvodnju vodika su skupe i nesigurne (jedna od komponenti je jaka kiselina), ali glavna stvar je da vodik nije osjetljiv na miris i okus, nema smisla dodavati mu parfem merkaptana, jer vjerojatnije je da će se vodik širiti za red veličine, a njegovo miješanje sa zrakom u samo 4% već daje eksplozivni plin oksihidrogen, a njegovo paljenje može se dogoditi jednostavno na svjetlu.

Metan ne koriste se u plinskim gorionicima za domaćinstvo iz sličnih razloga; osim toga, vrlo je otrovan. Što se tiče para zapaljivih tekućina, piroliznih plinova i bioplina, pri sagorijevanju u plinskim plamenicima daju ne baš čist plamen s temperaturom ispod 1100 stupnjeva. Zapaljive tečnosti srednje i ispod prosječne isparljivosti (od benzina do mazuta) sagorijevaju se u posebnim tečnim gorionicima, na primjer, u gorionicima za dizel gorivo; alkoholi - u plamenim uređajima male snage, a eteri uopće ne gore - niskoenergetski su, ali vrlo opasni.

Kako postići sigurnost

Kako bi plinski gorionik bio siguran za rad i ne proždirao gorivo uzalud, potrebno je uzeti zlatno pravilo: bez skaliranja i bez ikakvih promjena na crtežima prototipa!

Ovdje je poanta u tzv. Reynoldsov broj Re, koji prikazuje odnos između brzine protoka, gustoće, viskoznosti tekućeg medija i karakteristične veličine područja u kojem se kreće, na primjer. prečnik poprečni presjek cijevi. Re se može koristiti za procjenu prisutnosti turbulencija u toku i njegove prirode. Na primjer, ako cijev nije okrugla i obje su joj karakteristične dimenzije veće od određene kritične vrijednosti, pojavit će se vrtlozi drugog i višeg reda. Fizički istaknuti zidovi "cijevi" možda ne postoje, na primjer, u morskim strujama, ali mnogi njihovi "žarišta" objašnjavaju se upravo prijelazom Re kroz kritične vrijednosti.

Bilješka: za svaki slučaj, za referencu - za plinove vrijednost Reynoldsovog broja pri kojem laminarni tok postaje turbulentan je Re> 2000 (u SI).

Nisu svi domaći plinski plamenici točno izračunati prema zakonima dinamike plina. Ali, ako samovoljno promijenite dimenzije dijelova dobar dizajn, tada Re goriva ili usisani zrak može skočiti izvan granica kojih se pridržavao u autorskom proizvodu, a plamenik će u najboljem slučaju postati zadimljen i proždrljiv, a vrlo moguće i opasan.

Prečnik injektora

Definirajući parametar kvalitete plinskog gorionika je promjer poprečnog presjeka njegove brizgaljke za gorivo (plinska mlaznica, mlaznica, mlaz - sinonimi). Za gorionike s propan-butanom na normalnoj temperaturi (1000-1300 stupnjeva), to se može grubo uzeti na sljedeći način:

• Na toplotna snaga do 100 W - 0,15-0,2 mm.
• Za snagu od 100-300 W-0,25-0,35 mm.
• Za snagu od 300-500 W-0,35-0,45 mm.
• Za snagu od 500-1000 W-0,45-0,6 mm.
• Za snagu 1-3 kW-0,6-0,7 mm.
• Za snagu 3-7 kW-0,7-0,9 mm.
• Za snagu od 7-10 kW-0,9-1,1 mm.

U gorionicima na visokim temperaturama brizgaljke su sužene, 0,06-0,15 mm. Odličan materijal za injektor će poslužiti komad igle za medicinsku špricu ili kapaljku; od njih možete odabrati mlaznicu za bilo koji od navedenih promjera. Igle za naduvavanje loptica su lošije, nisu otporne na toplinu. Koriste se više kao zračni kanali u mikroplamenicima s nabojem, vidi dolje. U držaču (kapsuli) injektora, zapečaćen je čvrstim lemom ili zalijepljen ljepilom otpornim na toplinu (hladno zavarivanje).

Snaga

Ni u kojem slučaju ne smijete napraviti plinski plamenik snage veće od 10 kW. Zašto? Recimo da je efikasnost gorionika 95%; za amaterski dizajn ovo je vrlo dobar pokazatelj. Ako je snaga plamenika 1 kW, tada će se 50 vata potrošiti na samozagrijavanje plamenika. Lemilica od 50 W može da se opeče, ali ne preti nesrećom. Ali ako napravite plamenik od 20 kW, tada će 1 kW biti suvišno, ovo je glačalo ili električni štednjak koji je već ostavljen bez nadzora. Opasnost je pogoršana činjenicom da je njena manifestacija, poput Reynoldsovih brojeva, prag - ili jednostavno vruć, ili se rasplamsava, topi, eksplodira. Stoga je bolje ne tražiti crteže domaćeg plamenika za više od 7-8 kW.

Bilješka: industrijski plinski plamenici proizvode se za snagu do mnogih MW, ali to se postiže preciznim profiliranjem plinskog cijevi, što je nemoguće kod kuće; pogledajte jedan primjer ispod.

Armature

Treći faktor koji određuje sigurnost gorionika je sastav njegove armature i postupak upotrebe. IN opšta šema je li ovo:

1. Plamenik se ni u kom slučaju ne smije gasiti regulacijskim ventilom, dovod goriva se zaustavlja ventilom na cilindru;
2. Za gorionike snage do 500-700 W i visoke temperature (s uskim injektorom, isključujući prijelaz protoka plina Re iznad kritične vrijednosti), napajani propanom ili izobutanom iz cilindra do 5 litara pri spoljna temperatura do 30 stepeni, dopušteno je kombinirati kontrolne i zaporne ventile u jedan - standard na cilindru;
3. U plamenicima snage veće od 3 kW (sa širokim injektorom) ili koji se napajaju iz cilindra većeg od 5 litara, vjerovatnoća prelijevanja Re u 2000. godini je vrlo velika. Stoga je u takvim plamenicima između zapornog i regulacijskog ventila potreban reduktor koji održava pritisak u cjevovodu za dovod plina u određenim granicama.

Koju učiniti?

Plinski plamenici male snage za svakodnevni život i malu privatnu proizvodnju klasificirani su prema pokazateljima performansi. način:

• Visoka temperatura-za precizno zavarivanje, nakit i duvanje stakla. Efikasnost nije važna, morate postići maksimalnu temperaturu plamena za dato gorivo.
• Tehnološki - za bravarske i kovačke radove. Temperatura plamena je vrlo poželjna i nije niža od 1200 stepeni, a pod uslovom ovog gorionika se postiže maksimalna efikasnost.
• Grijanje i krovište - postižu najbolju efikasnost. Temperature plamena su obično do 1100 stepeni ili niže.

Što se tiče načina sagorijevanja goriva, plinski gorionik može se izraditi prema jednom od sljedećih. šeme:

1. Besplatno atmosfersko.
2. Atmosfersko izbacivanje.
3. Supercharged.

Atmosferski

U gorionicima sa slobodnom atmosferom plin gori u slobodnom prostoru; protok zraka osigurava se slobodnom konvekcijom. Takvi plamenici su neekonomični, plamen je crven, zadimljen, pleše i kuca. Zanimljivi su, prvo, jer se bilo koji drugi plamenik može prebaciti u slobodni atmosferski način rada zbog prekomjerne opskrbe plinom ili nedostatka zraka. U njemu se pale plamenici - uz minimalnu opskrbu gorivom i još manji protok zraka. Drugo, slobodan protok sekundarnog zraka može biti vrlo koristan u tzv. gorionike s jednim i po krugom za grijanje, jer uvelike pojednostavljuje njihov dizajn bez žrtvovanja sigurnosti, pogledajte dolje.

Izbacivanje

U plamenicima za izbacivanje, najmanje 40% zraka potrebnog za sagorijevanje goriva usisava protok plina iz mlaznice. Plamenici za izbacivanje su konstrukcijski jednostavni i omogućuju vam da dobijete plamen temperature do 1500 stupnjeva s iskoristivošću preko 95%, stoga se koriste u najvećoj mjeri, ali se ne mogu modulirati, pogledajte dolje. Korištenjem zraka plamenici za izbacivanje dijele se na:

• Jednokružni - sav potreban zrak se usisava odjednom. S pravilno profiliranim plinskim kanalom snage veće od 10 kW, oni pokazuju učinkovitost preko 99%. Ne može se ponoviti vlastitim rukama.
• Dvostruki krug - cca. Ubrizgavač usisava 50% zraka, ostatak u komoru za izgaranje i / ili sagorijevač. Omogućuju vam da dobijete ili plamen na 1300-1500 stepeni, ili CPL preko 95% i plamen do 1200 stepeni. Koristi se na bilo koji od gore navedenih načina. Strukturno, oni su prilično složeni, ali se mogu sami ponoviti.
• Jedno-i pol krug, koji se često naziva i dvokružni-primarni zrak usisava protok iz injektora, a sekundarni zrak slobodno ulazi u ograničenu zapreminu (na primjer, peć peći), u kojem gorivo izgori. Samo jednomodni (vidi dolje), ali strukturno jednostavni, stoga se široko koriste za privremeno pokretanje grejne peći i plinski kotlovi.

Supercharged

U gorionicima sa prisilnim promajom sav zrak, i primarni i sekundarni, potiskuje se u zonu sagorijevanja. Najjednostavniji mikroplamenik sa superpunjenjem za stolno zavarivanje, nakit i rad sa staklom može se napraviti sam (vidi dolje), ali za izradu gorionika za grijanje s nadpunjenjem potrebna je čvrsta proizvodna baza. No, gorionici pod pritiskom omogućuju ostvarivanje svih mogućnosti kontrole načina sagorijevanja; prema uvjetima korištenja dijele se na:

1. Single-mode;
2. Dvostruki način rada;
3. Modulirano.

Kontrola sagorevanja

Kod jednorežimskih plamenika način sagorijevanja goriva određuje se jednom zauvijek konstruktivno (na primjer, u industrijskim plamenicima za peći za žarenje) ili se ručno postavlja, pri čemu se plamenik mora ugasiti ili tehnološki ciklus s njegovom upotrebom mora se prekinuti. Gorionici s dva načina rada općenito rade punom ili polovinom snage. Prijelaz iz načina rada u način rada vrši se u toku rada ili upotrebe. Grijanje (zima - proljeće / jesen) ili krovni gorionici su dvostruki.

U moduliranim plamenicima opskrba gorivom i zrakom glatko i kontinuirano regulirana je automatizacijom, koja radi prema skupu kritičnih početnih parametara. Na primjer, za plamenik za grijanje - prema omjeru temperatura u prostoriji, vanjskom i toplinskom mediju u povratku. Moguć je jedan izlazni parametar ( minimalna potrošnja gasa, najveća temperatura plamena) ili ih može biti i nekoliko, na primjer, pri temperaturi plamena blizu gornje granice, potrošnja goriva je smanjena, a kada padne, temperatura se optimizira za dati tehnološki proces.

Primjeri konstrukcija

Razumevanje dizajna plinski gorionici, idemo putem povećanja snage, to će vam omogućiti bolje razumijevanje materijala. I od samog početka, upoznajmo se sa tako važnom okolnošću kao što je boost.

Mini limenka u spreju

Dobro je poznato kako funkcionira jednonamjenski mini plinski gorionik za rad na stolu koji se napaja limenkom za punjenje upaljača: to su 2 igle umetnute jedna u drugu, poz. A na slici:

Pritisak - iz akvarijskog kompresora. Budući da daje osjetno pulsirajući tok bez otpora raspršivača pod vodom, potreban je prijemnik od 5 litara plina. Soda se u njima ne proizvodi, pa će utikač prijemnika morati biti dodatno zapečaćen sirovom gumom, silikonom ili samo plastelinom. Ako uzmete kompresor za akvarij od 600 litara ili više, a gorivo je 100% izobutan (takve su limenke skuplje od konvencionalnih), možete dobiti plamen iznad 1500 stupnjeva.

Kamen spoticanja pri ponavljanju ovog dizajna su, prije svega, podešavanje opskrbe plinom. Nema problema sa zrakom - njegovu opskrbu postavlja standardni regulator kompresora. Ali podešavanje plina savijanjem crijeva vrlo je grubo, a regulator iz kapaljke brzo ne uspije, također se može koristiti za jednokratnu upotrebu. Drugo, uparivanje plamenika s uloškom - da biste otvorili ventil, morate pritisnuti mlaznicu za punjenje

Prvi, čvor prikazan na poz. B; napravite ga od istog para igala. Prvo morate pokupiti komad cijevi za čahuru, uz malo napora da stane na mlaznicu patrone, a zatim je, također uz malo napora, gurnuti u kanilu igle; možda će ga trebati malo podmazati. No, rukav ne bi trebao visjeti odvojeno na armaturi ili u kanili.

Zatim izrađujemo držač za limenku s vijkom za podešavanje (poz. B), umetnemo limenku, stavimo regulator na armaturu prema poz. B, i okrećite vijak dok se ne postigne potrebna opskrba plinom. Podešavanje je vrlo precizno, doslovno mikroskopsko.

Lemilice

Najlakši način za izradu lemilice je cca. za 0,5-1 kW, ako imate na raspolaganju plinski ventil: ventil za kisik serije VK, iz starog autogena (acetilenska cijev je prigušena) itd. Jedna od mogućnosti za projektiranje lemilice na bazi plinskih ventila prikazana je na Sl.

Njegova karakteristika je minimalan broj klesanih dijelova, pa čak i oni se mogu birati gotovi, a postoje prilično široke mogućnosti za podešavanje plamena pomicanjem mlaznice 11. Materijal dijelova 7-12 je prilično čelik otporan na toplinu; u ovom slučaju prikladan je relativno jeftin St45 temperatura plamena zbog potpuno odsustvo profilisanje kanala za gas i prozora za izbacivanje (koji kao takvi ne postoje) neće prelaziti 800-900 stepeni. Također, zbog činjenice da je ovaj plamenik jednokružni, prilično je proždrljiv.

Dvostruko kolo

Plinski gorionik s dva kruga za lemljenje mnogo je ekonomičniji i omogućuje vam da dobijete plamen do 1200-1300 stupnjeva. Primjeri konstrukcija ove vrste s napajanjem iz cilindra od 5 litara dati su na Sl.

Gorionik s lijeve strane - za izlaz od cca. 1 kW, stoga se sastoji od samo 3 dijela, ne računajući plinsku cijev i ručku, tako da za podešavanje plamena nije potreban poseban ventil. Po želji možete napraviti zamjenjive kapsule za ubrizgavanje za manje snage; potrošnja goriva pri niskim razinama snage značajno će pasti. Jednostavnost dizajna u ovom slučaju postignuta je upotrebom sheme s nepotpunim odvajanjem zračnih krugova: sav zrak se usisava kroz rupe u kućištu, ali dio se odvodi gorućim mlazom plina kroz rupu promjera 12 mm u naknadnom sagorijevanju.

Nepotpuno odvajanje zračnih krugova ne dopušta dosezanje snage veće od 1,2-1,3 kW: Re u komori za sagorijevanje skače "iznad krova", zbog čega počinje gorjeti s eksplozijama do eksplozije, ako pokušate prilagoditi plamen davanjem gasa. Stoga je, bez iskustva, bolje staviti injektor u ovaj plamenik 0,3-0,4 mm.

Plamenik s potpunim odvajanjem zračnih krugova, čiji su crteži dati desno na slici, razvija snagu do nekoliko kW. Stoga je u njegovim armaturama, osim zapornog ventila na cilindru, potreban i ventil za podešavanje. Zajedno s kliznim primarnim izbacivačem, omogućuje regulaciju temperature plamena u prilično širokom rasponu, održavajući minimalni protok pri zadanoj snazi. U praksi, postavljanjem plamena željene jakosti ventilom, pomičite primarni izbacivač sve dok ne ode uski plavi mlaz (jako vruć) ili široki žućkasti mlaz (ne tako vruć).

Za kovanje i kovanje

Potpuno podijeljeni gorionik s dva kruga pogodan je i za kovačke radove. Na primjer, kako izgraditi peć od otpadnog materijala za onu koja je upravo opisana za 10-15 minuta, pogledajte video:

Video: kovanje plina za 10 minuta

Bravarski plinski gorionik posebno za kovačnicu također se može u potpunosti izgraditi dvostruko kolo, vidi dalje. video isječak.

Video: plinski plamenik za kovačnicu "uradi sam"

Konačno, mini plinski gorionik može zagrijati i malu stolnu peć; kako ih sami sastaviti, pogledajte:

Video: DIY mini truba kod kuće

Za fin rad

Ovde na sl. dati crteži plinskog gorionika s ugrađenim upravljačkim ventilom za posebno precizne i zahtjevne radove. Njegova karakteristika je masivna komora za sagorijevanje sa rebrima za hlađenje. Zbog toga se prvo smanjuju toplinske deformacije dijelova plamenika. Drugo, nasumični skokovi u dovodu plina i zraka praktički ne utječu na temperaturu u komori za izgaranje. Kao rezultat toga, uspostavljeni plamen dugo vrijeme održava veoma stabilnim.

Visoke temperature

Na kraju, razmislite o plameniku dizajniranom za stvaranje najvećeg plamena visoke temperature- 100% izobutan bez pritiska, ovaj plamenik daje plamen s temperaturom većom od 1500 stupnjeva - reže čelični lim, topi sve legure nakita u mini loncu i omekšava svako silikatno staklo, osim kvarcnog stakla. Dobar injektor za ovu svjetiljku dolazi iz igle inzulinske štrcaljke.

Grijanje

Ako namjeravate jednom zauvijek prenijeti svoj stari štednjak ili kotao sa drvnog ugljena na plin, nemate drugog izbora nego kupiti modulirajući plamenik sa ventilatorom, poz. 1 na sl. U suprotnom, svaka ušteda na domaćim proizvodima uskoro će biti izjedena prekomjernom potrošnjom goriva.

U slučaju kada je za grijanje potrebna snaga veća od 12-15 kW, a osim toga postoji osoba koja je spremna i sposobna preuzeti dužnost ložišta, regulirajući opskrbu plinom u skladu s vanjskom temperaturom, jeftinija opcija bila bi dvokružni atmosferski gorionik za kotao, čiji je dijagram uređaja dat na poz ... 2. tzv. Saratovski gorionici, poz. 3; izdaju se dana širok raspon kapaciteti se već dugo uspješno koriste u toplinskoj tehnici.

Ako trebate zadržati plin neko vrijeme, na primjer, do kraja sezone grijanja, a zatim započeti rekonstrukciju sustava grijanja, ili započeti na plin, na primjer, seosku peć ili saunu, onda za to za to možete vlastitim rukama napraviti plinski gorionik s jednim i pol kruga. Dijagram njegove strukture i rada dat je u poz. 4. Neizostavni uvjet - peć grijača mora imati duvaljku: ako pustite sekundarni zrak u razmak između ušća peći i tijela plamenika, potrošnja goriva će se značajno povećati. Crtež plinskog gorionika s jednim i po krugom za peć snage 10-12 kW dat je u poz. pet; duguljasti otvori za dovod primarnog zraka moraju biti vani!

Krovište

Plinski plamenik za krovopokrivačke radove sa suvremenim stopljenim materijalima (krovna svjetiljka) nužno se izvodi u dva načina rada: pri pola snage donja se površina zagrijava, a pri punoj snazi ​​premaz se stapa nakon odmotavanja valjka. Odgoda je ovdje neprihvatljiva, stoga je nemoguće gubiti vrijeme na ponovno podešavanje plamenika (što je moguće tek nakon što se ohladi).

Uređaj krovnog plinskog gorionika industrijske proizvodnje prikazan je lijevo na Sl. Dvokružno je prema shemi s nepotpunim razdvajanjem kontura. U ovom slučaju takvo rješenje je dopušteno, budući da gorionik radi puna moć UREDU. 20% ciklusa i njime upravlja obučeno osoblje na otvorenom.

Najteža jedinica krovne lampe, koja se kod kuće teško može ponoviti, je ventil za prebacivanje snage. Međutim, moguće je i bez toga po cijenu blagog povećanja potrošnje goriva. Ako ste glavni svestrani i krovni radovi učinite to sporadično, smanjenje profitabilnosti zbog toga neće biti primjetno.

Ovo rješenje je tehnički izvodljivo u plameniku sa spojenim parovima zračnih krugova, vidi desno na sl. Prijelaz iz načina rada u način rada vrši se instaliranjem / uklanjanjem kućišta unutrašnje konture, ili jednostavno pomicanjem lampe po visini, jer način rada takvog gorionika uvelike ovisi o protutlaku na ispuhu. Za zagrijavanje podloge, lampa se oduzima od nje, a zatim će iz mlaznice otići snažan široki tok ne pretjerano vrućih plinova. A za izlijetanje lampa se približava: zajedno krovni materijalširoka "palačinka" plamena će se proširiti.

Konačno

Ovaj članak pokriva samo odabrani primjeri plinski gorionici. Ukupan broj njihov dizajn samo za "kućni" raspon snage do 15-20 kW izračunat je u stotinama, ako ne i tisućama. Ali nadajmo se da su neke od ovdje opisanih korisne i vama.

John C. Whitehead, Nacionalni laboratorij Lawrence Livermore L-43, poštanski pretinac 808 Livermore, CA 94551 925-423-4847 [zaštićena e -pošta]

Sažetak. Kako se veličina razvijenih satelita smanjuje, postaje sve teže izabrati pogonske sisteme (pogonske sisteme) za njih koji pružaju potrebne parametre za upravljivost i upravljivost. Najmanji sateliti sada tradicionalno koriste komprimirani plin. Kako bi se povećala učinkovitost, a istovremeno smanjili troškovi u usporedbi s hidrazinskim dizelskim gorivom, predlaže se upotreba vodikovog peroksida. Minimalna toksičnost i male potrebne dimenzije instalacije omogućuju ponovljena ispitivanja u prikladnom laboratorijskom okruženju. Opisani su pomaci u jeftinim motorima sa samopritiskom i rezervoarima za gorivo.

Uvod

Klasična tehnologija daljinskog upravljanja dosegla je visoku razinu i nastavlja se razvijati. Sposobna je u potpunosti zadovoljiti potrebe svemirskih letjelica teških stotine i hiljade kilograma. Sistemi koji se šalju letenjem ponekad čak ni ne prođu test. Ispostavilo se da je sasvim dovoljno koristiti poznata konceptualna rješenja i odabrati jedinice testirane u letu. Nažalost, takvi čvorovi su obično preveliki i teški za upotrebu na malim satelitima teškim desetinama kilograma. Kao rezultat toga, potonji su se morali oslanjati uglavnom na motore na komprimirani dušik. Komprimovani azot daje ID od samo 50-70 s [oko 500-700 m / s], zahtijeva teške rezervoare i ima malu gustoću (na primjer, oko 400 kg / m3 pri pritisku od 5000 psi [oko 35 MPa]) . Značajna razlika u cijeni i svojstvima dizelskih motora na bazi komprimiranog dušika i hidrazina tjera nas da tražimo srednja rješenja.

Posljednjih godina obnovljeno je zanimanje za upotrebu koncentriranog vodikovog peroksida kao pogonskog goriva za motore svih veličina. Peroksid je najatraktivniji kada se koristi u novim dizajnom gdje se prethodne tehnologije ne mogu direktno natjecati. Sateliti težine 5-50 kg upravo su takav razvoj događaja. Kao jednokomponentno gorivo, peroksid ima veliku gustoću (> 1300 kg / m3) i specifični impuls (SI) u vakuumu od oko 150 s [oko 1500 m / s]. Iako znatno manji od SI za hidrazin, oko 230 s [oko 2300 m / s], alkohol ili ugljikovodik u kombinaciji s peroksidom mogu podići SI na raspon od 250-300 s [oko 2500 do 3000 m / s] .

Cijena je ovdje važan faktor, jer ima smisla koristiti peroksid samo ako je jeftiniji od izgradnje umanjenih verzija klasične tehnologije daljinskog upravljanja. Smanjenje troškova je vrlo vjerojatno, s obzirom na to da rad s otrovnim komponentama povećava troškove razvoja, testiranja i pokretanja sistema. Na primjer, za testiranje raketni motori postoji samo nekoliko sastojaka o otrovnim komponentama, a njihov se broj postupno smanjuje. Za razliku od toga, dizajneri mikrosatelita mogu sami razviti vlastitu tehnologiju peroksida. Argument o sigurnosti goriva posebno je važan kada se radi o slabo razumljivim opcijama sistema. Mnogo je lakše napraviti takve sisteme ako je moguće provoditi česte jeftine testove. U ovom slučaju, nesreće i izlijevanje komponenti raketnog goriva treba smatrati zdravo za gotovo, baš kao, na primjer, hitno isključivanje računarskog programa tokom otklanjanja grešaka. Stoga su pri radu s otrovnim gorivima standardne metode rada one koje favoriziraju evolucijske, postupne promjene. Moguće je da je upotreba manja otrovna goriva u mikrosatelitima će imati koristi od velikih promjena u dizajnu.

Dole opisani radovi deo su većeg istraživačkog programa čiji je cilj istraživanje novih svemirskih tehnologija za male aplikacije. Kompletni prototipovi mikrosatelita se testiraju (1). Srodne teme vrijedne interesa uključuju male raketne motore sa malim pumpanjem za letove do Marsa, Mjeseca i nazad uz niske finansijske troškove. Takve sposobnosti mogu biti vrlo korisne za slanje malih istraživačkih vozila na putanje polaska. Cilj ovog članka je stvoriti tehnologiju upravljanja pogonom koja koristi vodikov peroksid i ne zahtijeva skupe materijale ili razvojne metode. Kriterij efikasnosti u ovom slučaju je značajna superiornost nad sposobnostima koje pruža PS koristeći komprimirani dušik. Pažljiva analiza potreba mikrosatelita pomaže u izbjegavanju nepotrebnih sistemskih zahtjeva koji povećavaju cijenu sistema.

Zahtjevi za pogonsku tehnologiju

U idealnom svijetu, daljinski upravljač satelita trebao bi biti odabran na isti način kao i današnja računarska periferija. Međutim, daljinski upravljač ima karakteristike koje nema nijedan drugi satelitski podsistem. Na primjer, gorivo je često najmasivniji dio satelita, a njegova potrošnja može promijeniti centar mase svemirske letjelice. Vektori potiska namijenjeni promjeni brzine satelita moraju, naravno, proći kroz središte mase. Iako su pitanja prijenosa topline važna za sve satelitske komponente, oni su posebno izazovni za pogonske sisteme. Motor stvara najtoplija mjesta na satelitu, a u isto vrijeme gorivo često ima uži temperaturni raspon od ostalih komponenti. Svi ovi razlozi dovode do činjenice da zadaci manevriranja ozbiljno utječu na cijeli dizajn satelita.

Ako je za elektronskih sistema Obično se smatra da su karakteristike postavljene, ali za daljinski upravljač to uopće nije slučaj. To se odnosi na sposobnost skladištenja u orbiti, naglo uključivanje i isključivanje, sposobnost da izdrži proizvoljno duga razdoblja neaktivnosti. Sa stajališta inženjera strojarstva, definicija zadatka uključuje raspored koji pokazuje kada i koliko dugo svaki motor mora raditi. Ove informacije mogu biti minimalne, ali u svakom slučaju smanjuju inženjersku složenost i cijenu. Na primjer, daljinski upravljač može se testirati pomoću relativno jeftine opreme, ako za let nije važno zadržati vrijeme rada daljinskog upravljača s tačnošću od milisekundi.

Drugi uvjeti koji obično povećavaju cijenu sistema mogu biti, na primjer, potreba tačno predviđanje potisak i specifični impuls. Tradicionalno, ove informacije dopuštale su primjenu precizno izračunatih korekcija brzine sa unaprijed određenim vremenom pogona. S obzirom na najmodernije senzore i računske mogućnosti dostupne na satelitu, ima smisla integrirati ubrzanje dok se ne postigne zadana promjena brzine. Pojednostavljeni zahtjevi omogućuju vam smanjenje troškova individualnog razvoja. Izbjegava se fino podešavanje pritisaka i protoka i skupa ispitivanja u vakuumskoj komori. Termalni uslovi vakuuma ipak se moraju uzeti u obzir.

Najjednostavniji pogonski manevar je uključiti motor samo jednom, u ranoj fazi rada satelita. U ovom slučaju početni uslovi a vrijeme zagrijavanja daljinskog upravljača najmanje utječe. Otkriveno curenje goriva prije i poslije manevra neće utjecati na rezultat. Takav jednostavan scenarij može biti težak iz drugog razloga, poput velikog potrebnog povećanja brzine. Ako je potrebno ubrzanje veliko, veličina motora i njegova masa postaju još važniji.

Najteži zadaci za rad daljinskog upravljača su desetine ili više kratkih impulsa odvojenih satima ili minutama neaktivnosti tokom mnogo godina. Prolazni procesi na početku i na kraju impulsa, gubici topline u aparatu, curenje goriva - sve se to mora minimizirati ili ukloniti. Ova vrsta potiska tipična je za troosni zadatak stabilizacije.

Periodično uključivanje daljinskog upravljača može se smatrati zadatkom srednje složenosti. Primjeri su promjene u orbitama, kompenzacija atmosferskih gubitaka ili periodične promjene u orijentaciji satelita stabilizirane rotacijom. Ovaj način rada se također nalazi na satelitima koji imaju inercijalne zamašnjake ili su stabilizirani gravitacionim poljem. Takvi letovi obično uključuju kratke periode visoke pogonske aktivnosti. Ovo je važno jer će komponente vrućeg goriva izgubiti manje energije u takvim periodima aktivnosti. U ovom slučaju mogu se koristiti jednostavniji uređaji nego za dugotrajno održavanje orijentacije, pa su takvi letovi dobri kandidati za upotrebu jeftinih sustava za pogon na tekućine.

Zahtjevi za motor koji se razvija

Nizak potisak pogodan za manevre za promjenu orbite malih satelita otprilike je isti kao i na velikim svemirskim letjelicama za održavanje orijentacije i orbite. Međutim, postojeći motori s malim potiskom testirani na letovima obično su dizajnirani za rješavanje drugog problema. Dodatne komponente, poput električnog grijača koji zagrijava sistem prije upotrebe, kao i toplinska izolacija, omogućuju postizanje visokog prosječnog specifičnog impulsa s brojnim kratkim pokretanjem motora. Povećavaju se veličina i težina opreme, što može biti prihvatljivo za velike uređaje, ali nije prikladno za male. Relativna masa potisnog sistema još je manje povoljna za električne raketne motore. Lučni i ionski potisnici imaju vrlo mali potisak u odnosu na masu potiskivača.

Zahtjevi za vijek trajanja takođe ograničavaju dozvoljene težine i dimenzije pogonskog sistema. Na primjer, u slučaju monopolentnog goriva, dodavanjem katalizatora može se povećati vijek trajanja. Motor za kontrolu položaja može raditi ukupno nekoliko sati tokom čitavog vijeka trajanja. Međutim, spremnici satelita mogu se isprazniti za nekoliko minuta ako je potrebna dovoljno velika orbitalna promjena. Da biste spriječili curenje i osigurali da je ventil dobro zatvoren, čak i nakon mnogih pokretanja, nekoliko ventila je postavljeno u nizu u vodove. Dodatna vrata mogu biti nepotrebna za male satelite.

Pirinač. 1 pokazuje da se tekući motori ne mogu uvijek proporcionalno smanjiti za upotrebu s malim pogonskim sistemima. Veliki motori obično dižu 10 do 30 puta veću težinu, a ovaj broj se povećava na 100 za raketne motore na pumpu. Međutim, najmanji motori s tekućinom ne mogu ni podići svoju težinu.

Satelitske motore je teško napraviti malim.

Čak i ako je mali postojeći motor dovoljno lagan da posluži kao glavni manevarski motor za mikrosatelit, gotovo je nemoguće odabrati set od 6-12 tekućih motora za vozilo od 10 kg. Zbog toga mikrosateliti za orijentaciju koriste komprimirani plin. Kao što je prikazano na sl. 1, postoje benzinski motori s omjerom potiska i mase sličnima onima velikih raketnih motora. Benzinski motori su jednostavno magnetni ventil sa mlaznicom.

Osim što rješavaju problem pogonske mase, sustavi na komprimirani plin omogućuju kraće impulse od motora na tekućine. Ovo svojstvo je važno za kontinuiranu orijentaciju tokom dugih letova, kao što je prikazano u Dodatku. Kako se svemirske letjelice smanjuju u veličini, sve kraći impulsi mogu biti dovoljni za održavanje orijentacije s zadanom točnošću za određeni životni vijek.

Iako sustavi sa komprimiranim plinom općenito izgledaju najbolje za male svemirske primjene, spremnici za skladištenje plina su veliki i teški. Savremeni kompozitni rezervoari za skladištenje azota dizajnirani za male satelite teže približno isto kao i sam azot. Poređenja radi, rezervoari za tečna goriva u svemirskim brodovima mogu skladištiti gorivo mase do 30 masa rezervoara. S obzirom na težinu i spremnika i motora, bilo bi vrlo korisno pohraniti gorivo u tekućem obliku i pretvoriti ga u plin za distribuciju između različitih motora za kontrolu položaja. Takvi sistemi su razvijeni za upotrebu hidrazina u kratkim suborbitalnim eksperimentalnim letovima.

Vodikov peroksid kao pogonsko gorivo

Kao gorivo za jedno gorivo, čisti H2O2 razlaže se u kisik i pregrijanu paru na temperaturama nešto iznad 1800F [oko 980C - pribl. per.] u odsustvu gubitaka toplote. Peroksid se obično koristi u obliku vodene otopine, ali pri koncentraciji manjoj od 67%energija razgradnje nije dovoljna da ispari sva voda. Američka testna vozila sa posadom 1960 -ih upotrijebio je 90% peroksida za održavanje orijentacije aparata, što je dalo adijabatsku temperaturu raspadanja od oko 1400 F i specifični impuls u stacionarnom stanju od 160 s. U koncentraciji od 82%, peroksid proizvodi temperaturu plina od 1030F, koja pokreće glavne pumpe motora lansirnog vozila Soyuz. Koriste se različite koncentracije jer cijena goriva raste s koncentracijom, a temperatura utječe na svojstva materijala. Na primjer, aluminijske legure se koriste na temperaturama do oko 500F. Kada se koristi adijabatski postupak, to ograničava koncentraciju peroksida na 70%.

Koncentracija i pročišćavanje

Vodikov peroksid komercijalno je dostupan u širokom rasponu koncentracija, čistoća i količina. Nažalost, male posude s čistim peroksidom koje bi se mogle koristiti izravno kao gorivo praktički nisu dostupne na tržištu. Raketni peroksid je takođe dostupan u velikim bubnjevima, ali možda neće biti lako dostupan (npr. U SAD -u). Takođe, pri radu sa veliki brojevi peroksid zahtijeva posebnu opremu i dodatne sigurnosne mjere, što nije sasvim opravdano ako su potrebne samo male količine peroksida.

Za upotrebu u ovom projektu, 35% peroksida se kupuje u polietilenskim posudama od 1 galona. Prvo se koncentrira na 85%, zatim se pročišćava u instalaciji prikazanoj na Sl. 2. Ova varijacija prethodno korištene metode pojednostavljuje instalaciju i smanjuje potrebu za čišćenjem staklenih dijelova. Proces je automatiziran tako da je potrebno samo svakodnevno punjenje i pražnjenje posuda za dobivanje 2 litre peroksida tjedno. Naravno, ispostavlja se da je cijena po litri visoka, ali puna količina je i dalje opravdana za male projekte.

Prvo, većina vode se isparava u posudama od dva litra na grijaćim pločama u poklopcu dima kroz vremenski kontrolirani period od 18 sati. Zapremina tekućine u svakoj čaši smanjuje se za četiri puta, na 250 ml, ili približno 30% početne mase. Tokom isparavanja, četvrtina originalnih molekula peroksida se izgubi. Stopa gubitka raste s koncentracijom, pa je za ovu metodu praktična granica koncentracije 85%.

Jedinica s lijeve strane je komercijalno dostupan rotacijski vakuumski isparivač. 85% rastvor, koji sadrži oko 80 ppm nečistoća, zagrijava se u količinama od 750 ml u vodenom kupatilu na 50 ° C. Instalacija održava vakuum od najviše 10 mm Hg. Art., Koji omogućuje brzu destilaciju u roku od 3-4 sata. Kondenzat se slijeva u spremnik u donjem lijevom kutu s gubicima manjim od 5%.

Kupka vodene pumpe vidljiva je iza isparivača. U njega su ugrađene dvije električne pumpe, od kojih jedna dovodi vodu u mlaznu pumpu, a druga cirkulira vodu kroz zamrzivač, hladnjak vode rotirajućeg isparivača i samo kupatilo, održavajući temperaturu vode samo malo iznad nule, što poboljšava i kondenzaciju para u frižideru i vakuum u sistemu. Pare peroksida, koje se nisu kondenzirale na hladnjaku, ulaze u kadu i razrjeđuju se do sigurne koncentracije.

Čisti vodikov peroksid (100%) znatno je gušći od vode (1,45 puta pri 20 ° C), pa plutajući stakleni hidrometar (u rasponu 1,2-1,4) obično određuje koncentraciju s točnošću od 1%. I prvobitno kupljeni peroksid i destilirana otopina analizirani su na nečistoće, kao što je prikazano u tablici. 1. Analiza je uključivala emisionu spektroskopiju plazme, ionsku hromatografiju i mjerenje ukupnog organskog ugljika (TOC). Imajte na umu da su fosfat i kositar stabilizatori, dodaju se u obliku soli kalija i natrija.

Tablica 1. Analiza otopine vodikovog peroksida

Sigurnosne mjere pri rukovanju vodikovim peroksidom

H2O2 se razlaže na kisik i vodu, stoga nema dugotrajnu toksičnost i ne predstavlja opasnost po okruženje... Najčešći problem s peroksidom javlja se kada kapljice koje su premale da bi se otkrile dođu u dodir s kožom. To uzrokuje privremene, bezopasne, ali bolne mrlje bez boje koje je potrebno isprati hladnom vodom.

Učinci na oči i pluća opasniji su. Na sreću, pritisak pare peroksida je prilično nizak (2 mmHg na 20C). Ispušna ventilacija lako održava koncentraciju ispod granice disanja OSHA 1 ppm. Peroksid se može uliti između otvorenih posuda preko ladica u slučaju izlijevanja. Za usporedbu, N2O4 i N2H4 moraju se stalno držati u zatvorenim posudama, a pri radu s njima često se koristi poseban aparat za disanje. To je zbog njihovog znatno većeg pritiska pare i granične koncentracije u zraku od 0,1 ppm za N2H4.

Ispiranje prolivenog peroksida vodom čini ga bezopasnim. Što se tiče zahtjeva za zaštitnom odjećom, neudobna odijela mogu povećati vjerovatnoću prolijevanja. Kada se bavite malim količinama, možda bi bilo važnije slijediti pitanja pogodnosti. Na primjer, rad s mokrim rukama pokazao se kao razumna alternativa radu s rukavicama, što čak može dopustiti prolaz prskanja ako procuri.

Iako se tekući peroksid ne raspada u masi kada je izložen izvoru vatre, koncentrirane pare peroksida mogu detonirati uz zanemarivu izloženost. Ova potencijalna opasnost postavlja ograničenje na gore opisanu proizvodnju postrojenja. Proračuni i mjerenja pokazuju vrlo visok stupanj sigurnosti samo za ove male količine proizvodnje. Na sl. 2, zrak se uvlači u vodoravne ventilacijske otvore iza uređaja brzinom od 100 cfm (kubnih stopa u minuti, približno 0,3 kubnih metara u minuti) duž laboratorijske klupe od 6 stopa (180 cm). Koncentracija pare ispod 10 ppm mjerena je neposredno iznad posuda za koncentraciju.

Odlaganje malih količina peroksida nakon razrjeđivanja vodom ne dovodi do posljedica po okoliš, iako je to u suprotnosti s najstrožim tumačenjem pravila o zbrinjavanju opasnog otpada. Peroksid je oksidaciono sredstvo i stoga je potencijalno zapaljiv. To, međutim, zahtijeva zapaljive materijale, a zabrinutost nije opravdana pri rukovanju malim količinama materijala zbog rasipanja topline. Na primjer, vlažne mrlje na tkaninama ili rastresitom papiru zaustavit će dobar plamen jer peroksid ima visoku specifičnu toplinu. Spremnici za skladištenje peroksida trebaju imati otvore ili sigurnosne ventile jer postupno razlaganje peroksida u kisik i vodu povećava pritisak.

Kompatibilnost materijala i samorazgrađivanje tijekom skladištenja

Kompatibilnost koncentriranog peroksida i materijala za izradu uključuje dvije različite klase problema koje treba izbjeći. Kontakt s peroksidom može dovesti do propadanja materijala, kao što se događa s mnogim polimerima. Osim toga, brzina razgradnje peroksida uvelike varira ovisno o materijalima s kojima se dolazi u kontakt. U oba slučaja postoji kumulativni efekat tokom vremena. Stoga, kompatibilnost treba izraziti u smislu numeričkih vrijednosti i razmotriti u kontekstu aplikacije, a ne smatrati kao jednostavno svojstvo koje je prisutno ili ne. Na primjer, komora motora može biti izrađena od materijala koji nije prikladan za upotrebu s rezervoarima za gorivo.

Povijesni rad uključuje eksperimente o kompatibilnosti s uzorcima materijala provedene u staklenim posudama s koncentriranim peroksidom. U skladu s tradicijom, mali uzorci zatvorenih posuda napravljeni su od uzoraka za ispitivanje. Promatranja promjena tlaka i mase posude pokazuju brzinu razgradnje i curenja peroksida. Osim toga, moguće povećanje volumena ili slabljenje materijala postaje vidljivo kako su stijenke posude izložene pritisku.

Fluoropolimeri kao što su politetrafluoroetilen (PTFE), polihlorotrifluoroetilen (PCTFE) i poliviniliden fluorid (PVDF) ne razgrađuju se peroksidom. Oni također usporavaju razgradnju peroksida, pa se ti materijali mogu upotrijebiti za premazivanje spremnika ili međuspremnika, ako im je potrebno skladištenje goriva mjesecima ili godinama. Slično, fluoroelastomerne brtve (iz standardnog Vitona) i fluorirane masti su dobre za produženi kontakt s peroksidom. Polikarbonatna plastika je iznenađujuće otporna na koncentrirani peroksid. Ovaj materijal bez lomljenja koristi se svugdje gdje je potrebna transparentnost. Ovi slučajevi uključuju stvaranje prototipova sa složenim unutrašnjim strukturama i spremnicima u kojima je potrebno vidjeti nivo tekućine (vidi sliku 4).

Razlaganje u dodiru s materijalom Al-6061-T6 samo je nekoliko puta brže nego kod najkompatibilnijih aluminijskih legura. Ova legura je žilava i lako dostupna, dok najkompatibilnijim legurama nedostaje čvrstoća. Izložene površine od čistog aluminija (tj. Al-6061-T6) opstaju mnogo mjeseci u kontaktu s peroksidom. To je unatoč činjenici da voda, na primjer, oksidira aluminij.

Suprotno povijesnim smjernicama, složene operacije čišćenja upotrebom nezdravih sredstava za čišćenje nisu potrebne za većinu aplikacija. Većina dijelova strojeva korištenih u ovom poslu s koncentriranim peroksidom jednostavno je isprana vodom i deterdžentom na 110F. Preliminarni rezultati pokazuju da će ovaj pristup dati gotovo iste rezultate kao i preporučeni postupci čišćenja. Konkretno, ispiranje PVDF posude 24 sata sa 35% dušične kiseline smanjuje brzinu razgradnje za samo 20% u razdoblju od 6 mjeseci.

Lako je izračunati da raspadom jednog posto peroksida sadržanog u zatvorenoj posudi s 10% slobodnog volumena pritisak raste na gotovo 600 psi (psi, tj. Oko 40 atmosfera). Ovaj broj ukazuje da je smanjenje učinkovitosti peroksida pri snižavanju njegove koncentracije znatno manje važno od sigurnosnih razloga tijekom skladištenja.

Planiranje svemirskih letova pomoću koncentriranog peroksida zahtijeva potpuno razmatranje moguće potrebe za rasterećenjem tlaka odzračivanjem spremnika. Ako pogonski sistem počne raditi u roku od nekoliko dana ili sedmica od početka, potrebna prazna zapremina rezervoara može se odmah povećati nekoliko puta. Za takve satelite ima smisla napraviti potpuno metalne tenkove. Period skladištenja, naravno, uključuje i vrijeme predviđeno za operacije prije leta.

Nažalost, formalni propisi o gorivu koji su razvijeni s obzirom na visoko toksične komponente općenito zabranjuju automatske ventilacijske sisteme na letačkoj opremi. Obično se koriste skupi sistemi za nadzor pritiska. Ideja o povećanju sigurnosti zabranom ventilacionih ventila suprotna je uobičajenoj zemaljskoj praksi pri radu sa sistemima fluida pod pritiskom. Ovo pitanje će se možda morati ponovo razmotriti ovisno o tome koja se raketa koristi prilikom lansiranja.

Razgradnja peroksida može se održavati na ili ispod 1% godišnje ako je potrebno. Osim što je kompatibilan s materijalima spremnika, brzina razlaganja jako ovisi o temperaturi. Možda se može ostaviti peroksid na neodređeno vrijeme u svemirskim putovanjima ako se može zamrznuti. Peroksid se ne širi kada se smrzne i ne predstavlja prijetnju ventilima i cijevima, kao što to čini s vodom.

Kako se peroksid razgrađuje na površinama, povećanje omjera volumena i površine može povećati vijek trajanja. Uporedna analiza sa uzorcima od 5 kubnih metara. cm i 300 ccm. vidi potvrdite ovaj zaključak. Jedan eksperiment sa 85% peroksida u rezervoaru od 300 ccm. vidi, napravljeno od PVDF -a, pokazalo je stopu raspadanja pri 70F (21C) od 0,05% sedmično, ili 2,5% godišnje. Ekstrapolacija u spremnike od 10 litara daje rezultat od oko 1% godišnje na 20 ° C.

U drugim usporednim eksperimentima koji koriste PVDF ili PVDF premaz na aluminiju, peroksid sa stabilizatorima od 80 ppm razgrađuje se samo 30% sporije od pročišćenog peroksida. Zapravo je dobra stvar što stabilizatori ne povećavaju u velikoj mjeri rok trajanja peroksida u spremnicima tijekom dugih letova. Kao što je prikazano u sljedećem odjeljku, ovi aditivi ometaju upotrebu vodikovog peroksida u motorima.

Razvoj motora

Planirani mikrosatelit u početku zahtijeva ubrzanje od 0,1 g za kontrolu mase od 20 kg, odnosno otprilike 20 N potiska u vakuumu. Budući da mnoga svojstva konvencionalnih motora od 5 lb nisu bila potrebna, razvijena je specijalizirana verzija. Brojne publikacije su pregledale jedinice katalizatora za upotrebu s peroksidom. Protok mase za takve katalizatore procjenjuje se na oko 250 kg po kvadratnom metru katalizatora u sekundi. Skice motora u obliku zvona korištenih na blokovima Merkura i Centaurusa pokazuju da je samo otprilike četvrtina toga zapravo korištena s naponom upravljanja od približno 4,5 litara. Za ovu primjenu izabran je katalizatorski blok promjera 9/16 "[približno 14 mm]. Maseni protok od oko 100 kg po kvadratnom metru. m u sekundi dat će gotovo 5 kilograma potiska sa specifičnim impulsom od 140 s [približno 1370 m / s].

Katalizator na bazi srebra

Srebrna žičana mreža i posrebrene nikl ploče u prošlosti su se naširoko koristile za katalizu. Niklena žica kao osnova povećava otpornost na toplinu (za koncentracije preko 90%) i jeftinija je za masovnu upotrebu. Za ove studije odabrano je čisto srebro kako bi se izbjegao postupak niklovanja i jer se meki metal može lako rezati na trake, koje se zatim valjaju u prstene. Osim toga, može se izbjeći problem površinskog trošenja. Korištene su lako dostupne mreže s 26 i 40 niti po inču (promjera žice 0,012 i 0,009 inča).

Sastav površine i mehanizam rada katalizatora potpuno su nejasni, što proizlazi iz mnogih neobjašnjivih i kontradiktornih izjava u literaturi. Katalitička aktivnost površine čistog srebra može se povećati primjenom samarijevog nitrata nakon čega slijedi kalcinacija. Ova tvar se razlaže u samarijev oksid, ali može oksidirati i srebro. Drugi izvori osim ovoga odnose se na obradu čistog srebra dušičnom kiselinom, koja otapa srebro, ali je i oksidaciono sredstvo. Još jednostavnija metoda temelji se na činjenici da katalizator od čistog srebra može povećati svoju aktivnost kada se koristi. Ovo zapažanje je testirano i potvrđeno, što je dovelo do upotrebe katalizatora bez samarijevog nitrata.

Srebrni oksid (Ag2O) je smeđe-crne boje, dok je srebrni peroksid (Ag2O2) sivo-crne boje. Ove su se boje pojavljivale jedna za drugom, ukazujući na to da se srebro postupno oksidira sve više. Najtamnija boja odgovarala je najboljim performansama katalizatora. Osim toga, činilo se da je površina sve neujednačenija u usporedbi sa "svježim" srebrom kada se analizira pod mikroskopom.

Pronađena je jednostavna metoda za ispitivanje aktivnosti katalizatora. Pojedinačni krugovi od srebrne mreže (promjera 9/16 "(približno 14 mm)) bili su postavljeni na kapljice peroksida na čeličnoj površini. Svježe kupljena srebrna mreža izazvala je sporo" šištanje ". Najaktivniji katalizator izazvao je strujanje pare puta (10 puta) u roku od 1 sekunde.

Ova studija ne dokazuje da je oksidirano srebro katalizator ili da je primijećeno tamnjenje uglavnom posljedica oksidacije. Također je vrijedno spomenuti da je poznato da se oba srebrna oksida razgrađuju na relativno niskim temperaturama. Višak kisika tijekom rada motora, međutim, može promijeniti ravnotežu reakcije. Pokušaji eksperimentalnog otkrivanja važnosti oksidacije i hrapavosti površine nisu dali nedvosmislen rezultat. Pokušaji su uključivali površinsku analizu pomoću rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS), poznate i kao kemijska analiza elektronske spektroskopije (ESCA). Također su učinjeni pokušaji da se ukloni vjerovatnoća površinske kontaminacije iz svježe kupljenih srebrnih gaza, što bi narušilo katalitičku aktivnost.

Nezavisna ispitivanja pokazala su da niti samarijev nitrat niti njegov čvrsti proizvod razgradnje (koji je vjerojatno oksid) ne kataliziraju razgradnju peroksida. To bi moglo značiti da tretman samarijevim nitratom može djelovati oksidacijom srebra. Međutim, postoji i verzija (bez znanstvenog opravdanja) da tretman sa samarijevim nitratom sprječava prianjanje mjehurića plinovitih produkata razgradnje na površinu katalizatora. U ovom se radu razvoj lakih motora na kraju smatra važnijim od rješavanja zagonetki katalize.

Dijagram motora

Tradicionalno, čelična zavarena konstrukcija koristi se za peroksidne motore. Koeficijent veći od čelika toplinsko širenje srebro dovodi do kompresije srebrnog katalizatora pri zagrijavanju, nakon čega slijede praznine između pakovanja i stijenki komore nakon hlađenja. Kako bi se spriječilo da tekući peroksid zaobiđe rešetke katalizatora kroz ove proreze, obično se koriste O-prstenovi između mreža.

Umjesto toga, u ovom radu postignuti su dobri rezultati korištenjem motornih komora od bronze (legura bakra C36000) na tokarilici. Bronca se lako obrađuje, a osim toga, njen koeficijent toplinskog širenja je blizu koeficijentu srebra. S temperaturom raspadanja od 85% peroksida, oko 1200F (oko 650C), bronca ima izvrsnu čvrstoću. Ova relativno niska temperatura dopušta i upotrebu aluminijske brizgaljke.

Čini se da je ovaj izbor lako obradivih materijala i koncentracije peroksida koji se lako može postići u laboratorijskim uvjetima prilično uspješna kombinacija za provođenje eksperimenata. Imajte na umu da bi se upotrebom 100% peroksida rastopilo i katalizator i stijenke komore. Dati izbor predstavlja kompromis između cijene i efikasnosti. Treba napomenuti da se brončane komore koriste na motorima RD-107 i RD-108, koji se koriste na tako uspješnom nosaču kao što je Sojuz.

Na sl. 3 prikazuje laganu verziju motora, koji je pričvršćen direktno na dno ventila za tekućinu malog manevarskog aparata. Lijevo - 4g aluminijski injektor s brtvom od fluoroelastomera. Srebrni katalizator od 25 grama podijeljen je tako da se može prikazati iz različitih kutova. Desno je ploča od 2 grama koja podržava katalizatorsku gazu. Ukupna masa dijelova prikazanih na slici je približno 80 grama. Jedan od ovih motora korišten je za ispitivanja na zemlji istraživačkog vozila od 25 kg. Sistem je radio kako je planirano, uključujući upotrebu 3,5 kilograma peroksida bez vidljivog gubitka kvalitete.

Komercijalno dostupan magnetni ventil od 150 grama s direktnim djelovanjem s otvorom od 1,2 mm i zavojnicom od 25 ohma, pogonjen izvorom od 12 volti, pokazao je zadovoljavajuće rezultate. Površine ventila u dodiru s tekućinom sastoje se od nehrđajućeg čelika, aluminija i Vitona. GVW je u usporedbi s više od 600 grama za motor od 3 lb [približno 13H] koji se koristio za održavanje orijentacije stupnja Centaurus do 1984.

Testiranje motora

Motor dizajniran za eksperimente bio je nešto teži od konačnog motora tako da se, na primjer, mogao osjetiti učinak veće količine katalizatora. Mlaznica je zasebno pričvršćena na motor, što je omogućilo veličinu katalizatora podešavanjem sile zatezanja vijaka. Nešto uzvodnije od mlaznice bili su priključci za senzore pritiska i temperature gasa.

Pirinač. 4 prikazuje instalaciju spremnu za eksperiment. Izravni eksperimenti u laboratorijskim uvjetima mogući su zbog upotrebe prilično bezopasnog goriva, niskih vrijednosti potiska, rada u normalnim sobnim uvjetima i atmosferski pritisak, i korištenje jednostavnih uređaja. Zaštitni zidovi jedinice izrađeni su od polikarbonatnih limova debljine pola inča (približno 12 mm) na koje se montira aluminijumski okvir, sa dobrom ventilacijom. Ploče su ispitane na slomnu silu od 365.000 N * s / m ^ 2. Na primjer, ulomak od 100 grama, koji se kreće nadzvučnom brzinom od 365 m / s, zaustavit će se ako je površina udara 1 kvadratni metar. cm.

Na fotografiji je komora motora usmjerena okomito, odmah ispod dimnjaka. Senzori pritiska na ulazu u brizgaljku i pritisak unutar komore nalaze se na ploči za vaganje, koja mjeri potisak. Digitalni indikatori radnog vremena i temperature nalaze se izvan zidova jedinice. Otvaranje glavnog ventila uključuje mali niz indikatora. Snimanje podataka vrši se instaliranjem svih indikatora u vidno polje video kamere. Konačna mjerenja izvršena su kredom osjetljivom na toplinu, koja je povučena duž cijele komore za katalizu. Promjena boje odgovara temperaturama iznad 800 F [približno 430C].

Spremnik s koncentriranim peroksidom nalazi se lijevo od vage na zasebnom nosaču, tako da promjena mase goriva ne utječe na mjerenje potiska. Korištenjem referentnih utega, provjereno je da je cijev za dovod peroksida u komoru dovoljno fleksibilna da postigne mjernu tačnost od 0,01 lbf [približno 0,04 N]. Spremnik za peroksid napravljen je od velike polikarbonatne cijevi i kalibriran tako da se promjena nivoa tekućine može koristiti za izračunavanje ID -a.

Parametri motora

Eksperimentalni motor je mnogo puta testiran tokom 1997. Rani pokreti koristili su ograničeni injektor i malu veličinu grla, sa vrlo niski pritisci... Čini se da je efikasnost motora snažno povezana s aktivnošću korištenog jednoslojnog katalizatora. Nakon što je postignuto pouzdano razlaganje, tlak u spremniku je zabilježen na 300 psig [približno 2,1 MPa]. Svi eksperimenti izvedeni su s početnom opremom i temperaturom goriva od 70F [približno 21C].

Početni kratkoročni start proveden je kako bi se izbjegao "mokri" start, u kojem je bio vidljiv ispuh. Obično je početno pokretanje izvedeno unutar 5 s pri brzini protoka<50%, но вполне хватало бы и 2 с. Затем шёл основной прогон в течение 5-10 с, достаточных для полного прогрева двигателя. Результаты показывали температуру газа в 1150F , что находится в пределах 50F от теоретического значения. 10-секундные прогоны при постоянных условиях использовались для вычисления УИ. Удельный импульс оказывался равным 100 с , что, вероятно, может быть улучшено при использовании более оптимальной формы сопла, и, особенно, при работе в вакууме.

Dužina srebrnog katalizatora uspješno je smanjena sa konzervativnih 2,5 "[oko 64 mm] na 1,7" [oko 43 mm]. Konačni raspored motora imao je 9 otvora otprilike 0,4 mm na ravnoj površini injektora. Grlo od 1/8 inča proizvodi potisak od 3,3 lbf pri pritisku u komori od 220 psig i razliku pritiska od 255 psig između ventila i grla.

Destilirano gorivo (Tablica 1) dalo je dosljedne rezultate i dosljedna očitanja tlaka. Nakon pokretanja 3 kg goriva i 10 pokretanja, točka 800F bila je na komori 1/4 inča od površine injektora. Istovremeno, za usporedbu, vrijeme rada motora na 80 ppm nečistoća bilo je neprihvatljivo. Fluktuacije pritiska u komori na frekvenciji od 2 Hz dostigle su 10% nakon što je potrošeno samo 0,5 kg goriva. Temperaturna tačka 800F je više od 1 inča od injektora.

Nekoliko minuta u 10% dušičnoj kiselini dovelo je katalizator u dobro stanje. Unatoč činjenici da je, zajedno sa zagađivačima, otopljeno i nešto srebra, aktivnost katalizatora bila je bolja nego nakon obrade azotne kiseline novog katalizatora koji još nije bio korišten.

Treba napomenuti da, iako se vrijeme zagrijavanja motora mjeri u sekundama, mogući su znatno kraći impulsi ako je motor već zagrijan. Dinamički odziv podsistema potiska tekućine mase 5 kg na linearnom presjeku pokazao je vrijeme impulsa kraće od 100 ms, s odašiljanim impulsom od oko 1 N * s. Konkretno, pomak je bio približno +/- 6 mm pri 3 Hz, s tim da je sistem ograničen kontrolnom brzinom.

Varijante konstrukcije DU

Na sl. 5 prikazuje neke od mogućih pogonskih shema, iako, naravno, ne sve. Svi krugovi fluida prikladni su za upotrebu peroksida, a svaki se može koristiti i za dvokomponentni motor. Gornji red navodi sheme koje se obično koriste na satelitima s tradicionalnim pogonskim gorivima. Srednji red prikazuje kako se sistemi komprimovanog gasa mogu koristiti za orijentacione zadatke. Složeniji rasporedi, koji potencijalno dopuštaju lakšu opremu, prikazani su u donjem redu. Zidovi rezervoara shematski prikazuju različite nivoe pritiska tipične za svaki sistem. Također primjećujemo razliku u oznakama za LPRE i pogonske jedinice koje rade na komprimirani plin.

Tradicionalne sheme

Opcija A je korištena na nekim od najmanjih satelita zbog svoje jednostavnosti, a također i zbog toga što sustavi komprimiranog plina (ventili s mlaznicama) mogu biti vrlo lagani i mali. Ova je opcija korištena i na velikim svemirskim letjelicama, na primjer, sistemu za kontrolu položaja dušika na stanici Skylab 1970 -ih.

Opcija B je najjednostavniji dizajn tečnosti i više puta je letela sa hidrazinom kao gorivom. Gas koji održava pritisak u rezervoaru obično zauzima četvrtinu rezervoara na početku. Plin se postupno širi tokom leta, pa se kaže da je tlak "ispuhan". Međutim, pad pritiska smanjuje potisak i PI. Maksimalni tlak tekućine u spremniku javlja se prilikom pokretanja, što dodaje težinu spremnicima iz sigurnosnih razloga. Nedavni primjer je Mjesečev prospektor, koji je imao približno 130 kg hidrazina i 25 kg pogonske mase.

Opcija C se široko koristi s konvencionalnim otrovnim mono i dvokomponentnim gorivima. Za najmanje satelite, potrebno je dodati pogonski sistem na komprimovani gas kako bi se održala orijentacija, kao što je gore opisano. Na primjer, dodavanjem pogonskog sistema sa komprimovanim gasom opciji C rezultira opcijom D. Ova vrsta pogonskog sistema, na bazi azota i koncentrovanog peroksida, izgrađena je u Laboratoriji Lawrence (LLNL) za sigurno testiranje orijentacionih sistema prototipova mikrosatelita na neotrovna goriva ....

Održavanje orijentacije vrućim plinovima

Za najmanje satelite, kako bi se smanjila opskrba komprimiranim plinom i masa spremnika, ima smisla napraviti sustav orijentacije koji radi na vrućim plinovima. Pri razini potiska manjoj od oko 4,5 N], postojeći sustavi komprimiranog plina su za red veličine lakši od jednokomponentnih raketnih motora na tekuće gorivo (slika 1). Kontrolom protoka gasa može se dobiti manje impulsa nego kontrolom tečnosti. Međutim, komprimirani inertni plin na brodu nije učinkovit zbog velike zapremine i mase spremnika pod tlakom. Iz tih razloga bilo bi poželjno stvarati plin kako bi se održala orijentacija iz tekućine kako se veličina satelita smanjuje. U svemiru se ova opcija još nije koristila, ali je u laboratoriji opcija E testirana pomoću hidrazina, kao što je gore navedeno (3). Nivo minijaturizacije komponenti bio je prilično impresivan.

Kako bi se dodatno smanjila težina opreme i pojednostavio sustav skladištenja, poželjno je potpuno izbjeći spremnike za skladištenje plina. Opcija F je potencijalno zanimljiva za minijaturne peroksidne sisteme. Ako je prije početka rada potrebno dugoročno skladištenje goriva u orbiti, sistem se može pokrenuti bez početnog pritiska. U zavisnosti od slobodnog prostora u rezervoarima, veličine rezervoara i njihovog materijala, sistem se može projektovati tako da bude pod pritiskom u unapred određenom trenutku leta.

Opcija D ima dva nezavisna izvora goriva za manevriranje i održavanje orijentacije, zbog čega je potrebno unaprijed uzeti u obzir protok za svaku od ovih funkcija zasebno. Sustavi E i F, koji proizvode vrući plin za kontrolu položaja iz goriva koje se koristi za manevriranje, imaju veliku fleksibilnost. Na primjer, neiskorišteno gorivo za vrijeme manevriranja može se koristiti za produženje vijeka trajanja satelita koji treba zadržati svoju orijentaciju.

Ideje za samo-punjenje

Samo složenije opcije u posljednjem redu sl. 5 mogu bez spremnika za skladištenje plina i dalje održavati konstantan pritisak dok se gorivo troši. Mogu se pokrenuti bez početnog pumpanja ili pri niskom tlaku, što smanjuje težinu spremnika. Odsustvo komprimiranih plinova i tekućina pod pritiskom smanjuje opasnost od pokretanja. To može dovesti do značajnog smanjenja troškova u onoj mjeri u kojoj se standardna standardna oprema smatra sigurnom za komponente s niskim tlakom i netoksične komponente. Svi motori u ovim sustavima koriste jedan spremnik goriva za maksimalnu fleksibilnost.

Opcije G i H mogu se nazvati "sistemima sa vrućim gasom pod pritiskom" ili "duvanjem i pritiskom", te sistemima "gasom iz tečnosti" ili "sistemima pod pritiskom". Kontrolirani pritisak u spremniku istrošenog goriva zahtijeva mogućnost povećanja pritiska.

Opcija G koristi membranski rezervoar sa otklonom pritiska, pa je pritisak tečnosti najpre veći od pritiska gasa. To se može postići diferencijalnim ventilom ili elastičnom membranom koja odvaja plin i tekućinu. Može se koristiti i ubrzanje, tj. gravitacija u zemaljskim aplikacijama ili centrifugalna sila u rotirajućoj svemirskoj letjelici. Opcija H radi s bilo kojim spremnikom. Posebna pumpa za održavanje pritiska cirkulira kroz generator plina i vraća se do slobodne zapremine u spremniku.

U oba slučaja regulator tekućine sprječava povratne informacije i proizvoljno visoke pritiske. Za normalan rad sistema potreban je dodatni ventil, serijski povezan s regulatorom. U budućnosti se može koristiti za kontrolu pritiska u sistemu do pritiska koji je postavio regulator. Na primjer, manevri promjene orbite će se izvoditi pod punim pritiskom. Smanjeni pritisak omogućit će preciznije usmjeravanje u tri osi uz očuvanje goriva za produženje vijeka plovila (vidi Dodatak).

Pumpe s različitim područjima godinama su eksperimentirale i na crpkama i u spremnicima, a postoji mnogo dokumenata koji opisuju takve dizajne. Godine 1932. Robert H. Goddard i dr. Izgradili su mašinski pumpu za kontrolu tekućeg i plinovitog dušika. Između 1950. i 1970. učinjeno je nekoliko pokušaja u kojima su razmatrane opcije G i H za let u atmosferi. Ovi pokušaji smanjenja volumena izvedeni su kako bi se smanjilo povlačenje. Ovi radovi su kasnije prekinuti širokim razvojem raketa na čvrsto gorivo. U novije vrijeme radilo se na sistemima pod tlakom koji koriste hidrazin i diferencijalne ventile, uz neke inovacije za posebne primjene.

Sistemi za skladištenje tekućeg goriva sa automatskim usisavanjem nisu ozbiljno razmatrani za dugoročne letove. Postoji nekoliko tehničkih razloga zašto je za razvoj uspješnog sistema potrebno osigurati dobro predvidljiva svojstva potiska tijekom vijeka trajanja pogonskog sistema. Na primjer, katalizator suspendiran u potisnom plinu može razgraditi gorivo unutar spremnika. Odvajanje tenkova bit će potrebno, kao u opciji G, kako bi se postigla operativnost na letovima koji zahtijevaju dug period odmora nakon početnog manevriranja.

Radni ciklus potiska je takođe važan iz toplotnih razloga. Na sl. 5G i 5H, toplina oslobođena tokom reakcije u generatoru plina gubi se u okolnim dijelovima tokom dugog leta uz povremeno aktiviranje pogonskog sistema. To je u skladu s upotrebom mekih brtvi za sisteme sa toplim plinom. Metalne brtve na visokim temperaturama imaju puno curenja, ali će im biti potrebne samo ako je radni ciklus daljinskog upravljača kratak. Pitanja o debljini toplinske izolacije i toplinskom kapacitetu komponenata treba razmotriti uz dobro razumijevanje očekivane prirode pogonskog sistema tokom leta.

Motori sa pumpom

Na sl. Pumpa 5J isporučuje gorivo iz rezervoara niskog pritiska u komoru visokog pritiska motora. Ovaj pristup pruža maksimalnu upravljivost i standardan je za etape lansirnih vozila. Brzina vozila i njegovo ubrzanje mogu biti veliki, jer ni motor ni rezervoar za gorivo nisu posebno teški. Pumpa mora biti projektirana za vrlo visok omjer energije i mase kako bi se opravdala njena upotreba.

Iako pirinač. 5J je donekle pojednostavljen, uključen je ovdje kako bi pokazao da se ovo razlikuje od opcije H. U potonjem slučaju, pumpa se koristi kao pomoćni mehanizam, a zahtjevi pumpe se razlikuju od pumpe motora.

Rad se nastavlja, uključujući testiranje raketnih motora koji rade na koncentriranom peroksidu i koriste pumpne jedinice. Moguće je da će lako ponovljivi jeftini testovi motora koji koriste netoksična goriva dovesti do još jednostavnijih i pouzdanijih krugova nego što je to ranije postignuto korištenjem dizajna s hidrazinskim pumpanjem.

Prototip sistema rezervoara sa sopstvenim pritiskom

Iako se nastavlja rad na implementaciji kola H i J na Sl. 5, najjednostavnija opcija je G, koja je prva testirana. Potrebna oprema je nešto drugačija, ali razvoj sličnih tehnologija međusobno pojačava razvojni učinak. Na primjer, temperatura i vijek trajanja fluoroelastomernih brtvi, fluoriranih masti i aluminijskih legura relevantni su za sva tri koncepta sistema.

Pirinač. 6 prikazuje jeftinu opremu za ispitivanje koja koristi pumpu diferencijalnih ventila napravljenu od komada aluminijumske cijevi promjera 3 "[oko 75 mm] s debljinom stijenke 0,065" [oko 1,7 mm], pričvršćene na krajevima između O-prstena. Ovdje nema zavarivanja, što olakšava provjeru sistema nakon testiranja, promjenu konfiguracije sistema i smanjenje troškova.

Ovaj sustav koncentriranog peroksida s tlakom pod tlakom testiran je pomoću komercijalno dostupnih elektromagnetnih ventila i jeftinih alata, baš kao i u dizajnu motora. Približni dijagram sistema prikazan je na Sl. 7. Osim termoelementa uronjenog u plin, temperatura je mjerena i na spremniku i generatoru plina.

Rezervoar je projektovan tako da je pritisak tečnosti u njemu nešto veći od pritiska gasa (???). Brojna lansiranja izvedena su uz početni tlak zraka od 30 psig [približno 200 kPa]. Kad se upravljački ventil otvori, protok kroz generator plina dovodi paru i kisik u kanal za održavanje tlaka u spremniku. Prvi red pozitivnih povratnih informacija iz sistema rezultira eksponencijalnim povećanjem pritiska sve dok se regulator fluida ne zatvori kada dosegne 300 psi [približno 2 MPa].

Osetljivost ulaznog pritiska je neprihvatljiva za regulatore pritiska gasa koji se trenutno koriste na satelitima (slike 5A i C). U sistemu fluida sa sopstvenim pritiskom, ulazni pritisak regulatora ostaje u uskom opsegu. Time se izbjegavaju mnoge složenosti svojstvene konvencionalnom dizajnu regulatora koji se koristi u zrakoplovnoj industriji. Regulator od 60 grama ima samo 4 pokretna dijela, ne računajući opruge, brtve i vijke. Regulator ima fleksibilnu brtvu za zatvaranje nadpritiska. Ovaj jednostavan osno -simetričan dizajn dovoljan je jer tlak ne mora biti na određenim granicama na ulazu u regulator.

Gasifikator je također pojednostavljen zbog niskih zahtjeva za cjelokupni sistem. S razlikom u tlaku od 10 psi, protok goriva je dovoljno mali da omogućuje najjednostavnije konfiguracije mlaznica. Osim toga, odsustvo sigurnosnog ventila na ulazu u generator gasa rezultira samo malim vibracijama reda 1 Hz u reakciji razlaganja. Shodno tome, relativno mali povratni tok tokom pokretanja sistema zagrijava regulator na najviše 100F.

Inicijalni testovi nisu koristili regulator; Istovremeno je pokazano da se tlak u sistemu može održavati u bilo kojem rasponu od dopuštenog trenja brtve do sigurnosnog graničnika tlaka u sistemu. Ova fleksibilnost sistema može se koristiti za smanjenje potrebnog potiska sistema kontrole položaja tokom većeg dijela života satelita, iz gore navedenih razloga.

Jedno zapažanje koje se kasnije čini očiglednim bilo je da se spremnik više zagrijava ako sistem doživi fluktuacije pritiska niske frekvencije kada radi bez regulatora. Sigurnosni ventil na ulazu u spremnik, gdje se dovodi komprimirani plin, mogao bi ukloniti dodatni toplinski tok koji nastaje zbog fluktuacija tlaka. Ovaj ventil bi također spriječio da rezervoar poveća pritisak, ali to nije nužno važno.

Iako se aluminijski dijelovi tope na temperaturi raspadanja od 85% peroksida, temperatura blago pada zbog gubitka topline i isprekidanog strujanja plina. Rezervoar prikazan na fotografiji imao je temperaturu znatno ispod 200F tokom ispitivanja održavanja pritiska. Istodobno, temperatura izlaznog plina prešla je 400F tijekom prilično snažnih izmjena ventila s toplim plinom.

Temperatura izlaznog plina važna je jer ukazuje na to da voda ostaje u sustavu pregrijane pare. Raspon od 400F do 600F izgleda idealno, jer je dovoljno hladan za jeftinu laganu opremu (aluminij i mekane brtve), i dovoljno topao da uhvati značajan dio energije goriva koja se koristi za održavanje orijentacije pomoću plinskih mlaznica. Tokom perioda rada pod sniženim pritiskom, dodatna prednost je što je temperatura svedena na minimum. potrebno kako bi se izbjegla kondenzacija vlage također se smanjuje.

Za rad što je moguće dulje u dopuštenom temperaturnom rasponu, parametri poput debljine toplinske izolacije i ukupnog toplinskog kapaciteta konstrukcije moraju se prilagoditi specifičnom profilu potiska. Očekivano, kondenzirana voda je pronađena u spremniku nakon ispitivanja, ali ta neiskorištena masa predstavlja mali dio ukupne mase goriva. Čak i ako se sva voda iz struje plina koja se koristi za orijentaciju vozila kondenzira, 40% mase goriva i dalje će biti plinovito (za 85% peroksida). Čak se i ova opcija pokazala boljom od upotrebe komprimiranog dušika, jer je voda lakša od skupocjenog modernog spremnika dušika.

Ispitna oprema prikazana na sl. 6 očigledno je daleko od toga da se naziva kompletnim pogonskim sistemom. Tekući motori približno istog tipa kao što je opisano u ovom članku mogu se, na primjer, spojiti na izlaz spremnika, kao što je prikazano na sl. 5G.

Planovi za povećanje pumpe

Za testiranje koncepta prikazanog na Sl. 5H, razvija se pouzdana benzinska pumpa. Za razliku od rezervoara za diferencijalni pritisak, pumpa se tokom rada mora puniti više puta. To znači da će biti potrebni ventili za ispuštanje tekućine, kao i automatski gasni ventili za ispuštanje plina na kraju takta i ponovni tlak.

Planirano je koristiti par pumpnih komora koje rade naizmjenično umjesto minimalno potrebne jedne komore. To će osigurati kontinuirani rad orijentacijskog podsistema na toplom plinu pri konstantnom tlaku. Izazov je biti u mogućnosti parirati tenku kako bi se smanjila težina sistema. Pumpa će raditi na dio plina iz generatora plina.

Diskusija

Nedostatak odgovarajućih opcija daljinskog upravljanja za male satelite nije nov, pa se razmatra nekoliko mogućnosti za rješavanje ovog problema (20). Bolje razumijevanje problema daljinskog upravljanja među korisnicima sistema pomoći će boljem rješavanju ovog problema, a bolje razumijevanje problema sa satelitskim daljinskim upravljanjem sazrijelo je za dizajnere motora.

Ovaj članak istražio je mogućnosti uporabe vodikovog peroksida pomoću jeftinih materijala i tehnika koje se mogu primijeniti u malom opsegu. Dobiveni rezultati mogu se primijeniti i na dizelsko gorivo na bazi jednokomponentnog hidrazina, kao i u slučajevima kada peroksid može poslužiti kao oksidaciono sredstvo u netoksičnim dvokomponentnim kombinacijama. Posljednja opcija uključuje samozapaljiva alkoholna goriva opisana u (6), kao i tekuće i čvrste ugljikovodike, koji se zapale u dodiru s vrućim kisikom koji nastaje razgradnjom koncentriranog peroksida.

Relativno jednostavna tehnologija peroksida opisana u ovom članku može se direktno koristiti u eksperimentalnim svemirskim letjelicama i drugim malim satelitima. Prije samo jedne generacije, orbite niske zemlje, pa čak i duboki svemir istraživane su s gotovo novim i eksperimentalnim tehnologijama. Na primjer, sistem za slijetanje Mjesečevog mjeritelja uključivao je brojne meke pakete koji se danas mogu smatrati neprihvatljivim, ali su bili sasvim odgovarajući za zadatke. Trenutno su mnogi znanstveni instrumenti i elektronika visoko minijaturizirani, ali tehnologija daljinskog upravljanja ne zadovoljava potrebe malih satelita ili malih Mjesečevih sondi za slijetanje.

Ideja je da se prilagođena oprema može dizajnirati za posebne aplikacije. To je, naravno, u suprotnosti s idejom "nasljeđivanja" tehnologije, koja obično prevladava pri odabiru satelitskih podsistema. Osnova za ovo mišljenje je pretpostavka da detalji procesa nisu dobro razumljivi za razvoj i pokretanje potpuno novih sistema. Ovaj je članak potaknut mišljenjem da će mogućnost učestalih jeftinih eksperimenata pružiti potrebno znanje dizajnerima malih satelita. Uz razumijevanje potreba satelita i mogućnosti tehnologije dolazi i do potencijalnog smanjenja nepotrebnih sistemskih zahtjeva.

Zahvalnice

Mnogi su ljudi pomogli u upoznavanju autora s raketnom tehnologijom na bazi vodikovog peroksida. Među njima su Fred Aldridge, Kevin Bolinger, Mitchell Clapp, Tony Friona, George Garboden, Ron Humble, Jordin Kare, Andrew Cubica, Tim Lawrence, Martin Mintorn, Malcolm Paul, Jeff Robinson, John Roosek, Jerry Sanders, Jerry Selura.

Istraživanje je bilo dio programa Clementine II i programa mikrosatelitske tehnologije laboratorije Lawrence, uz podršku istraživačke laboratorije zračnih snaga Sjedinjenih Država. Ovaj rad je korišten iz sredstava američke vlade i izveden je u Lawrence National Laboratory u Livermoreu, Univerzitet u Kaliforniji prema ugovoru W-7405-Eng-48 sa američkim Ministarstvom energije.