автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Исследование низкотемпературных установок на смесях для систем терморегулирования космических аппаратов

На правах рукописи

РГ6 од

САВЕЛЬЕВ Евгений Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ УСТАНОВОК НА СМЕСЯХ ДЛЯ СИСТЕМ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

05.04.03. - Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Авт. реферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва. 1996 г

Работа выполнена в Ракетно-космической корпорации "Энергия" имени С.П.Королева.

Научные руководители: доктор технических наук профессор Боярский М.Ю. кандидат технических наук Никонов A.A.

Официальные оппо'.'нты: доктор технических наук процессе). Бродянский Е.".

кандидат технических наук донент Глухогз С.Д.

Ведущее предприятие: до "Сибкриотехника"

Защита диссертации состоится "_1 " ишя_1996 года

в 00 час. на заседании диссертационного Совета К.053.15.07 в московском государственном техническом университете им. Н.Э.Баумана по адресу: 107005, г.Москва, Лефортовская наб., 'д. 1. корпус факультета "Энергомашиностроение".

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, завере шые печатью, просьба высылать по адресу: 107005, г.Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Автореферат разослан " 3/ • _ 1996г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н. Э. Баумана.-

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук, доцент _ ---В.Н.Козлов

Подписано к печати Обь ¡м печ. 'лист

Тираж (Ш экз. Заказ" N '#9 Типо!раф 1я МГТУ им. Н.Э.Баумана

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

А..туалъность темы. Перспективные направления развития космической техники предусматривают широкое использование низких температур для улучшения характеристик и расширения, функциональных возможностей систем, агрегатов и приборов космических аппаратов (КА) оптико-электронных устройств, бортовых сверхпроводящих систем, систем криостатирования компонентов топлива, а также для обеспечения длительного хранения продуктов и биоматеризлов на Гчрту КА. кондиционирования воздуха в жилых отсеках КА и т.д.

Большинство из указанных задач могут быть решены лишь при использовании активных низкотемпературных систем (НС), для работы которых необходим подвод электроэнергии и сброс тепла в окружающее пространство.

Указанные НС, таким образом, оказываются функционально связанными не только с объектами охлаждения, но и с система:;:! энергопитания (СЭП) и терморегулирования' (СТР) КА.

При жестких ограничениях по массе и энергопотреблении систем К.\ актуальной становится задача построения НС новых типов и развития их внешних связей, позволяющих одновременно обеспечить как высокие надежность и ресурс так и улучшенные массо-энергетичес-кие характеристики СЭП и СТР КА.

Наибольшие возможности для выполнения поставленной задачи открываются при использовс 1ип на борту КА холодильных и криогенных устройств, реализующих дроссельные паро-жидкостные циклы.

Применение d качестве рабочих тел дроссельных НС смесей хла-до- и криоагентов позволяет наиболее эффективно реализовать принципы интегрального (системного) подхода при их разработке.

Впервые основы такого подхода применительно к проектированию бортовых криогенных НС были изложены в работах А.А.Никонова (НПО "Энергия"). Дальнейшее развитие этот подход получил в работах МЭИ. МАИ, НИИ "Шторм" (г. Одесса).

Высокая эффективность применения смесей для получения холода не нова и была доказана многими исследованиями как в нашей стране. так и за рубежом, применительно как к холодильной, так и к криогенной технике.

В бортовых дроссельных НС КА применение МРТ позволяет не только повышать эффективность генераторов холила.но и открывает новые возможности для pa-вития внешних связей НС ка» с объектам!:

1

охла^д-.'.чня, так и с другими системами КА. В частности - появляется возможность объединения в одной установке функций как НС, так и теплового насоса (ТН) для повышения эффективности радиационных теплообменников (РТО) СТР КА.

Цель настоящей работы - исследование возможности улучшения массо-энергетических характеристик СТР КА путем использования смеси хладоагентов в качестве рабочего тела входящей в состав СТР дроссельной НС.

Задачи исследования сформулированы следующим образом:

1. Проведение теоретического анализа термодинамической эффективности паро-жидкостного цикла дроссельной НС. работающей на однокомпонентных хлад <. гентах и МРТ, на основе системного подхода, учитывающего взаимосвязь основных элементов НС.

2. Выбор (синтез) эффективного многокомпонентного рабочего тела для НС КА - блока кондиционирования воздуха ОКС.

3. Проведение экспериментальных исследований характеристик блока кондиционирования воздуха БКВ-3. предназначенного для эксплуатации в составе ОКС "Мир", при работе его на МРТ • и подтверждение достоверности результатов теоретического анализа.

4.Разработка методики расчета массо-энергетических характеристик СТР КА, включающей дроссельную НС, и проведение теоретического анализа СТР. направленного на совершенствование ее характеристик.

В процессе решения сформулированных задач исследования получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

1. На основе проведенного системного анализа термодинамической эффективности дроссельной НС. с использованием универсального пакета прикладных программ для расчета термодинамических и тепло-физических свойств хладоагентов. обоснован выбор бинарной смеси R-218/R-C318 в качестве рабочего тела дроссельной НС обитаемого КА.

2. Впервые экспериментально исследованы и получены рабочие характеристики блока кондиционирования воздуха БКВ-3 при работе его на смеси R-218/R-C3i8.

3. Выявлены взаимосвязи параметров охлаждающего теплоносителя в характерных точках гидравлическог) контура СТР. а также свойств рабочего тела и параметров в ха .актеоных точках цикла НС. позволяющие оптимизировать схему СТР на сснсш выбранной целевой 2

функции - суммарной массы комплекса функционально-взаимосвязанных систем КА.

Автор защищает положения, определяющие научную новизну работы.

Практическая ценость работы:

1. Разработанные расчетные методики и полученные экспериментальные данные могут быть непосредственно использованы в дальнейших исследованиях НС КА. при создании новых низкотемпературных установок, холодильных машин, предназначенных для работы -как в составе КА. так и в народном хозяйстве.

2. Предложено новое рабочее тело для КС КА - смесь R--218/RC318. Указанное рабочее тело может быть использовано также в холодильных машинах, работающих в замкнутых герметичных объемах (в герметичных отсеках транспортных средств - подводных лодок, наземных аварийно-спасательных машин: в медицинских барокамерах и т. п.). к которым предъявляются повышенные требования по обеспечению Физиологической, экологической (озонобезопаснссть) и пожарной безопасности.

3. Показаны возможности повышения эффективности ПС только за счет замены хладоагента. бет конструктивных изменений системы, в том числе - при использовании в НС традиционного теплообу.енника-испарителя с перекрестно-точной схемой движения потоков.

4. Предложена модернизированная схема СТР КА с активной НС на смеси х.^- цоагентов.

Диссертационная работа выполнена в Ракетно-космической корпорации "Энерыя" в рамках тем "Геркулес". "Платан". "Мир", "Альфа".

Результаты диссертационной работы внедрены в Ä0 "Сибкриотех-ника" (г. Омск) при наземно-экспериментальной отработке и анализе телеметрической информации в процессе штатной эксплуатации БКВ-3. при разработке бортового осушителя воздуха БОВ-1 для ОКС "Альфа", а также при разработке систем терморегулирования и кондиционирования воздуха для наземных транспортных средств. Кроме того, материалы диссертации использованы в РКК "Энергия" при разработка бортовых низкотемпературных систем и СТР перспективных КА.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на XII отраслевой научно-технической конференции молодых специалистов и ученых Минобщемаша в НПО "Энергия" (Москва, 1990г.); на отраслевой научно-технической

3

'конференции Минобщемаша "Тепловые режимы космических аппаратов" в ЦНИИМАШ (Москва, 1990 г.); на межвузовском научно-техническом семинаре "Процессы тепломассообмена в машиностроении" в Воронежском ■политехническом институте (Воронеж, 1991 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции "Холод - народному хозяйству" (Ленинград. 1991 г.); на научно-технических семинарах в МГТУ им. Баумана В 1994-1995 г.Г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликивано пять работ, в том числе два патента на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Объем работы - 171 страница машинописного текста, из них основного текста - 109 страниц". 52 рисунка. 12 таблиц. Библиография содержит 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы цели работы, определены пути их достижения, описаны основные результаты с указанием научной новизны, показана научная и практическая значимость выполненного исследования.

В первой главе проанализированы тенденции применения низкотемпературных систем на борту космических аппаратов, осуществлено разделение НС КА по типу и назначению (рис.1), раскрыта структура внешних связей активных НС КА (рис.2), проведена оценка удельных массо-энергетических характеристик существующих активных НС КА и сопоставление их с характеристиками наземных НС; в соответствии с классификацией, предложенной А.А.Никоновым, проведено разделение бортовых НС на служебные и специальные в зависимости от их типа и назначения; изучаемые НС отнесены к служ *бным низкотемпературным системам КА.

Определены целевые функции для рационального (оптимального) проектирования НС. предназначенных для выполнения служебных и специальных задач на борту КА. Такое решение при создании служебной НС КА предполагает достижение высокой эффективности установки с одновременным обеспечением возможно более _высокого температурного уровня отвода теплоты в окружаю 'ую среду и минимального среднесуточного энергопотребления НС. . ои э-ом в качестве целевой Функции предложено использовать массо-ыер 'етический показатель 4

Низкотемпературные системы КЛ

Тип

Пассивные НС

X

Активные НС

Радиационные НС

Криостатиро-вание 03С

НС на запасах

вецеств

II а з н

Криогенные системы

а ч е н и е

Холодильный и морозильные установки

I

Криостатиро-вание 03С.СИ-,

свч- и снч-

уетройств

Криостатиро-вание ОЭС,СП-, СВЧ- и СНЧ-устройств

Хранение продуктов, фотоматериалов, биоматериалов и медицинских препаратов

Системы кондиционирования

Охлаждение и осуиение а т мосферы отсеков КА, охлаждение скафандров, отвод тепла в окрщащуп среду при повышенных значениях То, с.

Рис.1. Схема деления низкотемпературных систем КП но типу и назначении

Системы Kfi - HC НС - охлаждаемые оАьпкты

Рис.2. Структура функциональных связей низкотемпературних систем КП

эффективности комплекса функционально-взаимосвязанных систем КА -низкотемпературной системы, системы терморегулирования и системы энергопитания:

Mjr = Мне + Метр + Мсэп, • (1)

где Мне - масса собственно НС. Метр - масса СТР. эквивалентная отводимой от НС в окружающую среду тепловой мощности, Мсэп - масса СЭП. эквивалентная энергопотреблению НС.

Показано, что улучшение хактеристик дроссельных НС КА связано с применением многокомпонентных рабочих тел (МРТ). Так применение неазеотропных смесей хладоагентов в качестве рабочих тел низкотемпературных систем или тепловых насосов позволяет не только уменьшить энергопотребление установок, снизить тепловые потери в процессах теплообмена с охлаждаемым объектом и теплоносителем контура СТР КА, но создает принципиальную возможность погашения температуры поверхности РТО. При этом открываются возможное™ для улучшения массо-энергетических характеристик комплекса Функционально-взаимосвязанных систем КА - НС, СТР и СЭП.

В конце главы сформулир ваны задачи, подлежащие решению в работе.

Во второй главе проведен анализ термодинамической эффективности дроссельного цикла низкотемпературной системы - кондиционера воздуха i.p-i работе его Не однокомпонентных хладоагентах и МРТ. За основу принят подход, изложенный в работах В. М. Бродянского и развитый позднее М.Ю. Боярским применительно к криогенной технике.

Эксергетический КПД низкотемпературной системы был представлен в виде:

п пк г>"' п""

( е = ( s е {е. (2)

о к /л '

где - адиабатный КПД компрессора, fe - эксергетический КПД низкокотемпературной части системы, включающей, в общем случае. ' регенеративный теплообменники дроссель, ^ - эксергетический КПД теплообменника нагрузки (испарителя).

Такой подход к определению дает возможность на - га-

пе проектирования оценить влияние каждого структурно элемента НС на показатель ее эффективности и обосновать, выбор опти-

мального состава МРТ при заданных внешних условиях.

Использование НС на борту обитаемых КА предъявляет жесткие требования к их рабочим телам по физиологической и пожарной безопасности.

Проведен анализ свойства известных хладоагентов и теплоносителей. отвечающих указанным требованиям. В качестве рабочего тела бортовых дроссельных НС, работающих в составе СТР обитаемых КА. предложена бинарная неазеотропная смесь 1?-218/К-С318 с содержанием (в мас.%) И-218 в пределах от 35% до 80% и И-С318 - от 20:? до 65%. При этом были учтены опыт применения Н-218 в таких системах, как блок кондиционирования воздуха БКВ-3 и бортовой осушитель воздуха БОВа орбитальной космической станции (ОКС) ".Мир", система кондиционирования р эдуха СКВ-1 и бортовой осушитель воздуха • БОВ-1 перспективной ОКС "Альфа", а также изложенные в литературе рекомендации к применению И-С318 на борту различных автономных обитаемых объектов с герметичными отсеками.

Расчеты термодинамических свойств !*-218. К-С318 и их смесей различных концентраций выполнены с использованием различных модификаций уравнения состояния (УС) Редлиха-Квонга. Для расчетов использовался универсальный пакет прикладных программ (ППП). разработанный в МЭИ под руководством М.Ю. Боярского. Сопоставление полученных результатов со справочными данными показало, что за основу может быть принято УС Редлиха-Квонга в модификации Соаве (УС РКС). При этом для расчета свойств смесей Н-218/Н-С318 могут быть использованы рекомендованные в литературе значения к,- 0.021, полученные экспериментально.

На основе системного подхода проведен анализ термодинамической эффективности паро-жидкостного цикла дроссельной НС при работе ее на Н-218, К-С318 и их смесях различных концентраций. Результаты расчетов, представление на рис. 3. подтверждают целесообразность использования смеси для повышения КПД низкотемпературной системы и обеспечения ее эффективной работы при повышенных температурах окружающей среды То.с.

Выявлена зависимость оптимальных составов рабочего тела от То.с. В частности, показано, что при повышении То.с. целесообразно увеличивать содержание в смеси И-С318. Однако, как видно из рис. Зг. переход на чистый 11-С318 не о^еспечивет заданной холодо-производительности системы Оо при не змеиной объемной производительности применяемого компрессора.

В третьей главе приведены резул.>т .ты экспериментального

а) "

7

0,8 0.7

С-.5 G.4 0.3

зп г,..*

Vc.. к

<5)

0.25

г) Эт

'o.e.- 11 ¿DJ J91 XJ з;з

Рис.3. Расчетные зависимости эксеогетических КПЛ низкотемпеоатуо-ных частей НС (а), адиабатного КПП компоессооа (6). суммасного эксеогетического КПП НС (в) и хоподогтоизводитвльности НС (г) от темпеоатуоы окоужаюшей соеды аля оазпичных составов оабочвго тела ниэкотемпеоатуоной системы

исследования характеристик блока кондиционирования воздуха БКВ-3 при работе его на К-218.Н-С318 и их смесях различных концентраций.

Задача эксперимента состояла в том. чтобы проверить правильность полученных результатов теоретического анализа с учетом характеристик реальной бортовой НС КА. Схема БКВ-3 представлена на рис.4. Описаны методика экспериментального исследования и состав экспериментального стенда, схема которого представлена на рис.5.

В результате экспериментов определены холодопропзводи-тельность Оо. энергопотребление компрессорной установки Ик и эк-сергетический КПД '/ блока кондиционирования воздуха для различных составов рабочего тела при изменении температур охлаждаемого воздуха и охлаждающего теплоносителя (То.с.) в диапазоне от 293 до 313 К и влагосодержания охлаждаемого воздуха в диапазоне от 7,0 до 23.5 г/кг сух.возд.

Анализ экспериментальных данных показывает, что выбор оптимального состава рабочего тела, соответствующего максимальной хо-лодопроизводительности, а также максимальному КПД исследуемой НС. существенно зависит от температуры окружающей среды То. с. (рис. 6а, б), что согласуется с результатами теоретического анализа.

Увеличение содержания в смеси фреона К-С318 приводит к. снижению Ик во всем рассматриваемом диапазоне изменения концентраций компонентов смеси (рис.бв). При этом расширяется диапазон работоспособности БКВ-3 как по температуре окружающей среды (до То. с. = 313 К), так и по влагосодержанию охлаждаемого воздуха (до значения (1--- 23,5 г/кг сух.возд. при работе .холодильной машины на чистом Й-С318).

Таким образом, использование бинагчой смеси К-218/й-С318 вместо чистого 11-218 позволяет расширить диапазон То. с.. при котором сохраняется работоспособность кондиционера, снизить энергопотребление компрессорной установки и повысить эффективность холодильной машины в целом.

рассматривая БКВ-3 как составную часть СТР ОКС "Кир" и аналог служебные НС перспективных КА. можно сделать вывод о "-ом, что переход к многокомпонентным хладоаге'>там позволит расширить диапазон работоспособности бортовых НС К по температурам охлаждающего теплоносителя и повысить темпера!/ту злучающей поверхности РТО при минимальных энергозатратах СТР. 10

"одапа твгио-МОС'.ГОЛЯ 7.3 ^ГСК7ЛЛШ0НН0.1

устансЕкя

Рис.4. Схема 5КВ-3: 1 - компоессооная установка. 2 - компоессоо. 3- овгупятоо давления. 4 - оазъемные муфты. 5 - конденсатоо. в -оегенеэативный теплообменник. 7 - лооссель. а - испаоитель. 9 иентообежный аентилятоо. 10 - штуиео откачки конденсата. 11 вентиль установки зежимов. 12 - вантилятоо. 13 - сигналиэатоо давления. 14 - 23 - датчик темпеоатуоы. 24, 25 - полумуфта

Зояа

Рис.5. Схема экспеоиментального стенда: 1 - БКВ-3: 2 - замкнутый воздушный циокуляционный контуо: 3 - иентообежный вантилятоо: 4 -оегулиоуюшая заслонка: 5 - сопло Вентуои: 6 - диЛхЬеоенииальный микооманомето: 7 - электоонагоеватель: 8 - водо-воэдушный теплообменник: 9 - магистоаль подачи водяного паоа: 10 - 12 - вентиль: 13. 15. 16 - маномето: 14 - циокуляиионная установка с охлаждающим теплоносителем: 17. 13 - геометичные полумуфты. 19 - насос откачки конденсата: 20 - меоная емкость: 21 - весы: 22 - манова-куумето: 23 - баллончик для отбооа пооб хладоагента: 24 - датчик влажности: 25. 26 - датчик темпеоатуоы

а)

258 К:

.□-Л- 7,5 Г/:<Г Л - ¡1* 10.0 г/хг о - с/» 13.0 г/хг О-в. 16.5 гЛ

'-цги

Рис.С. Зависимости холодопооизводительности. эксеогетического КПД БКВ-3 и энеогопотоебления комповссооной установки БК8-3 от состава оабочего тела для различных значений темпеоатуоы и влагосолеожания охлаждаемого воздуха

В четвертой главе на основе выбранной целевой функции Mz. с учетом характеристик реального оборудования и результатов эксперимента. проведен анализ массо-энергетических характеристик трех типов СТР НА с дроссельными НС (ТН) на смеси хладоагентов. Схемы СТР представлены на рис.7-9.

Была выделена характерная температура Тз теплоносителя гидравлического контура СТР. определяющая массо-знергетические показатели всего комплекса.

В качестве рабочих тел НС рассматривали ь:

1) R-218 и смесь состава R-218/R-C318 (0.5/0.5 в мольн.долях) в качестве рабочего тела НС для СТР. соответствующей СТР ОКС типа "Мир";

2) смесь состава С3Н8/С4Н10 (0.5/0.5 в мольн.'долях) в качестве рабочего тела НС для двухконтурной СТР КА;

3) смесь состава C3FJ8/C4H10 (0.5/0.5 в мольн.долях) в качестве рабочего тела теплового насоса для СТР КА.

В результате расчетов получены зависимости Мрто, Кк. Мсэп и М от температуры Тз теплоносителя для всех трех тип л СТР (рис. 76. 86. 96).

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том. что целенаправленное формирование рабочей смеси НС (ТН) при соответствующей схеме СТР открывает возможность снижения площади поверхности и массы РТО.

Так для СТР ОКС типа "Мир" использование в качестве рабочего тела НС (блока кондиционирования воздуха) смеси R-218/R-C318 позволяет' в основном снизить лишь энергопотребление и Мсэп. не оказывая заметного влияния на Мрто (рис. 76).

В двухконтурной СТР КА (рис.8а) из гидраглического контура исключен газо-жидкостный теплообменник. В этом случае при неизменных суммарных тепловыделениях объектов охлаждения КА нагрузка на испаритель НС должна возрасти на величину Огжт по сравнению с первым вариантом СТР. В данном случае можно считать, что НС одновременно выполняет и функцию теплового насоса, перенося теплоту от внутреннего воздушного контура к внешнему, гидравлическому контуру СТР, на более высокий температурный уровень. Таким образом в НС реализуется комбинированный цикл холодильной машины и теплового насоса. Такое схемное решение СТР. при использовании смеси СЗН8/С4НЮ в качестве рабочего тела НС, позволяет снизить Мрто на 11...16 % по сравнению со схемой СТР, представленной на рис.7а, и

13

а)

кО»го • '0<*'От

"5 г3

-П45—

б) м,

кг

350

зос

250

--- 5-218/8-0313 (0.5/с.5)

- 8-216

М

Моэп

Мрто

2В5 250

295 300

зс5

310

Рис. 7. Схема СТР ОКС типа "Мио" (а) н зависимости масс М. Мсэп. Мото от тс^мпеоатуоы Тз теплоносителя на выходе из РТО (РТО -оалиаиионный теплообменник: Н - насос. ГЖТ - газо-хидкостный теплообменник: НС - низкотемпеоатуоная система: ТК - топлообменник-конаенсатоо: К - компоессоо: ТР - теплообменник оегенеоативный: Я - дооссель: ти - теплообменник-испаоитель: В1. В2 - вентилятоо: ОТН - объединенный теплообменник нагоузки).

1 1

285 290 295 х0 305 310 т3,к

Рис. в. Схема übvxkohtyc юй СТР с ИС (al.и зависимости масс М. Мсэп. Мото (б) от темпеоатуоы Тэ теплоносителя на выхоле иэ РТО (РТО - оапиаииснный теплообменник: Н - насос: НС - низкотемпеоа-туоная система: ТК - теплообменник-конленеатоо: к - компоессоо: ТР - теплообменник оагенеоативный: П - пооссель: ТИ - тнплообмен-ник-испаоитель: В - вентилятоо: ОТН - обьвлиненный теплообменник

нагоузки).

Рис. 9. Схема СТР с тепловым насосом (а) и зависимости масс М. Мсэп. Мото (6) от темпеоатуоы Тз теплоносителя на выхолв из РТО пои оаботе теплового насоса на смеси C3H8/C4H1О состава (в мольн. полях) 0.5/0.5 ( РТО - радиационный теплообменник: Н1. Н2 - насос: НС - ниэкотемпеоатуоная система: ТК - теплообменник-конлен-сатоо: К - компоессои: TP - теплообменник оегенеоативный: Ü дроссель: ТИ - теплообменник-испаоитель: ТН1 . ТН2.....ТНп - теплообменник нагоузки

lf.

работой НС на R-218. При этом энергопотребления Nk и массы Мсэп в сравниваемых вариантах имеют близкие значения. При использовании МРТ в комбинированном цикле низкотемпературной установки снижение массы Мрто должно быть тем более заметно, чем большую долю будет составлять величина нагрузки на НС (Qo) в суммарном тепловыделении объектов на борту КА.

Предельным случаем является использование теплового насоса для передачи всей теплоты qbh. от тепловыделяющего оборудования КА во внешний контур, имеющий РТО (рис.9а), когда Qo = qbh., а Орто = Ок.

Из представленных на рис.96 зависимостей следует, что использование в СТР теплового насоса, работающего на смеси хладо-агентов, также позволяет уменьшить площадь излучающей поверхности и снизить массу РТО. Однако, такое решение требует увеличения производительности и, следовательно, энергопотребления ТН, по сравнению с рассмотренными выше вариантами СТР. Как следствие этого, для существующих значений ши„. современных КА снижение Мрто на ЗОЯ (при увеличении температуры Тз теплоносителя с 285 до 315 К) будет сопровождаться увеличением Мс-^п на 177%.

ВЫВОДЫ

1. Для повышения эффективности бортовых кондиционеров и осушителей воздуха КА. реализующих паро-жидкостные дроссельные циклы, и улучшения массо-энергетиче лих характеристик СТР и СЭП КА в качестве рабочего тела указанных НС может быть предложена смесь R-218/R-C318.

2. Замена R-218 на смесь R-218/R-C318 в существующей НС КА -блоке кондиционирования воздуха БКВ-3 орбитальной космической станции "Мир"" поз оляет улучшить энергетические характеристики ЕКВ-3 без какой-либо модификации применяемого оборудования.

Смесь R-218/R-C318 может служить озонобезопасным хладоагентом наземных транспортных и стационарных низкотемпературных установок.

3. Диапазоны оптимальгчх составов МРТ соответствуют определенным значениям То.с. - температуры охлаждающего теплоносителя и охлаждаемого воздуха. Так для БКВ-3 при То.с.= 298 К наибольшие значения холодопроизводительности и эксергетического КПД достигаются при работе на смеси R-218/R-C318 с содержанием R-C318 от 0.05 до 0.15 мольн. долей. При повышении То.с. до 313 К максимальные

17

•значения указанных характеристик НС достигаются при работе на смеси R-.218/R-C318 с содержанием *R-C3i8 от 0,35 до 0.45 мэльн. долей. Таким образом, при существенном .изменении То.с. необходима соответствующая корректировка состава смеси.

4. Для повышения температуры поверхности и снижения массы РТО целесообразна установка конденсатора НС в гидравлическом контуре СТР на входе в РТО. При этом использование МРТ в дроссельной НС позволяет расширить диапазон работоспособности НС по То.е.. увеличить холодопроизводитальность НС. перенеся часть тепловой нагрузки с теплообменников гидравлического контура СТР (ГЖП на теплообменник-испаритель НС. без увеличения энергопотребления НС.

5. Применение смесей хладоагентов в НС КА и установка конденсатора НС на входе в РТО позволяет поднять общий уровень температур в гидравлическом контуре СТР без ухудшения температурных режимов работы бортового оборудования. В результате снимется вероятность конденсации влаги из атмосферы обитаемого отсека ОКС на магистралях гидравлического контура СТР, что способствует снижению коррозии последнего и увеличению ресурса СТР.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. Возможности реализации системного подхода при разработке дроссельных рефрижераторов на смесях для автономных обьектов / Е.Г.Савельев, А.А.Никонов, М.Ю. Боярский и др. - М.. 1991.- 19 с. (деп. ЦНТИ "ПОИСК", N 035-4772).

2. Пат. 1781279 РФ, МКИ С09 К5/00, УДК 621.564 (.138.8). Рабо-„ чая смесь для холодильных машин/ Е.Г.Савельев, А.А.Никонов. Ы.Ю.

Боярский и др.// Изобретения: Официальный патентный Сдплетень. -1992 - N 46.

3. Влияние температуры окружающей среды на энергетические характеристики парокомпрессионных холодильных установок с одноступенчатым 'сжатием/ Е.Г.Савельев, А.А.Никонов. М.Ю.Боярский и др. // Холод - народному хозяйству: Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. - Л.. 1991. - С. 123-124.

4. Расчетно-экспериментальные характеристики паро-жидкостно-го цикла и кондиционера при работе на смеси R-218 и R-C318 /Е.Г. Савельев, А.А.Никонов, М.Ю. Боярски^ и др. - М., 1992. т 29 с. (деп. ЦНТИ "Поиск", N 035-4797).

5. Пат. 2009411 С1 РФ. МКИ F25 В9/00. Система термостатиро-вания обьекта с криоэлектронным прибором/ Е.Г.Савельев. В.И.Велю-ханов. А.А.Никонов // Изобретения: Официальный патентный бюллетень Комитета РФ по патентам и товарным знакам. - 1994. - N 5. 18 ' ■