Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей, страница 6

Ранна Рис. !. !8. Схема системы питания ЖРЛ с автономной турбиной при насосной подаче олнокомпонентного топлива в газогенератор: ! — аккумулятор; 2 — редунцнониый клапан; 3 — бак с рабочим «омпоненгом; 4 — насос рабочего компонента; б — насос однокомпоиенгиого топлиаа турбины; б— бак гоплиеа для турбины; 7 — гааагенера. гор; а — турбина 25 к массе газа, т. е. единице расхода газа должна соответствовать возможно большая мощность. Получить большую работу с единицы массы газа можно, если газ имеет высокую энергию. Так как температура газа ограничена прочностью турбины, то увеличить энергию газа можно увеличением его давления. Давление на выходе из автономной турбины сравнительно невелико (0,2 ...

0,5 МПа), поэтому при высоком давлении газа на входе автономная турбина имеет большую степень понижения давления 6. Обычно 6 =- 20 ... 50. Таким образом, автономная турбина является малорасходной, с большой степенью понижения давления 6. Напомним, что в случае предкамерной турбины 6 =- =- 1,3 ... 1,8. Насосы в системе питания с автономной турбиной должны обладать высоким КПД, так как уменьшение КПД увеличивает затрачиваемую мощность на их привод и соответственно расход газа через турбину, Относительный расход газа на автономную турбину 1отношение расхода через турбину к общему расходу компонентов) зависит от тяги двигателя и давления в камере сгорания и составляет 2 ...

6 '~о. Примерно настолько же падает удельный импульс двигателя с автономной турбиной. 2. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ЛОНАТОЧНЪ|Х МАШИН 2. !. КЛАССИФИКАЦИЯ 2. !. !. Машины-двигатели и машины-исполнители Центробежный насос, осевой насос и осевая турбина являются преимущественными видами машинных агрегатов, используемых в системах питания ЖРД, Кроме того, в системах питания )КРД находят применение радиальные центростремительные турбины.

Все эти агрегаты по принципу действия являются лопаточными машинами. Рассмотрение общей теории лопаточных машин позволит выявить общие закономерности, необходимые для понимания процессов, происходящих в лопаточных машинах различных типов, составляющих турбонасосные агрегаты уКРД. В технике под терминами «лопаточная машина», «лопастная машина» или «турбомашина» понимают машину, в которой происходит преобразование внешней механической энергии (энергии на валу) в энергию протекающей жидкости (газа) или, наоборот, — преобразование энергии жидкости (газа) во внешнюю механическую энергию, совершаемое при обтекании потоком жидкости вращающейся лопаточной решетки (лопаточного венца). Вращающаяся лопаточная решетка является рабочим органом машины, откуда и происходит название «лопаточная машина».

Лопатки укреплены на диске колеса. Диск с лопатками будем называть рабочим колесом. Окончательно определение лопаточной машины можно сформулировать так: л о п а т о ч н а я м а гп и н а — э т о м а ш и н а, в которой происходит изменение энергии потока жидкости или газа в процессе обтекания лопаток вращающегося рабочего колеса. На рис.

2.1 приведена упрощенная схема рабочего колеса лопаточной машины. На валу укреплено рабочее колесо. Колесо вращается с угловой скоростью го, следовательно, любая точка колеса движется с окружной скоростью (2.1) где т( — радиус выбранной точки. и л 'а ! г~ и " Под жидкостью в этом разделе будем понимать движущуюсн среду. Она может быть капельной жидкостью или газом (паром).

Ю1 Рнс. 2Л. Схема рабочего колеса лопаточкой машины: а — мерилнанальное сечение; б — проекция в плане; з — развертка поверхности враще. ния с образу!ощеа  — В; а — поверхность тока 11 — !1 (выход из колеса). Обычно рабочее колесо лопаточной машины изображается меридиональным сечением (см. рис. 2.1, а), т. е. сечением плоскостью, проходящей через ось (на рис. 2.1 сечение по А — А), и проекцией на плоскость, совпадающую с плоскостью вращения (см. рис. 2.1, б). Но это часто не выявляет формы лопаток, поэтому пользуются дополнительным сечением, а именно сечением поверхностью, представляющей собой поверки<>сть вращения, образующая которой совпадает со средней линией меридионального сечения (линия  — В на рис, 2.1, а).

В тех случаях, когда эта поверхность является плоской, цилиндрической или конической, ее развертка изображается на плоскости чертежа без искажения. Обычно, чтобы получить плоскостное изображение сечения лопаток, более сложные поверхности, проходящие через оси каналов, заменяют участками конических или цилиндрических поверхностей. На рис. 2.1, в для показа сечений лопаток изображена развертка поверхности вращения с образующей  — В (для изображения на плоскости поверхность вращения с криволинейной образующей заменена конической поверхностью).

При этом сечения лопаток образуют плоскую решетку профилей. Лопаточные машины широко применяются в технике и имеют различное назначение и конструктивное выполнение. Ввиду многообразия лопаточных машия проведем их классификацию по ряду наиболее характерных признаков. 28 Один из наиболее существенных признаков — потребляет лп машина мощность или выдает. Другими словами, является ли она машиной — исполнителем или машиной — двигателем? По этому ' признаку лопаточные машины можно разделить следующим образом: Лопаточные машины-двигатели: Лопаточные машины.исполнители: гидравлические турбины насосы паровые турбины компрессоры газовые турбины вентиляторы турбодетандеры воздуходувки ветряные двигатели воздушные винты водяные напорные колеса лопаточные гидротормоза Укажем, что в настоящее время для гидросистем создаются обратимые агрегаты, которые могут работать и в режиме насоса, и в режиме турбины, т.

е. использоваться и как машина — исполнитель, и как машина — двигатель. К группе комбинированных машин можно отнести гидромуфты или турбомуфты, которые включают в себя насос и турбину. Воздушные и гребные винты относятся к лопаточпым машинам — движителям, так как они используют подведенную к ним мощность для отбрасывания воздуха или воды и тем самым создают тягу. Для лопаточной машины характерно обтекание движущейся жидкостью лопаток колеса без изменения объема внутренних полостей машины. Гидравлические объемные машины, в которых жидкость вытесняется лопатками из замкнутого объема (т. е. различные коловратные насосы с лопатками), нельзя считать лопаточными машинами, хотя конструктивно опи могут иметь рабочее колесо и лопатки.

Различного рода водоналивпые колеса относятся к особой группе гидравлических машин, которые также не будем называть лопаточными машинами. Эти колеса приводятся в движение только под действием силы тяжести воды. 2.1.2. Радиальные и осевые лопаточные машины Лопаточная машина, как правило, состоит из вращающихся рабочих колес и неподвижных подводящих и отводящих устройств, выполненных в виде сопл, спрямляющих аппаратов, корпусов, сборников и т. п.

Наличие рабочего колеса обязательно для всякой лопаточной машины, а подводящие и отводящие устройства могут отсутствовать, например винт и ветряной двигатель их не имеют. Характерным признаком для разделения по схеме устройства является направление течения рабочего тела отнссительно оси вращения. В соответствии с этим лопаточные машины делятся на: а) радиальные (рис. 2.2 и 2.3), в которых линии тока жидкости в рабочем колесе образуют поверхности тока, близкие к плоскостям, перпендикулярным оси вращения; б) осевые (рис.

2.4 и 2.5), в которых линии тока жидкости образуют поверхности тока, близкие к соосным круговым пилиндрическим поверхностям, образующая которых параллельна оси; 29 ш Рнс. 2 3. Мерндиональное сечение (а) н поверхность тока (б) в колесе центростремительной радиальной лопиточной машины: 1 — направляющий аппарат иа входе в рабочее колеса; 2 — рабочее колесо; 3 — кап рааляющиа аппарат ка выходе из рабочего колеса Рне. 2.2. Мернднональное сечение (а) н поверхность тока (б) в колесе радиальной лопаточпой машины: 1 — направляющий аиперат иа входе в рабочее колеса; 2 — рабочее колесо; 3 — от. водящее устройства иа выходе из рабочего колеса в) диагональные (см.

рис. 2.1), в которых линии тока образуют поверхности вращения с образующей, наклоненной к оси под произ- ВОЛЬНЫМ УГЛОМ. Радиальные и диагональные машины, в свою очередь, подразделяются на центробежные и центростремительные (рнс. 2.2 и 2.3 соответственно). В центробежных машинах перемещение частицы жидкости происходит с увеличением ее расстояния от оси вращения, в центростремительных — с уменьшением.

Лопаточные машины — двигатели и лопаточные машины — исполнители можно выполнять радиальными, диагональными и осевыми. б) Рнс. 2 4. Мернднональное сечение (а) н поверхность тока (б) в колесе осевой лопаточной машины; 1 — иаправляатщиа аппарат иа входе в рабочее колесо; 2 — рабочее колесо; 3 — иаправ. ляющяа аппарат иа выходе из рабочего колеса ЗО Рис. 2.5. Схема двухступенчатой осевой лов аточной машины: >, 3, б — папраеляюп>ке аппараты; 2, <— рабские колеса Применяются лопаточные машины, в которых проточная , часть может быть составлена из элементов осевой и радиальной машин. Как будет показано далее (см. разд. 2.12), выбор конкретной схемы лопаточной машины 'определяется соотношением частоты вращения рабочего колеса, объемного расхода и удельной работы.

2.1.3. Машины с разным числом ступеней Следующим признаком классификации примем число ступеней. Ступень лопаточной мап>ины — это рабочее колесо с подводящими и отводящими устройствами. Следовательно, на рис. 2.2, 2.3, 2.4 были изображены одноступенчатые лопаточные машины, В технике часто применяют многоступенчатые лопаточные машины. Многоступенчатые машины могут включать в себя как осевые, так и радиальные ступени в различных комбинациях. Число ступеней лопаточной машины определяется числом рабочих колес. Так, на рис.