ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ФИЛЬТРАЦИИ ТОПЛИВА ЗАПРАВОЧНОЙ СИСТЕМЫ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ

Системы заправки компонентов ракетного топлива состоят из емкостей, коммуникаций, распределительной запорной арматуры (пневмоклапаны, вентили), фильтров, теплообменников, средств дозирования, контроля и регулирования параметров компонентов ракетного топлива.

Поэтому системы заправки требуют постоянной доработки, так как повышенное качество фильтрации компонентов ракетного топлива позволяет сохранить и продлить их работоспособность. Для этого рассматриваются различные способы совершенствования заправочных систем.

Данная работа является продолжением работы [1], где был проведён анализ выбора заправочной системы для космодрома Байконур и замены подвижного типа заправки на стационарный.

Одной из проблем существующей в системе заправки ракеты-носителя является наличие свободной воды и механических примесей, которые являются бракующими факторами при приёме компонента топлива в систему. Для решения этой проблемы проводится выбор варианта очистки нафтила при его перекачке с железнодорожного агрегата и доставки в цистерну-хранилища.

Предлагается рассмотреть существующую систему заправки на космодроме Байконур и варианты модернизации.

За основу рассматриваем вариант фильтрации компонента топлива при заправке нафтила ракеты-носителя «Союз», которая представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Исходный вариант вариант фильтрации компонента топлива

(1 – Ж/Д агрегат доставки компонента топлива; 2 – цистерна-хранилище; 3 – подвижной ж/д агрегат заправки; 4, 9, 10, 12, 13 – клапаны; 5 – стыковочные коммуникации;  6 – фильтр грубой очистки; 7 – фильтр тонкой очистки; 8, 11, 14 – фильтр сепаратор; 15 – РН «Союз»)

Ресурс фильтров составляет около 20 м³, после чего необходимо их заменять на новые фильтроэлементы. Тщательный отстой ж/д агрегата доставки позволит увеличить ресурс работы фильтров.

Для решения проблемы предлагается рассмотреть 2 варианта оптимизации фильтрации компонента топлива.

Вариант первый. Предлагается применение фильтров механической очистки, обезвоживание нафтила проводится в цистерне-хранилище подачей в неё сухого газообразного азота (рис. 2). Но, экспериментальным путём доказано, после проведения трёх циклов осушки необходимо проводить цикл рассыщения.

Рисунок 2. Промежуточный вариант фильтрации КТ

(1 – Ж/Д агрегат доставки КТ; 2 – цистерна-хранилище; 3 – подвижной ж/д агрегат заправки; 4, 8, 9, 11, 12 – клапаны; 5 – стыковочные коммуникации;  6 – фильтр грубой очистки; 7 – фильтр тонкой очистки; 10, 13 – фильтр сепаратор; 14 – РН «Союз»)

Вариант второй. Предлагается наиболее эффективный способ приема необезвоженного нафтила – установка агрегата фильтрации топлива (рис. 3). Применение агрегата фильтрации топлива позволяет производить прием необезвоженного нафтила в любое время года в цистерну-хранилище системы заправки без специальной подготовки ж/д агрегата доставки.

Рисунок 3. Конечный вариант фильтрации КТ

(1 – Ж/Д агрегат доставки КТ; 2 – цистерна-хранилище; 3, 11, 12, 13 – клапаны; 4 – стыковочные коммуникации; 6 –агрегат фильтрации топлива; 7 – электронасос; 5,8 – фильтр грубой очистки; 9 – фильтр тонкой очистки; 10, 13 – фильтр сепаратор; 14 – РН «Союз»)

Для подтверждения выбора оптимального варианта фильтрации на основании априорной информации были построены диаграммы Ганта для существующей системы и предлагаемых вариантов оптимизации.

Суммарное время проведения всех операций: 

Рисунок 4. Диаграмма Ганта для существующего варианта фильтрации компонента топлива РН «Союз»

Суммарное время проведения всех операций: 

Рисунок 5. Диаграмма Ганта для первого предлагаемого варианта фильтрации компонента топлива РН «Союз»

Суммарное время проведения всех операций: 

Рисунок 6. Диаграмма Ганта для второго предлагаемого варианта фильтрации компонента топлива РН «Союз»