Ответы (Шпаргалки и ответы к экзамену), страница 5
Описание файла
Файл "Ответы" внутри архива находится в папке "Шпаргалки и ответы к экзамену". Документ из архива "Шпаргалки и ответы к экзамену", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "основы теории и проектирования турбонасосных агрегатов" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "к экзамену/зачёту", в предмете "основы теории и проектирования турбонасосных агрегатов" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Ответы"
Текст 5 страницы из документа "Ответы"
Для шнека постоянного шага s = const, и шаг на входе равен шагу на выходе, уго атаки на наружном диаметре найдется как разность углов:
г
де 1пугол потока на входе на периферии шнека:
Угол атаки iп не должен превышать35. Большая его величина приводит к значительному ухудшению антикавитационных качеств шнекоцентробежного насоса. Если угол атаки iп окажется меньше 35, то можно остановиться на шнеке постоянного шага: s=s1=s2. Если же iп будет больше 35, то следует принять угол атаки равным 23 и применить шнек переменного шага с s1<s2.
Напомним, что напор шнека постоянного шага создается благодаря наличию угла атаки: поток в решетке шнека поворачивается на угол, равный углу атаки. При нулевом угле атаки шнек постоянного шага не будет создавать напора. В шнеке переменного шага напор создается как благодаря наличию угла атаки, так и из-за изогнутости профиля. В принципе, при нулевом угле атаки шнек переменного шага будет создавать напор.
Для повышения КПД насоса может оказаться целесообразным применение шнека переменного шага для создания определенной закрутки на входе в центробежное колесо( особенно для колес с D1/D2>0,5).Этой закрутке, как правило, будет соответствовать больший напор, чем это необходимо для получения высоких антикавитационных качеств насоса. Поэтому антикавитационные качества насоса с таким шнеком могут быть несколько хуже.
Вопрос №9.
Осевые насосы.
Осевые насосы, как правило, обладают малым напором в одной ступени. Но способны перекачивать большие расходы. В основном они применяются в качестве преднасосов. В отдельных случаях осевой насос может быть использован и в качестве самостоятельного подкачивающего насоса, устанавливаемого непосредственно в баке или вблизи бака. Он имеет автономный привод и называется бустерным насосом.
При использовании водорода в качестве горючего требуется перекачивать большие объемные расходы даже при сравнительно малых массовых расходах. Для этой цели могут быть использованы многоступенчатые осевые насосы.
В общем случае устройство насоса состоит из подвода и направляющего аппарата. Подвод входной патрубок, конструктивно выполняемый аналогично подводам центробежного насоса. Направляющий аппарат представляет собой лопаточную решетку, обеспечивающую заданное направление скорости на входе в рабочее колесо. Направляющий аппарат на входе может и отсутствовать.
Осевой насос для повышения антикавитационных качеств также может иметь ступень с высокими антикавитационными качествами, в частности, шнек. В этом случае шнековое колесо будет колесом первой ступени осевого насоса.
В случае многоступенчатого насоса роль направляющего аппарата на входе в рабочее колесо играет выходной спрямляющий аппарат предыдущей ступени.
Рабочее колесо представляет собой решетку лопаток, укрепленную на вращающемся валу. В рабочем колесе к жидкости подводится энергия. На выходе из рабочего колеса ставится лопастная решетка, в которой скоростная энергия частично преобразуется в давление.
Осевой насос может не иметь специального отвода. После спрямления потока в лопаточной диффузорной решетке поток из корпуса насоса может переходить непосредственно в трубопровод или в следующую ступень.
В отдельных случаях, если поток имеет большую скорость(большую скорость), которую трудно преобразовать в энергию давления в осевой лопаточной решетке с малыми потерями, могут быть использованы отводящие устройства в виде спирального сборника и конического диффузора, как у шнекоцентробежного насоса.
Можно построить изменение характеристики насосов с различными расходными параметрами qр для расчетного режима. Линии qр>0,4 пойдут круче, что характерно для осевых насосов. Для этих насосов характерно резкое увеличение напора при уменьшении расхода по сравнению с расчетным и резкое падение напора при увеличении расхода.
Перегиб кривой напора в левой части характеристики характерен для осевых насосов и компрессоров и объясняется возникновением на этих режимах вихревых зон.
Мощность осевых насосов резко возрастает при уменьшении расхода. Это связано с появлением отрывных вихревых зон и затратой мощности на “гидравлическое торможение”.
Зная напорную характеристику шнекового осевого насоса, можно оценить параметры шнекового насоса в случае его применения в качестве самостоятельного бустерного насоса.
При совместной работе шнека с центробежным колесом(шнекоцентробежный насос) центробежное колесо влияет на работу стоящей перед ним ступени, поэтому характеристики изолированного шнекового насоса будут отличаться от характеристик шнека при его совместной работе с центробежным колесом. Шнековые насосы, применяемые в ЖРД, имеют большую густоту решетки. Поэтому влиянием конечного числа лопаток можно пренебречь, т.е. можно принять Нт=Нт∞.
Вопрос №51.
Осевые и радиальные силы в ТНА.
Осевые и радиальные силы, действующие на рабочие колеса насосов и турбины и импеллерные уплотнения передаются через вал на подшипники ТНА и нагружают их. Подбор подшипников производится с учетом действующих сил, поэтому при проектировании ТНА величины осевых и радиальных сил должны быть известны.
О
севая сила в насосе: для ее определения надо знать распределение давления р по контрольной поверхности. В общем случае в проекции на ось z получим:
где Rzсила, действующая на колесо в осевом направлении( положительное направление Rz совпадает с направлением с1z).
Зная распределение давления по элементам контрольной поверхности, можно перейти к определению осевой силы в насосе, интеграл в уравнении (1) представить через составляющие осевой силы в виде:
М
ожно получить общую формулу для интегралов I1 и I2:
где Нстстатический напор колеса;
О
севая сила в турбине: для ее подсчета по формуле (1) надо знать распределение давления по поверхностям. Зная эти распределения, формула (1) примет вид:
В реактивной турбине р1>р2, поэтому на колесе возникает значительная осевая сила, действующая по направлению потока газа. В активной турбине давления р1 и р2 почти одинаковы и осевая сила практически близка к нулю. Последнее обстоятельство часто является решающим для выбора активной турбины в качестве предкамерной турбины ЖРД, так как в реактивных предкамерных турбинах эти силы могут быть велики. Отметим, что в парциальной активной турбине р1<р2 и осевая сила будет возникать со стороны выхода.
Осевая сила в импеллерном уплотнении: В конструкции ТНА часто используют импеллерные уплотнения вала. В связи с тем, что колесо импеллерного уплотнения импеллерудерживает определенный перепад давлений, на нем возникает осевая сила. Определим эту силу. Так как через импеллерное уплотнение не расходного течения ж
идкости, то выражение для осевой силы (1) перепишется в виде
Зная все давления действующие на импеллер, получим выражение для осевой силы:
Д
ля полностью заполненного жидкостью импеллера:
Р
азгрузка ротора ТНА от осевой силы: в ТНА усилие, действующее на упорный подшипник, найдется векторным сложением осевых сил от насосов, турбины и импеллеров импеллерных уплотнений. Для разгрузки подшипника от осевой силы и для ее уменьшения подбирают определенным образом расположение по радиусу задних уплотнений центробежных колес насосов. Таким образом можно полностью разгрузить подшипник от осевой силы только на одном режиме работы турбонасосного агрегатакак правило, на расчетном режиме. Для того чтобы осуществить разгрузку на других режимах, близких к расчетному, в конструкции ТНА можно предусмотреть автоматическое проточное гидравлическое разгрузочное устройство.
Р
адиальная сила в насосе: в центробежном насосе со спиральным отводом давление и скорость по окружности выхода из колеса равномерны только вблизи расчетного режима. Для расходов, меньших расчетного, сечения спирального отвода оказываются перерасширенными. Поэтому поток тормозится и давление по длине спирального сборника возрастает. Это приводит к возникновению радиальной силы. Для расходов, превышающих расчетный, сечения отвода становится зауженным. Определить величину и направление радиальной силы можно на основании теоремы об изменении количества движения в радиальном направлении, если известны распределения давления и скорости по окружности выхода из колеса. Так как при проектировании насоса распределение этих параметров не известно, то для расчета радиальной силы Rr можно воспользоваться эмпирическим соотношением:
где KRrкоэффициент радиальной силы, Ннапор насоса на рассматриваемом режиме; bДширина колеса с учетом ширины дисков.
Р
адиальная сила в турбине: возникает при парциальном подводе газа. Радиальная сила Rr, действующая на колесо парциальной осевой турбины, будет равна:
где Nтмощность турбины.
С уменьшением степени парциальности радиальная сила Rr возрастает. Уменьшить радиальную силу Rr до нуля можно путем разделения одной дуги подвода газа на две симметрично расположенные дуги подвода, при этом КПД турбины упадет. В радиальной турбине радиальная сила может быть определена, если известно распределение давления по окружности входа в колесо. Определив величины радиальных сил, действующих на колеса насосов и турбины, ищем радиальные усилия на подшипниках.
Вопрос № 16.
Виды систем подачи. Схемы систем питания с ТНА.
В зависимости от устройства системы питания двигателя, подача компонентов топлива в камеру сгорания ЖРД может осуществляться вытеснением из бака газом высокого давления или с помощью насосов. В соответствие с этим системы подачи компонентов топлива ЖРД делятся на две группы:
1) вытеснительные системы;
2) насосные системы.
В вытеснительных системах для подачи топлива в камеру сгорания используется какой-либо аккумулятор давления. В качестве аккумулятора давления применяют баллон со сжатым воздухом или агрегат, вырабатывающий газ путем сжигания пороха или жидких компонентов.
Характерная особенность вытеснительной системы подачи заключается в том, что баки с компонентами находятся под большим давлением, превышающем давление в камере, поэтому баки приходиться делать толстостенными.
При насосной системе подачи внутри топливных баков поддерживается небольшое давление, необходимое для обеспечения бескавитационной работы насосов. Давление, необходимое для подачи топлива в камеру сгорания, создается насосами, приводимыми в движение от двигателя обычно от турбины. В дальнейшем агрегат, состоящий из насосов и двигателя, будем называть насосным агрегатом. Если в насосном агрегате в качестве двигателя используется турбина, то такой агрегат будем называть турбонасосным агрегатом, сокращенноТНА. Рабочим телом турбины является газ, полученный в газогенераторе двигателя при сгорании компонентов топлива или разложением какого-либо вещества.
Условия работы турбины будут существенно различаться в зависимости от того, подается ли газ после турбины в камеру сгорания или нет. Примем это за основной признак для классификации систем питания ЖРД с ТНА.