Мар 29

Утечка в космическое пространство

Использование утечки из отсеков космического корабля представляет собой уникальный метод регулирования уровня загрязняющих примесей в атмосфере кабины. Несмотря на то, что космический корабль конструируется так, чтобы устранить утечку из него газов, какая-то минимальная утечка все же неизбежна. Она может приобрести существенное значение для регулирования содержания многих загрязняющих примесей в зависимости от интенсивности их образования. Как видно из рис. 26, утечка из кабины космического корабля 22,7 г/час достаточна для поддержания уровня окиси углерода и аммиака ниже максимально допустимой концентрации, если скорость их образования не превышает соответственно 4,25 * 10-3 и 2,72 *10-3 г/час (данные приводятся для атмосферы из 50% О2 и 50% N2 при давлении 362 мм рт. ст.).

Рис. 26. Регулирование уровня загрязняющих примесей по максимально допустимой концентрации с помощью утечки газов из кабины:

подпись: !

1 – фтористоводородная кислота (максимально допустимая концентрация), 2 мг/м3;2 – хлористоводородная кислота, 7 мг/м3; 3 – двуокись азота, 9 мг/м3; 4 – сероводород, 30 мг/м3; 5 – аммиак, 70 мг/м3; 6 – бензол 80 мг/м3; 7 – окись углерода, 110 мг/м3;8 – метиловый спирт, 260 мг/м8; 9 – толуол, 750 мг/м3; 10 – хлористый винил, 1300 мг/м3; 11 – этиловый спирт, 1900 мг/м3

Недостатком утечки в качестве способа регулирования уровня загрязнения считается невозможность быстро реагировать на внезапное увеличение содержания загрязняющих примесей, а также необходимость запасов свежих газов, вызывающих увеличение веса корабля. В качестве примера рассмотрим случай, при котором окись углерода образуется со скоростью 4,5 * 10-3 г/час в кабине объемом 158,6 м3 (рис. 27).

Рис. 27. Регулирование содержания СО путем утечки газа из кабины космического корабля

Предположим, авария привела к внезапному увеличению содержания окиси углерода втрое по сравнению с максимально допустимой концентрацией. Уровень загрязняющих примесей уменьшается при скорости утечки 45 и 90 г/час с условием полного перемешивания газов в кабине (давление атмосферы из 50% О2 и 50% N2 равно 362 мм рт. ст., температура 26,7°С). Скорость понижения концентрации примесей можно увеличить, применив специальный продувочный клапан для повышения скорости утечки. Понижение уровня загрязнения до 0,5; 0,3 в 0,1 исходной концентрации потребует выброса наружу газа, общий объем которого составляет 0,7; 1,2 и 2,3 объема кабины. Таким образом, с точки зрения весовых преимуществ, оказываются выгодными использование членами экипажа космических скафандров и разгерметизация всей кабины.

Обычная фильтрация

Поскольку аэрозоли токсичны, что особенно опасно при пониженной или нулевой гравитации, желательно удалять из атмосферы кабины частицы любых соединений. Большую часть аэрозолей можно удалять фильтрацией. В основном диаметр частиц аэрозолей не превышает 0,1 –1,0 мк. Доступные в настоящее время высокоэффективные воздушные фильтры задерживают частицы размером до 0,3 мк, имея КПД 99,7%. А так как размер большинства аэрозолей превышает 0,35 мк, такая фильтрация в огромной степени уменьшит опасность отравления аэрозолями.

Адсорбция древесным углем

Активированный древесный уголь использовался на кораблях «Меркурий» как основная система удаления загрязняющих примесей. Такова же цель его использования на кораблях «Джеминай» и «Аполлон». Активированный древесный уголь – эффективный адсорбент многих органических соединений, включая углеводороды со средней и высокой температурой кипения, спирты, кетоны, альдегиды, меркаптаны, органические кислоты, галогенизированные соединения и озон. Многие из перечисленных в табл. 6 адсорбируемых соединений были обнаружены в атмосфере кабин космических кораблей или их присутствие в них предполагается. Недостаток системы, использующей активированный древесный уголь, состоит в низкой эффективности удаления окиси углерода, водорода и метана. На случай большей скорости образования этих веществ по сравнению со скоростью их утечки необходимо предусмотреть какую-то дополнительную систему.

Таблица 6

Адсорбция соединений активированным углем

30 весовых % и выше

15 весовых %

8 весовых % и ниже

Уксусная кислота

Масляная кислота

Дихлорэтан

Эфирные масла

Индол

Смазочные масла

Меркаптаны

Нитрометан

Путресцин

Скатол

Серная кислота

Толуол

Бензол

Метанол

Этанол

Ацетон

Акролеин

Бактерий:

Масляный альдегид

Сернистый углерод

Хлор

Этиламин

Окись этилена

Муравьиная кислота

Фреоны

Сернистый водород

Азотная кислота

Фосген

Трехокись серы

Амины с низким молекулярным весом

Аммиак

Формальдегид

Хлористый водород

Фтористый водород

Двуокись серы

Окись азота

Сжигание с добавлением катализаторов

На подводных лодках и самолетах для очистки воздуха использовались каталитические горелки. В основном с их помощью регулировалось содержание окиси углерода и водорода путем окисления этих газов до углекислого газа или воды. Предполагалось, что таким способом можно регулировать уровень других загрязняющих примесей, подобрав соответствующую температуру горелки и оптимальный катализатор. В идеальном случае катализатор должен обеспечить максимальную эффективность полного окисления при минимально возможной температуре. Кроме того, катализатор должен оказывать воздействие на многие углеводороды и обладать высокой сопротивляемостью заряжению.

В качестве такого катализатора наиболее часто применяется гопкалит – осаждаемая смесь марганца и окиси меди. Нормальный срок действия этого катализатора 1000 час. Несмотря на то, что гопкалитовая горелка вполне пригодна для окисления окиси углерода и водорода, она имеет целый ряд эксплуатационных ограничений. Обнаружено, что катализатор – гопкалит оказывается неэффективным в присутствии водяных паров при температуре ниже 120°С. Кроме того, существует опасность взрыва в случае контакта газообразного водорода с поглощенными и непрореагировавшими углеводородами. Помимо этого каталитическая горелка может окислять относительно безвредные газы до токсических продуктов. Например, на подводных лодках наблюдались случаи разложения фреона с образованием соляной и фтористо-водородной кислот, а также разложение аммиака до окислов азота. Можно сделать вывод о том, что если загрязнение углеводородами весьма сложно с точки зрения их удаления, то можно сконструировать горелку, окисляющую их до легко удаляемых углекислого газа и воды.

Описание системы

Потенциальная скорость образования окиси углерода, метана и (или) водорода в современных космических кораблях превышает скорость, которую можно регулировать утечкой газов из кабины. Система регулирования уровня загрязняющих примесей считается наиболее рациональной, с точки зрения современного опыта космических полетов. Она состоит из патрона с активированным древесным углем и гопкалитовой горелки с соответствующими фильтрами, клапанами и трубопроводами (рис. 28).

Рис. 28. Схема подсистемы удаления загрязняющих веществ:

1 – регенератор; 2 – быстроразъемное, соединение и отсечный кран;

3 – регулятор потока; 4 – отсечный кран; 5 – фильтр; 6 – активированный древесный уголь; 7 – гопкалитовая горелка; 8 – электронагреватель

Активированный древесный уголь, адсорбирующий большую часть органических, токсических и пахучих веществ из атмосферы кабины, размещается в полом цилиндре внутри патрона. Поток воздуха проходит снаружи цилиндра внутрь сквозь слой угля толщиной 2,5 см. В случае необходимости часть воздуха, выходящего из адсорбера, можно затем пропускать последовательно по трубопроводу через теплообменник, электронагреватель и гопкалитовое устройство. Температура воздуха на входе в гопкалитовое устройство составляет почти 400°С. Горячий технологический воздух, идущий от катализатора, прежде чем вновь возвратиться в основной контур регулирования атмосферы кабины, охлаждается входящим воздухом в регенераторе. Практически, регенератор, нагреватель и гопкалитовое устройство можно разместить в кожухе в виде единого элемента. На выходе каждого элемента устанавливаются фильтры для улавливания содержащихся в воздушном потоке взвешенных частиц. Регулирование всех агрегатов может осуществляться автоматически с помощью аппаратуры, контролирующей состав атмосферы кабины.

Воздух циркулирующий через гопкалитовую установку, сначала частично счищается в патроне с активированным углем для снижения нагрузки на гопкалитовую горелку. У выхода из гопкалитовой установки ставится фиберглассовый фильтр для того, чтобы в технологический воздух не попадали частицы катализатора.

Рис 29. Регулирование содержания окиси углерода сжиганием с добавлением катализаторов

Из установки воздух возвращается в основной поток, создаваемый вентилятором, причем большая его часть проходит через основной фильтр В древесным углем, а затем попадает в кабину. Необходимая скорость циркуляции через гопкалитовую установку зависит от объема кабины, концентрации примесей и максимально допустимого интервала времени, в течение которого человек может; подвергаться воздействию примесей в данной концентраций без вредных последствий. На рис. 29 графически изображено влияние скорости газового потока через гопкалитовую горелку на реагирование системы в том случае, когда в результате аварии содержание примесей внезапно поднимется до уровня, втрое превышающего максимально допустимый. Система, сконструированная для регулирования такой ситуаций, должна обеспечивать скорость потока не менее 0,51 м3/мин. Пример взят для кабины объемом 158,6 м3, скорость образования окиси углерода составляет 4,5 • 103 г/час; КПД каталитической горелки 0,9; устойчивая концентрация окиси углерода 2,966; 0,989; 0,330 и 0,165 мг/м3 отмечается при скорости потока через горелку 0,02; 0,08; 0,25 и 0,51 м3/мин.

Похожие статьи:

  1. Вредные примеси в кабине самолета На здоровье и работоспособность человека может существенно влиять загрязнение воздуха...
  2. Методы удаления из атмосферы загрязняющих примесей Проблема загрязнения атмосферы вредными веществами относится к любой замкнутой или...
  3. Выделение кислорода из углекислого газа После того, как научились удалять углекислый газ из воздуха кабины...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.