3.8.1. Хранение криогенных компонентов топлива

Для обеспечения заправки РКН в резервуарах хранилища стартового комплекса в заданное время должно быть накоплено необходимое количество компонентов ракетного топлива, обеспечивающее выполнение принятых технологических операций при подготов­ке РКН к пуску и ее пуске.

При определении этого количества должны быть учтены: заправляемая в ракету доза; потери продукта, вызванные «стоянием» ракеты на старте в заправленном состоянии (выки­пание компонента); потери при сливах и повторных заправках; потери на захолаживание на­земной системы, коммуникаций и баков РКН; потери продукта в хранилище и другое.

Исследования и практический опыт работы с криогенными продуктами показали наличие расслоения температур по высоте столба жидкости в резервуаре. Обнаружено повышение температуры в поверхностном слое по сравнению с температурой основной массы продукта, что вызывает существенное нарастание давления в резервуаре и сокра­щение времени бездрснажного хранения. Перемешивание жидкости снижает это давле­ние, что характерно для транспортировки жидкости из-за ее колебаний.

При спокойном хранении жидкого продукта в резервуаре реализуется свободное конвективное движение, которое зависит от времени, геометрических размеров резервуа­ра, распределения притока тепла по поверхности, теплофизических свойств компонента и его паров, степени заполнения резервуара и начального распределения температуры в нем. Наиболее важными составляющими, от которых зависит температурное расслоение, являются степень заполнения резервуара, отношение уровня заполнения к линейному раз­меру, отношение коэффициентов теплопроводности внутренней оболочки резервуара и жидкого продукта и их теплоемкостей [3].

Физический процесс формирования полей температуры можно представить следу­ющим образом. Температурное расслоение вызывается движением нагретой жидкости вверх вдоль боковых стенок резервуара и вдоль поверхности раздела фаз «жидкость — пар». По поверхности раздела жидкость течет к центру резервуара, смешиваясь с нагретой. В результате конвективного перемешивания вверху резервуара образуется слой жидкости, в котором имеется значительный градиент температур в вертикальном направлении. В нижней части резервуара существует область однородной по температуре жидкости.

Для инженерных расчетов роста давления при закрытом газосбросе используют экспериментальные данные, полученные при отработке как вертикальных, так и горизон­тальных резервуаров, что позволило получить ряд эмпирических уравнений, достаточно хорошо совпадающих по результатам с экспериментальными данными. Эти эмпиричес­кие расчетные формулы приведены в литературе [4].

Проведенные теоретические исследования и экспериментальные работы способствовали созданию современных конструкций криогенных резервуаров для различных жидкостей -горизонтальных, вертикальных, сферических. В них оценена скорость роста давления при хранении продукта, величина температурного расслоения, оптимальная степень заполнения. Созданные для ракетно-космической техники криогенные резервуары имеют минимальные величины расслоения криогенных жидкостей в процессе хранения компонентов на СК. Как уже отмечалось, методы борьбы с температурными расслоениями основаны на перемешивании жидкости в процессе хранения. Такая возможность перемешивания жидкости обычно предусматривается пневмогидравлической схемой заправочной систе­мы за счет проведения циркуляции продукта через резервуар, либо перекачкой его из од­ного резервуара в другой.