Конструкции ТНА (Раздаточные материалы), страница 5

Прочность одинарного диска турбины Кертиса недосзаточна, поэтом> пргьменяется двухдисковая турбина. Рис. 18. Конструкции двухступенчатом оеевои ах г инион турбины. 1- выхлопной коллектор; 2 — лопатки второй ступени; 3 — направляющий аппарат; 4 — лопатки первой ступени; 5 — сопловой аппарат, б — коллектор; 7-- стенка статора; 8 — кольцо уплотнения; 9 — винт; 10 — вал; 1! — диски турбины, 12- штифт Рнс.

19. Конструкция осевой реактивной турбины: ! — газовод; 2 — корпус; 3 — лопатки рабочей решетки; 4 — бандаж; 5 — сопловая решетка; 6 — диск турбины; 7- вал; 8 — гайка. Реактивная предкамерная турбина (рис.19) имеет в корпусе сопловую !эегоезк>, набранн>ю из профилей, образующих прямоугольные, сужающиеся сопла с косым срезом. Продукты сгорания и газифицпгованный окислизе:ъ.

поступающие из газогенератора ускоряются в соплах до скорости с„давления о 1 н температуры Т„в соответствии со степенью реактивности. Остальная часть теплоперепада реализуется на рабочих лопагках, где газ поворачивает и ускоряется в относительном движении от скорости ц'; до скорости %'ь создавая на лопатках реактивную составляющую окру;кной силы. Чем больше р„тем больше Р, и больше перепад давления межд> входом на .юпатке и выходом, где дакзение Р. < Рь Под лсйствисч перепада давления зз газ стремится в полость выхлопа через радиальный зазор, где установлено лабириитиое уплотнение, которое повышает КПД турбины. С другой стороны, чем больше р„тем больше осевая сила, действующая на ротор в сторону выхлопа.

Эта сила должна быть уравновешена на насосе радиальным смешением одного из уплотнений колеса. Поскольку бурт крыльчатки перемешают на больший диаметр, то площадь радиального зазора уплотнения возрастает и объемный КПД насоса падает. Таким образом, разгрузка от осевой силы в ТНА требует энергетических затрат. В некоторых случаях применяется реактивная центростремительная турбина ( рис.

20) состоящая из корпуса, выхлопного патрубка, рабочего колеса и узла уплотнения с гидрозатвором в виде импеллера. Коллектор и сопловой аппарат выполняются заодно питьем. Размеры коллектора или выравнивающей решетки внутри на о должны быть достаточны, чтобы сделать поток на входе в 12 711Р У Р 7б Рис. 20. Конструкция реактивной центростремительной турбины: )- выхлопной патрз бок; 2 — корпус турбины; 3 — корпус уплотнения; 4 — кольцо уплогнительное; 5 — гайка; 6 — вал; 7 — импеллер; 8 — перегородка. 9— раоочее колесо; !Π— кольцо, !! — шайба; !2 гайка сопло равномернгям. Рабочее колесо выполняется закрытого типа с радиальными лопатками О)м 90') методом точного литья. Дополнительной обработки рабочих поверхностей лопаток не требуется, поскольку, в отличии от осевой турбины, поток, двигаясь к центру, поворачивает более плавно, описывая криволиней- Ф ную траекторию значительно большую, чем путь потока при повороте его лопатками в осевой турбине, где низкая чистота поверхности приводит к отрыву течения от спинки лопатки, и где требуется шлифование лопаток.

Число лопаток соплового аппарата и рабочего колеса разнос, чтобы уменьшить ударные явления на входе в колесо. Особенностью радиально-осевой турбины является значительная выходная скорость Сз нз-за того, что поток в относительном движении на выходе в зоне сгиба лопаток ускоряется, скорость Фь направленная назад по вращению, растет, а переносная скорость падает с уменьшением радиуса и на выходе оз < пь Угол загиба лопаток назад по вращению !рм = 30 ! ограничен стремлением придать Сз осевое направление. чтобы получать меньше потерь на выходе от закрутки потока и обеспечить сечение каналов на выходе для пропуска расхода на меньшем радиусе.

В некоторых случаях за туропной устанавливают конический диффузор. преобразуя скоростной напор ..' " з давление. Уплотнение радиально-осевой реактивной турбины находится на меньшем радиусе. чем у осевой турбины, где оно размещено на максимальном радиусе на бандаже, поэтому' объемный КПД > такой турбины выше, причем давление перед уплотнением падает за счет вращения газа в пазухе между корпусом и колесом. Недостатком центросзремительной турбины является большая осевая сила.

действующая со стороны выхода кзк реакция от истечения со скоростью С-. 34 б. Бустерные насосные агрегаты Рис. 21. БНА в системе питании ДУ: 1 — бак; 2 — насос БНА; 3 — гидравлическая турбина ТНА; 4— газовая турбина ТНЛ; 5 — насос Чем больше аз ТНА, тем больше потребное давление на входе в насос лля безкавитационной работы, и следовательно выше давление в баках Ра, а также расход газа наддува от газовых аккумуляторов давления (шарбаллоны с азотом илн гелием) и расход газа от газогенераторов наддува баков, работающих на основных компонентах. В конце работы в баках остается масса газифицированного в газогенераторах топлива при давлении Рж а также остаток невыработанного топлива из-за его про~рева и газонасыщенности 1тепловой недозабор).

Давление в баке больше давления на входе в насос на величину. потерь в трубопроводе, диал1етр которого нельзя увеличить, поскольку возрастает его масса. Назначение БНА - снизить давление в баке за счет лучшей всасывающей способности, чем основной насос, а так же за счег отсутствия сопротивления трубопровода при установке на днище бака. Кроме того БНА повышает давление на входе в основной насос и преодолевает сопротивление трубопровода за счет нагнетающей способности. На рис.21 показан БНА в системе подачи топлива двигательной установки.

Высокую всасывающую способность можно достигнуть снижением частоты вращения в соответствии с формулой 11). Уменьшение ыких до 300...500 рал7с позволяет увеличить диаметр входа, выбрав оптимальное 0„, значение К,„,„=. "'", К „, — БК -К =Е 3. 0 47 х ДН м Рис.22. Схемы ТНА с разной передачей крутящего момента иа вал бтстера: а — через редуктор; б — гидравлической муфтой; в — отдельной ступенью газовой турбины; г — радиатьной гидравлической турбиной; д — осевой гидравлической турбиной; ! - насос БНЛ: 2 — центробежный насос БНА; 3— привод ТНА; 4 — привод БНА; 5 — шнек ТНА: 6 — гидравлическая муфта.

7- направляющий аппарат 36 За счет перехода к осевому подводу можно улучшить условие на входе в шнек, установив пилоны и отражательную шайбу для снижения вредного влияния обратных токов на кавитацию, достигнув значений с,.р„„м 4000...4500. Если оценить кавитационный коэффициент быстроходности системы подачи с бустером, приняв за го частоту вращения основного ТНА, то получим с„, = 10000...15000. Можно улучшить всасывающую способность ТНА, установив БНА на входе с приводом от ТНА через понижающий редуктор или гидропередачу (рис. 2). По приведенным схемам можно получить с,„= 5000...10000.

Редукторы ТНА имеют передаточное соотношение 1 = в„.„,„маши,-;, = 0,2...0,6. Особое внимание уделяется смазке редуктора и снях(ению его темперагзры в зоне контактов зубьев. На рис. 23 показано устройство смазки путем распыла жидкости (гриб)- тилфосфата) с помощью газообразного водорода, дающего пневмораспыл с образованием тумана. Жидкость впрыскивается в зону после выхода зубьев из зацепления. В случае подачи смазки на вход в зацепление возможно .заклииивание передачи.

Рис. 23. Констрултивные схемы смазки зубчатой передачи'. а — одноструйная; б — двухструйная; 1 — корпус редуктора; 2 — распылитедгс 3 — фильтр; 4 — зуб охлаждаемой зубчатой передачи В ряде случаев используется струйный насос (эжектор). При этом см м 8000...10000. Активная жидкость струйного бустерного насоса (рис.24) отбирается из полости высокого давления основного насоса.

В камере смешения эжектора за счет обмена количеством движения скорость всасываемого пассивного потока возрастает, а в диффузоре приобретенная кинетическая энергия преобразуется в давление. При соотношении активной жидкости к эжектнруемой до 25 ';о. КПД эжектора примерно 0,15. что ограничивает его применение. Рис. 24. Конструкция многосоплового эжектора и основные размеры сопла: а — в виде отверстий; б — с набором сопл; в — основные размеры сопла Струйные насосы просты и ышю чувствительны к содержанию в жидкости ~ азов, что важно для верхних ступеней ракет, когда из-за высокого газосодержания может возникнуть газовая кави~аш1я в центробежном ко1есе.

Струйные насосы используют в ЖРД с предкамерной турбиной. Увеличение мощности основной турбины в результате отбора компонента для привода БНЛ не лает уменьшения удельного имп1льса, а только требует увеличения давления и температуры в газогенераторе. Это в свою очередь вызывает необходимость проектировать БНА с высоким КПД Чем выше КПД насоса БНА, тем выше штих, поскольку потери в насосе переходят в тепло н БНА повышает давление иа входе в основной насос. но зв одновременно повышает температуру жидкости, что приводит к росту Р„и уменьшению кавитационного запаса. Можно представить случай, когда увеличение давления на входе в основной насос за счет бустера и увеличение давление Р„за счет увеличения температуры будут такими, что кавитационный запас Р „„„р — Р „не увеличится и ы ТНА поднять не удастся. Мощность БНА примерно !0...50 КВт, цви -- 0,5. Следовательно половина мощности уходит на подогрев жидкости и, чем круче зависимость Р„= Т Щ для данно~о компонента, тем больше увеличение Р„.

Рис. 25. БНА горючего (водорода) ЖРД БЯМ Е: ! — корпус насоса; 2 — осевое колесо; 3 — подшипники; 4 — направляющий аппарат: 5 — отводящий патрубок; 6 — коллектор подвода рабочего тела турбины, сопловой аппарат турбины; 8 — направляющий аппарат турбины: 9— диск турбины На рис. 25 показан БНА с двухступенчатой турбиной со ступенями скорости, газ для которой вырабатывается в специальном газогенераторе, а может отбираться из основного генератора или с выхода турбины ТНА. Если компонент криогенный, то турбина работает на парах этого компоцента, газифицируемом в теплообменнике, встроенном в газовод выхлопа турбины ТНА. Турбина раоотает на том компоненте, который перекачивает из бака в ТНА бустерный насос.