Конструкции ТНА (Раздаточные материалы), страница 2

р„„. = 1,5„. следовательно ) них разное п, и разный К! 1Д. Так как мощность насоса окислителя в несколько раз больше мощности насоса горючего (расход окислителя в 3... 5 раз больше расхода горючего), то в ДУ больших тяг в схеме с дожиганнем ближе к турбине располагают насос окислителя, а насосу горючего крутящий момент передается уже по болес тонкому валу. Рис 8.

Турбонаеоеный агрегат ЖРД РД-119: 1 — фланец выхлопного коллектора; 2,4 — диск турбины второй и первой ступеней; 3 — статор турбины„5,13 — шпонки; 6,14 — крышки насосов; 7,16 — корпуса насосов; 8,15 — центробежные колеса; 9,18 — шнеки; 10Л 7 .- валы; ! 1,19,20,21 — подшипники; 12 — рессора В качестве примера рассмотрим однороторный ТНА ЖРД Р;1; 19 (сис состоящий из дв хсзтпенчатой газовой т) рбины активного типа .; '1: с '.-зш скорости и центробежных насосов окислителя (жидкий кислород ) и горы.:. с 1НДМГ) Конструктивно ТНА двухаатьный и выполнен из дв) л бзол; в: турбины с насосом горючего и насоса окислителя с отдельными ва:зчи соединенными рессорой, каждый вал установлен на двух нодппшникзх.

Корпуса блоков соединены шпилькамн через радиальные шпонкн 5 и .'3. обеспечивающими соосность при телзпературных деформациях, возникаю::их нз-за разности телшератур между турбиной и насосом горючего. и мея;д) насосали Крыльча~ки насосов разгр)жены ~т осевых )синий б.згодзря м м установке уплотняющих буртов на разных радиусах, а так же благодаря разгрузочным отверстиям в дисках. Неуравновешенная часть осевой силы от турбины и насосов воспринимается одним из подшипников, который закреплен не только на роторе но и в статоре. Коллекторы подвода и отвода газа турбины боковые, Насосы имеют боковые подводы и отводящие устройства со спиральным сборником и коническим дифузором для обеспечения круговой симметрии поля скоростей и давлений вокруг колеса, а так же для преобразования динамического напора в статический. Рнс. 9. ТНА подачи жидкого водорода маршевого ЖРД: 1 .

крышка насоса; 2 — подшипники; 3 — стяжной болт ротора; 4— центробежные колеса: 5 — корпус насоса, 6 — диски турбины Примером конструкции раздельного ТНА является двигатель ЖРД б3МЕ многоразового космического корабля ТНА подачи жидкого водорода ( рис. 9 ) имеет двухступенчатую турбину со ступенями давлении, трехступенчатый центробежный насос с лавлеиием на выходе 43 МПа при и = 3300 рад'с.

Опорами ротора являются сдвоенные радиальные подшипники, охлаждаемые водородом. Для уравновешивания осевой силы от реактивных ступеней туроииы используются хрьпьчатки насосов с одним уп:ютиением, смещенным на больший диаметр, а в качестве автоматического устройства для восприятия неуравновешенной части осевой силы служиг торцевая поверхность колеса третьей ступени, работающая как гидропята. Особенность ТНА — трехступенчатый водородиый насос для получснпя большого напора из-за малой плотности водорода.

Окружная скорость на диаметре выхода — 400 м!с ограничена прочностью колес. Водородные насосы нс работают на максимуме КПД, т.к, их и, выбрано не в оптимальной области для уменьшения числа ступеней и сокращения осевых габаритов. Другая особенность — отсутствие шнека в первой ступени. Это связано с зермодииамическими свойствами водорода. При кавитации водород, испаряясь, переохлаждается, и давление паров насыщения на всасывающей стороне лопатки падает, что уменьшает интенсивность кавитации и увеличиваег кавитациоиный запас.

Для ЖРД больших тяг насосы имеют двусторонний вход, а снижение радиальных габаритов и массы путем увеличения сэ достигается установкой бустерных насосных агрегатов, позволяющих поднять скорость входа в насосы до 20 м'с, за счет чего уменьшить входной и выходной диаметры колес.

Для ЖРД малых тяг объемный расход О мал н, в соответствии с форм) ой Р)лнева 1. =027 Д36!)Цм' ). можно увеличить часгог) вращения, со ра:, в высокие кавитационные качества. При эзом диаметр я ола В. =-цзгя,» уменьшается с уменьшением О, а следоваэельио, )меныпаются 1) и радиальные размеры ТНА. С увеличением ы растет КПД парпиальной )рбпны. но ркзмеры подшипников, импеллеров и уплоэиений )меньшаются мало и механический КПД ТНЛ падает. С дальнейшим ) мень;пением гаги двигате..я система подачи гоплива с ТНЛ становится неэффективной из-за низко~о КП.! парпиальной турбины и парциальных насосов. Если зяга очень велика и объемный расход водорода велик. то необходимо )велпчигь 13, сохраняя ВЛ вЂ” сонм при ~~ — сопя, и вместо пезпрооежного и .к Ф ! и 4»1.юя .у нч ~ зг. насоса применяют осевой многоступенчатый насос.

В этом случае число ступеней Е значительно больше, чем в случае применения центробежных насосов (рис. 10). Это связано с тем, что при одинаковой окружной скорости на лопатках цзцк = пер.ос.нас напор осевой ступени ограничен предельным безотрывным поворотом потока лопатками в относительном движении (33м- )3~„)мах Н л '= нар ос нас(жы иы) = цсроьнасхс!хх(сгйРм Щ13м) Рис. 1О ТНА денга~ела 2-2 1 — преднасос; 2 — осевой многоступенчатый насос; 3 — отвод осевого насоса; 4 — подвод турбины; 5 — рабочее колесо турбины В ДУ сверхбольших тяг возможна также параллельная работа двух и более ТНА с центробежными оптимальными колесами. 4.

Конструкция шнекоцентробежиого насоса Конструкция центробежного насоса, содержащая подвод, рабочее колесо и отводящее устройство с диффузором, должна обеспечить высокие антикавитационные качества С„, = 2000 и высокий КПД. Для кавитации существует оптимальные диаметры входа )Э, для шнека и )Э.„для центробежного колеса, при которых относительная скорость % имеет минимальные значения, соответствующие максимуму С„, или минимуму Из шнека поток поступает закрученный, имея Сз„„,„=- С,„„„пропорциональную ~3,, или углу атаки для шнека постоянного шага (0~ - Вм „„,).

С увеличением закрутки (т.е. Вм „,„) Сс на входе в центробсжное колесо растет, а 33Га падает, поэтому потребная величина ЛЬ „р „,„имеет минимум. Энергия потока на выходе из шнека (Н „+ Лл „,„,) линейно растет с увеличением 33~„,„„и должна превышать потребную энергию входа для центробежного колеса, поэтому существует зона бескавнтационной совместной работы шнека н центробежного колеса (рис.11). Это означает. что каждому Рнс. 11. Совместная работа шнека н центробежного колеса !8 и центробежному колесу соответствует оптимальный шнек. Если шнек высоконалорный ф„„велик), то кавитации в центробежном колесе не будет, но закавитирует шнек.

Если шнек низконапорный, то его кавитационные качества позволяют снизить давление всасывания, но его напора не хватит для бескавитационной работы центробежного колеса. Конструкция центробежного колеса, его проточная часть в меридианальном сечении н в плане также оптимизируется с целью получения максимального гидравлического КПД при оптимальной кинематической степени реактивности ри = Н г'Н,„. Доля статического напора, получаемого непосредственно в колесе, в соответствии с уравнением Эйлера.

г г г г г г Н, =- с г„и. - с, „и = (гс, и — м „и ) + (и — и ) = г с — с ж — гс и — и 2 2 2 определяется торможением потока в межлопаточных каналах и работой кориолисовой силы. Повышение Ни в рабочем колесе может привести к снижению г)г . поэтому разрабстаны методы профилирования лопаток колеса, при которых доля статического напора, получаемого в отводящем устройстве при преобразовании кинетической энергии потока в потенциальную, соответствует минимальным потерям в проточной части как рабочего колеса, так и спирального соорника с диффузором госзлопаточным, лопагочным или коническим).

Колесо и отводяшее устройство подбираются и оптимизируются. Так, недогртзка колеса по Н„приводит к потерям в отводе. Перегрузка колеса по Н„увеличивает потери всаэгогг колесе. Если для осевого насоса выбирают рг = 0,5, делая равнонагруженными рабочее колесо и диффузор, то в центробежных насосах ЖРД р„выбирают больше 0,5. Задают Н ' Н„„= 0,75 при бг„и202.40', т.к. статический напор люжно получить в этом случае за счет перемещения жидкости на больший диаметр, т.е, на больший потенциальный > ревень, а не за счет диффузорности течения, как это имеет место в осевом насосе и сопровождается вихреобразоваиием и отрывом.